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1、铅酸蓄电池维护知识讲义,钟义华 江苏双登集团,铅酸蓄电池的发展历史和现状 蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。 1957年德国阳光公司（Sonnenschein）发明了能变性SiO2凝胶的胶体密封铅酸电池。 1971年美国Gates公司发明了VRLA （Valve Regulated Lead-Acid）电池。 1987年开始VRLA 电池由于电信业发展得到广泛应用。,阀控式铅酸蓄电池的基本原理,阀控式铅酸
2、蓄电池的氧循环原理,氧复合原理（氧循环原理） 电池在充电过程中，正极除了有反应PbSO4转变为PbO2以外，还有氧析出反 应，特别是电池的充电后期，当电池容量充电到80%时，氧的析出反应更为剧 烈，对于浮充使用的VRLA电池，即使是浮充电流很小，但在长期浮充状态下 ，浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物资以外，不 避免的，浮充电流一部分用于水的电解，而使正极析出氧气，负极析出氢气。 氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密度发生变化，也使电池难以密封。 从铅酸蓄电池诞生以来，人们都一直在寻求电池的密封，以减少对电池的维护 。VRLA 电池的出现，实现了电池的密封，电池密封
3、的关键技术是氧在电池内 部的再复合实现氧的循环，以及采用AGM隔板吸收电解液，使电池内部没有流 动的电解液，氧的复合原理如图,VRLA 电池的失效模式 1、板栅的腐蚀与增长 板栅腐蚀是VRLA 电池失效的重要原因，无论是在开路状态，还是在浮充状态 或是充放电状态，板栅都存在被腐蚀的现象。特别是在过充放电状态下，正极 由于析氧反应，水被消耗，浓度增加，导致正极附近酸度增高，板栅腐蚀加速 ，如果电池使用不当，长期处于过充放电状态，那么很快这些电池的容量降低 ，最后失效。正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚 至于个别筋条断裂，最终导致整个电池的损坏。针对正极板栅存在着腐蚀和变 形
4、的必然性，我们采取以下技术措施减缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的 使用寿命。 （1）、增加正极板栅的厚度，保证VRLA电池板栅的工作年限。 （2）、采用更耐腐蚀的板栅合金材料，耐腐蚀性好，抗蠕变性强。 （3）、在电池设计上采用玻璃棉隔板紧装配或胶体电介质使电极承受压力，提高板栅的机械支撑力。,2、失水 VRLA 电池失水是影响VRLA 电池寿命的主要因素之一，特别是内燃机车用 VRLA电池的工作环境。 VRLA 电池失水途径有三： （1）、氧复合导致无效失水。保持低电压充电可减少失水现象。但充电过程太长，充电效率低，或较高电流的加速充电，较高的温度下充电，可造成明显的失水现象。 （2）、通过
5、电池槽、盖渗漏。容器掺水和透氧取决于材料的性质和厚度，电池周围大气的相对湿度也有影响。常用电池槽材料为ABS、PP、PVC,各有优缺点。PVC强度低，但氧气保持量最大，ABS硬度最大，氧气保持量由于PP；PP的水蒸气渗透率小于ABS。 （3）、板栅腐蚀造成失水正极板栅的腐蚀而产生的水的转移是影响电池容量的主要因素之一，板栅合金腐蚀的微电池反应为： 所以，对正极板栅合金材料的耐腐性及极板厚度的设计，都应该慎重考虑。,3、负极硫酸盐化 VRLA电池失效的另一个主要原因之一就是负极硫酸盐化，并伴随容量的损失，铅蓄电池在正常工作中，负极板上PbSO4 颗粒小，充电时很容易恢复为绒状铅，但有的电池生成了
6、难以还原的大颗粒硫酸铅，称为硫酸盐化。负极板硫酸盐化原因很多。主要由下几个原因造成： （1）、铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。在这种情况下，活性物质中没有受到电化学还原的硫酸铅晶体的量很大，这些硫酸铅晶体会重结晶而使颗粒变大，生成不可逆硫酸铅。 （2）、长期充电不足。表现为整组电池的浮充电压长期偏低产生落后电池。 （3）、在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。在交流供电状况比较恶劣的偏远通讯机站，电池损坏的原因，就属于此类。 （4）、经常进行深度放电（电池电压放电至臆1.75V -1.80V），偏远地区经常停电，电池深度放电，使没有来得及还原的
7、硫酸铅在活性物质中积累到相当的数量。在较高的温度下储存铅蓄电池，加速了硫酸铅重结晶及自放电的过程，促进了极板的硫酸盐化。如果以不完全充电状态，反复进行充电时，电解液出现层化，则负极下部易产生硫酸盐化。,4、热失控 热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并 逐渐损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是：失控过程的发生具有三个截然不同的阶段 。在1阶段，再复合效率较低，失水较高并且温度和电流上升得比较缓慢，这是因为电 池内阻小而且是缓慢的增长和较低复合效率所致。在第2阶段，当隔膜的饱和度降低到 一个特定的水平时，氧气再复合效率也很高，由于氧气通过隔板的传输机制变化所致
8、， 热量的产生也迅速提高，这是因为增长的再复合效率和隔板内阻提高的结合所致。当电 池温度达到电解液的沸点时，这个过程就终止了。这个过程控制了温度，但是由于失水 ，隔板的电阻仍继续升高，在第3阶段电流迅速衰减。 因此；我们可以得出电池内部的热源就是电池内部的功率损耗，在充电时，电池内部的 功率损耗可以简单地看做是电压和电流的乘积。在恒压充电时，充电电流随温度上升而 增大，增大了充电电流又会产生更多的不能复合的排气量，增加电池的失水，从而使温 度进一步上升。如果电池内部热量产生的速率超过蓄电池在一定的环境条件下散热能力 ，蓄电池的温度将会持续上升，以致使电池的塑料壳子变软，由于阀控电池是密封结构
9、，电池内部在充电时有10Kpa以上的压力，最后导致塑料壳气鼓破裂或熔化。这就是蓄 电池的热鼓胀变形。,开路电压与工作电压 开路电压 电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的 电极电势与负极电极电势之差，新电池开路电压与容量成正比，开路电压与电 电解液比重成正比。 工作电压 工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池 放电初始的工作电压称为初始电压。 电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于 开路电压。,容量 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C表示。常用 的单位为安培小时，简称安时(Ah)或
10、毫安时(mAh)。电池的容量可以分为理论 容量，额定容量，实际容量。 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较 不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的 理论电量，单位为Ah/1或Ah/kg。 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积， 单位为Ah，其值小于理论容量。 额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的 放电条件下应该放出的最低限度的容量。,影响放电容量的因数 放电速率，即不同倍率放电影响放电时间,影响放电容量的因数 温度对蓄电池容量的影响,温度对寿命的影响,放电深度对循
11、环次数的影响,浮充 在浮充状态下，充电电流除维持电池的自放电以外，还维持电池内的氧循环，但是浮充 状态下充电电流又是与电池的浮充电压密切相关的。因此，为了使阀控铅酸蓄电池有较 长的使用寿命，在电池使用过程中，要充分结合电池制造的原材料及结构特点和环境温 度等几方面的情况，制定电池合理的使用条件，尤其是浮充电压的设定。 浮充电压设置过低，电池长期处于欠充电状态，不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫 酸盐化，而且还会在活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层，使电池的内阻增加、容量 下降。 浮充电压设置过高，电池长期处于过充电状态，会使电池充电电流增大，电池负极析出 的H2和正极析出的O2气体难以全部再化
12、合成H2O，造成电池失水，板栅腐蚀加速，使 用寿命提前终止。,随温度调整浮充电压对延长VRLA 电池的寿命十分重要，浮充电压增加0.1V， 即从2.23V 到2.33V，从图10 可以看出，在环境温度为30度时VRLA 电池的寿 命将减少一半。由于有些通信局（站）的条件限制，VRLA电池没有空调环境 ，当充电在大的环境温度范围进行时，VRLA电池需要温度补偿，按照厂家提 供的温度与相应浮充电压的关系进行调整。温度增加时，降低浮充电压相应地 减少了蓄电池温度增加的影响，进而减少了板栅的腐蚀速率,减少了电池的水损 失。,均衡充电 均衡充电是对事故放电后蓄电池进行补充电的一种充电方法，采用恒压限流充
13、 电方法，一般设置为2.302.35（V/cell），限流0.10C100.15C10（A）,阀控式铅酸蓄电池的基本结构 构成阀控铅酸蓄电池的主要部件是正负极板、电解液、隔膜、电池壳和盖、安 全阀，此外还一些零件如端子、连接条、极柱等。,正负极板结构： 极板结构主要分为平板式、管式、卷绕式,电解液 主要分为：稀硫酸与胶体,壳体与上盖 主要分为PP、ABS、PVC材料壳体,隔膜 主要分AGM、PVC二氧化硅隔膜,安全阀 极板结构差不多，均为单向阀,蓄电池维护,维护前准备,维护工具：电压表、钳形电流表、测温枪、扳手（M6、M8、M10）、PH试纸、便携式放电仪 着装要求：禁止佩带金属饰品，例如：手
14、表、手链、戒指等，钥匙扣禁止挂在腰间，否则有导致短路的可能 注意：擦拭电池时必须用湿布擦拭,壳体检查：有无划痕、开裂、漏液 极性检查：电池单体之间有无反接 安全阀检查：有无漏液、脱落、开裂 安装架检查：接触是否牢固，有无变形，是否符合承重的要求,外观检查,供电条件：检查开关电源交流电告警 参数检查：检查开关电源参数设置是否正确 机房环境：机房是否通风、牢固，有无鼠患、鸟患等 安装位置：安装架（柜）是否结实、紧固，不能有大量放射线红外线辐射有机溶剂腐蚀气体，避免阳光直射，空调或设备的散热口，通风口不应对着电池组。,环境检查,电池间连接：螺丝是否紧固，有无氧化，连接是否完好，电池间摆放是否留有散热
15、间隙 与充电设备连接：螺丝是否紧固，连接是否完好 与监控器连接：连接是否紧固，连接是否完好 温度补偿连接：连接是否紧固，接触面应该放在单个蓄电池大面中心处并固定好，应避免主设备或空调的风口对着蓄电池 。,连接检查,充电设备：1，监控模块工作是否正常；2，整流模块配置是否适当；3，充电是否有偏移；4参数设置是否正确。 空调设备：1，交流电停电恢复供电后空调是否能正常启动；2，在正常工作中加热和制冷功能是否正常。 动力环境监控设备：1，螺丝是否紧固；2，采集数据是否有偏移现象。,配套设备检查,1、检查电池组输出端端电压与开关电源参数设置之间有无电压漂移现象如有应及时进行校正，如恢复不了则应通知用户
16、； 2、测量电池单体电压，有无落后电池（浮充状态下，电池电压不低于2.18V）； 3、用手接触电池的外壳看有无特别发烫的电池； 4、用钳形表检测电池的电流是否与开关电源显示的电流一致； 5、检测开关电源均浮充转换功能是否正常； 6、在有条件或客户要求的情况下对电池进行放电容量检测。,性能检查,方法一：离线式测量法 （1）将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置124小时，在环境温度为255的条件下开始放电； （2）放电开始前检测蓄电池的端电压，放电期间应测记蓄电池的放电电流，时间及环境温度，放电电流波动值不得超过规定值的1% （3）放电期间应测蓄电池端电压及室温，测温时间间隔为：10h率放电1h，3h率放电0.5h，1h率放电10min，在放电末期要随时测量，以便准确地确定达到放电终止电压的时间； （4）放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量，蓄电池不按十小时率放电时或环境温度不是25时，则应将实际测量的容量换算成25时的容量； 式中：t 放电时的环境温度，K 温度系数，10小时率容量实验时K=0.006/、3小时率容量实验时K=0.008/、1小时率容
