閥控式鉛酸蓄電池VRLA的維護(hù)與監(jiān)測(cè)

摘要：分析VRLA蓄電池運(yùn)行中影響其性能的諸多因素，并就蓄電池人工檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)加以比較，提出蓄電池維護(hù)中以內(nèi)阻在線監(jiān)測(cè)為主的解決方案。

前言：隨著我國通訊、電力、UPS等行業(yè)的迅猛發(fā)展，免維護(hù)蓄電池的用量也在快速增加，其性能狀況的優(yōu)劣對(duì)于保證后備直流電源的正常運(yùn)行尤為重要，但同時(shí)各種問題也逐漸顯現(xiàn)：

•使用壽命比預(yù)計(jì)的要短；
•個(gè)別電池失效導(dǎo)致整組電池失效；
•突發(fā)性的電池故障很難保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)；
•電池放電測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)很高；
•由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，很難進(jìn)行手工檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)分析需要運(yùn)維人員具有很高的專業(yè)水準(zhǔn)；
•無人職守站（所）的日常檢查費(fèi)用很高；
•缺乏科學(xué)、有效的監(jiān)測(cè)管理手段，對(duì)蓄電池的合理使用不能及時(shí)作出準(zhǔn)確的判斷；
•具有“電池管理功能”的電源設(shè)備，沒有真正起到電池管理者的作用。

有關(guān)資料表明，蓄電池使用3--4年后，大部分很難通過容量檢測(cè)，只有少數(shù)能超過6年。而實(shí)際使用中，只有很少用戶定期檢查蓄電池并對(duì)蓄電池作定期容量測(cè)試，很多情況是在停電后才發(fā)現(xiàn)蓄電池放電容量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至有的電池組的容量達(dá)不到額定容量的50%還在繼續(xù)“工作”。

這就說明，蓄電池用戶迫切需要能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測(cè)蓄電池性能狀況，蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)蓄電池的管理有重要的意義。

一、影響蓄電池性能的因素
1.影響蓄電池質(zhì)量的技術(shù)問題
1）電池構(gòu)成
VRLA電池由正極板、負(fù)極板、AGM隔膜、正負(fù)匯流條、電解液、安全閥、蓋和殼組成。其中正極板柵厚度、合金成份、AGM隔膜厚度均勻性、匯流條合金、電解液量、安全閥開閉壓力、殼蓋材料、電池生產(chǎn)工藝等對(duì)電池壽命和容量均勻性具有重要影響。

2）板柵合金
VRLA電池負(fù)板柵合金一般為Pb-Ca系列合金，正板柵合金有Pb－Ca系列、Pb-Sb（低）系列和純Pb等，其中Pb-Ca、Pb-Sb（低）合金正板柵電池浮充壽命相近，但循環(huán)壽命相差較大，對(duì)于經(jīng)常停電地區(qū)選用低銻合金電池可靠性好。

3）板柵厚度
極板的正板柵厚度決定電池的設(shè)計(jì)壽命。

4）安全閥
安全閥是電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，具有濾酸、防爆和單向開放功能， YD／T7991 996規(guī)定安全開閉壓力范圍為1－49kPa，但是，對(duì)于長(zhǎng)壽命電池，必須考慮單向密封，防止空氣進(jìn)人電池內(nèi)部，同時(shí)防止內(nèi)部水蒸氣在較高溫度下跑掉。

5）AGM隔膜
隔膜孔隙率和厚度均勻性，直接影響隔膜吸酸飽和度和裝配壓縮比，從而影響電池壽命和容量均勻性。

6）殼蓋材料
VRLA電池殼蓋材料有PP、ABS和PVC，PP材料相對(duì)較好。

7）酸量和化成工藝
分為電池化成和槽化成兩種，電池化成可以定量注酸并記錄每個(gè)電池單體化成全過程數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確判斷每個(gè)出廠電池綜合生產(chǎn)質(zhì)量狀況，但化成時(shí)間較長(zhǎng)。槽化成是對(duì)極板化成，化成時(shí)間短，極板化成較充分，但對(duì)電池組裝質(zhì)量不能通過化成過程數(shù)據(jù)記錄判斷。

8）涂板工藝
涂板工藝要保證極板厚度和每片極板活性物質(zhì)的均勻性。

9）密封技術(shù)
VRLA電池密封技術(shù)包括極柱密封、殼蓋材料透水性、殼蓋密封和安全閥密封。

10）氧復(fù)合效率
AGM電池具有良好的氧復(fù)合效率，貧液狀態(tài)下按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試氧復(fù)合效率一般大于98％，因此具有良好的免維護(hù)性能。

2．影響蓄電池壽命的環(huán)境因素
1）環(huán)境溫度
蓄電池正常運(yùn)行的溫度是20～40℃，最佳運(yùn)行溫度是25℃。當(dāng)溫度每升高5℃，蓄電池的使用壽命降低10%，且容易發(fā)生熱失控。

2）環(huán)境濕度
蓄電池的運(yùn)行濕度應(yīng)該在5～95%（不結(jié)露）之間，環(huán)境濕度過高，會(huì)在蓄電池表面結(jié)露，容易出現(xiàn)短路；環(huán)境濕度過低，容易產(chǎn)生靜電。

3）灰塵
灰塵過多，容易使蓄電池短路，安全閥堵塞失效。

3．蓄電池失效模式
1）電池失水
閥控式鉛酸蓄電池不逸出氣體是有條件的，即：電池在存放期間內(nèi)應(yīng)無氣體逸出；充電電壓在2.35V／單體（25℃）以下應(yīng)無氣體逸出；放電期間內(nèi)應(yīng)無氣體逸出。但當(dāng)充電電壓超過2.35V／單體時(shí)就有可能使氣體逸出,此時(shí)電池體內(nèi)短時(shí)間產(chǎn)生了大量氣體來不及被負(fù)極吸收，壓力超過某個(gè)值時(shí)，便開始通過單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經(jīng)過濾酸墊濾掉了酸霧，但畢竟使電池?fù)p失了氣體（也就是失水），所以閥控式密封鉛酸蓄電池充電不能過充電。

2）負(fù)極板硫酸化
當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時(shí)，在電池的正負(fù)極柵板上就有PbSO4這一現(xiàn)象稱為活性物質(zhì)的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質(zhì)減少，降低電池的有效容量，也影響電池的氣體吸收能力，久之就會(huì)使電池失效。

3）正極板腐蝕
由于電池失水，造成電解液比重增高，過強(qiáng)的電解液酸性加劇正極板腐蝕。

4）熱失控
熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)作用，并逐步損壞蓄電池。從目前蓄電池使用的狀況調(diào)查來看，熱失控是蓄電池失效的主要原因之一。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，嚴(yán)重的還會(huì)引起極板形變，最后失效。浮充電壓是蓄電池長(zhǎng)期使用的充電電壓，是影響電池壽命至關(guān)重要的因素。一般情況下，浮充電壓定為2.23 ~ 2.25V/單體（25℃）比較合適。

4. 蓄電池在后備電源運(yùn)行中存在問題
1）蓄電池壽命無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求
在實(shí)際中，蓄電池在三年時(shí)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重劣化，使用超過5年的蓄電池很少。原因是在使用中對(duì)蓄電池沒有有效、合理地進(jìn)行管理以及維護(hù)，造成蓄電池在早期出現(xiàn)劣化，并且沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后電池，致使劣化積累、加劇，導(dǎo)致蓄電池過早報(bào)廢。

2）對(duì)蓄電池的運(yùn)行情況、性能狀況不明
蓄電池組中如果有落后的蓄電池，可以通過一定深度的放電、充電循環(huán)，在一定程度上減少落后的差別。但由于沒有良好的管理手段，對(duì)于蓄電池內(nèi)部性能參數(shù)，如蓄電池的內(nèi)阻、當(dāng)前的剩余容量，無法十分清楚地了解，所以相應(yīng)的措施就無法實(shí)施。

3）對(duì)于單體電池而言，充電機(jī)制可靠性需要完善
由于目前國內(nèi)直流系統(tǒng)的充電機(jī)制不是非常的完善，在實(shí)際中存在電壓漂移的情況，蓄電池長(zhǎng)期處于浮沖狀態(tài)，如果浮沖電壓偏離正常的范圍，就會(huì)造成蓄電池的過充或欠充，長(zhǎng)期的過充或欠充對(duì)于蓄電池的性能影響非常大。

4）單體電池之間不均衡
目前蓄電池組由數(shù)量很多的單體電池組成，實(shí)際運(yùn)行中存在單體電池之間充電電壓、內(nèi)阻等差異較大的情況，特別是在浮充下，這種不均衡現(xiàn)象顯得非常嚴(yán)重。個(gè)別落后電池充電不完全，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，這種落后就會(huì)加劇。如此反復(fù)，這種不均衡就加重，致使落后電池失效，從而引起整組蓄電池的容量過早喪失。

5）無人值守站點(diǎn)的維護(hù)工作缺乏良好的管理監(jiān)測(cè)手段
對(duì)于許多無人值守的站點(diǎn)，由于沒有網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)測(cè)的手段，對(duì)于蓄電池的維護(hù)更加薄弱，特別是對(duì)于蓄電池的運(yùn)行情況以及性能狀況，不能清楚的了解。大量的維護(hù)與管理工作由人工進(jìn)行，同時(shí)數(shù)據(jù)的整理與分析需要維護(hù)人員有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)。

6）蓄電池終止壽命無法提前判斷以及蓄電池的更換缺乏科學(xué)的依據(jù)
我們對(duì)于蓄電池的壽命終止，希望能夠提前作出判斷，為蓄電池的更換贏得時(shí)間。但目前對(duì)于蓄電池壽命的終止，沒有一個(gè)可靠的手段，僅僅根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。所以在實(shí)際中，往往是蓄電池放電的容量低于最低要求后，才在放電中發(fā)現(xiàn)蓄電池的壽命終止。

二、蓄電池人工檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)比較
1．人工檢測(cè)
目前大部分都采用人工檢查的方法，來實(shí)現(xiàn)蓄電池的維護(hù)。該方法除了放電測(cè)試外，人工測(cè)量主要是測(cè)量電池組電壓、單電池電壓、溫度和單電池內(nèi)阻。
電池組電壓測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)充電機(jī)的參數(shù)設(shè)置是否正確。由于蓄電池是串聯(lián)運(yùn)行，整組電池的電壓由充電機(jī)的輸出來決定。
單電池電壓監(jiān)測(cè)可以發(fā)現(xiàn)單電池浮充電壓不正確，單電池是否被過充電、過放電等情況。
溫度測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)電池的工作環(huán)境是否通風(fēng)不良、溫度過高。
電池內(nèi)阻能夠反映電池的容量下降和電池老化。不同廠家的內(nèi)阻測(cè)試儀的準(zhǔn)確度和抗干擾能力差別很大；由于采用的工作頻率不同，其讀數(shù)值也會(huì)有差別；尤其是測(cè)量夾具很難與電池端子直接接觸，測(cè)量值往往包括連接電阻。

人工測(cè)量存在眾多不足：
a、人工測(cè)量的準(zhǔn)確度會(huì)受到諸多因素的影響；
b、由于人工測(cè)試大都為定期進(jìn)行，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后、失效蓄電池；
c、放電測(cè)試對(duì)蓄電池會(huì)造成無法恢復(fù)的傷害隱患；
d、大量的人工測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，安全性差，周期長(zhǎng)。