蓄電池是石化行業供電系統中的重要組成部分，本文主要介紹了閥控式鉛酸蓄電池的特點及失效機理、影響閥控式蓄電池使用壽命的主要因素、運行維護技術以及定期維護方法措施和應注意的問題。

電池是UPS及直流系統的重要組成部分，其好壞直接決定供電系統停電後能否不間斷供電，其作用顯而易見，所以，電池維護非常重要。特别是，近些年閥控式鉛酸蓄電池（俗稱免維護電池）在石化企業的普遍使用。

閥控式鉛酸蓄電池從一開始使用便被稱為免維護電池，而生産廠家又承諾該電池的使用壽命為10 -20年（最少為8年），這樣開始就給企業的維護人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護，裝上電池後就基本不用進行維護和管理，因而在使用閥控式酸電池過程中暴露出許多問題，例如，容量不足、電池端電壓不均勻、電池内阻升高等，甚至有的電池壽命很短。

經過查閱相關文獻和實際應用維護，使我對閥控式鉛酸蓄電池有了一定認識，下面對閥控式鉛酸蓄電池的結構及失效機理進行簡單闡述，并就蓄電池運行維護及檢測方法等方面的認識，提出我的一些看法。

1.1閥控式鉛酸電池的結構特點

閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lead Battery(簡稱VRLA電池)，其基本特點是使用期間不用加酸加水維護，電池為密封結構，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設有單向排氣閥(也叫安全閥)，該閥的作用是當電池内部氣體量超過一定值(通常用氣壓值表示)，即當電池内部氣壓升高到一定值時，排氣閥自動打開，排出氣體，然後自動關閥，防止空氣進入電池内部。

構成閥控鉛酸蓄電池的主要由正負極闆、電解液、隔膜、電池殼和安全閥，此外還一些零件如連接條、極柱等組成。

與以往的開口式鉛酸蓄電池相比，閥控鉛酸蓄電池有以下主要的特點：

1）VRLA電池實現了電池的密封，電池密封的關鍵技術是氧在電池内部的再複合實現氧的循環，氧的複合原理如下圖所示：

圖1 氧循環原理圖

從圖1看出，正極充電過程中因電解水析出的氧氣，擴散到負極，與負極鉛發生反應生成氧化鉛（PbO），負極表面的PbO遇到電解液H₂SO₄發生化學反應生成PbSO₄和H₂O，其中PbSO₄再充電而轉變為Pb，生成的H₂O又回到電解液，因氧氣的再複合，避免了水的損失，從而實現了電池的密封。

2）采用密封式閥控濾酸結構，酸霧不能逸出，達到安全、保護環境的目的。

由于閥控鉛酸蓄電池密封的特點，單向安全閥有一定的動作壓力，電解液或水分不能溢出，因此閥控鉛酸蓄電池在一定時期内可免加水維護。這是被稱為免維護電池的由來，也是相對于富液式電池需要經常加酸加水而言的。

1.2閥控式鉛酸電池的失效機理

閥控鉛酸蓄電池故障機理是非常複雜的，主要的故障機理有：電解液失水、負極闆硫化、腐蝕和熱失控等。

1) 失水：雖然閥控式鉛酸蓄電池一般情況下不會輕易失水或者說失水量很少，但它也并不是全密閉的。閥控式鉛酸蓄電池頂部設有單向“放氣閥”。在充電電流或放電電流過大的情況下，蓄電池内部化學反應，會産生氣體，或在蓄電池内部有故障的情況下，氣體也會增多，這樣蓄電池内部壓力就會增大。放氣閥就是為了在内部壓力過大時，為保護蓄電池不會炸裂而設計的。當内部壓力達到一定值，這些閥就會打開，向外放氣。而這些氣體中就有正極上放出氧氣和負極上放出的氫氣，如此電池便“失水”了。蓄電池的失水會導緻電池内部活性物質的減少，蓄電池容量下降，蓄電池内阻增大。

2) 負極闆硫化：當閥控式密封鉛酸蓄電池的電荷不足時，在電池的負極栅闆上就有PbSO₄ 存在，PbSO₄ 長期存在會失去活性，不能再參與化學反應，這一現象稱為活性物質的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質減少，降低電池的有效容量，久之就會使電池失效，蓄電池内阻增大。

3) 極闆腐蝕：由于電池失水，造成電解液比重增高，過強的電解液酸性加劇正極闆腐蝕。極闆腐蝕會造成活性物質的減少，蓄電池容量降低，蓄電池内阻增大。

4) 熱失控：熱失控是指蓄電池在充電時，充電電流和電池溫度發生一種累積性的相互增強作用，并逐步損壞蓄電池的現象。電池内部溫度的增加使充電電流增加，充電電流增加即反應速度增大使電池内部溫度升高，如此惡性循環，最終造成電池的熱失控。熱失控的直接後果是蓄電池的外殼鼓脹、漏氣，電池容量下降，最終導緻電池失效。極端的情況下由于電流過大、溫度過高、使電池極柱、外殼和内部毀壞。

影響蓄電池壽命的因素相當複雜，而在使用過程中，溫度和電壓對蓄電池壽命的影響最大。

2.1環境溫度對蓄電池的影響

蓄電池的壽命和性能與電池内部産生的熱量密切相關，電池内部的熱源是電池内部的功率損耗，在浮充工作時，電池内部的功率損耗可以簡單地看作是浮充電壓和浮充電流的乘積。在氧的再化合反應中，浮充電流會增大因而産生較多的熱量。在恒壓充電時，浮充電流随溫度上升而增大，增大了的浮充電流又會産生更多的熱量，從而使溫度進一步上升。

如果電池内部産生的熱量超過蓄電池的散熱能力，蓄電池的溫度将會持續上升，以至使電池的塑料殼子變軟熔化，放氣閥堵塞時就會導緻塑料殼子破裂，這就是所謂熱失控。一般來講，環境溫度25℃時每升高6-10 ℃，蓄電池壽命減少一半。

閥控式鉛酸蓄電池正常情況下限制了内部水的蒸發，這樣可以免去了向電池内部加液的麻煩。然而，也是這一特點使得蓄電池内部熱量不能夠由水蒸氣蒸發而被帶走，因此對于閥控式鉛酸蓄電池，控制電池溫度就顯得格外重要。VRLA 蓄電池溫度與壽命關系曲線見下圖。

圖2 VRLA蓄電池溫度與壽命關系曲線

2.2浮充電壓對蓄電池的影響

在系統中，電池是在線備用狀态，這樣電池基本上處于浮充狀态中。在理論上要求浮充電壓産生的電流量是以補償電池的自放電。浮充電壓的選取對電池的長期可靠運行起着至關重要的作用，是影響電池壽命至關重要的因素。

偏高的浮充電壓會造成電池緩慢失水并發生熱失控而使電池失效；偏低的浮充電壓會造成電池長期處于欠充電的狀态，使電池發生硫酸化而導緻電池失效。

根據以上電池失效的機理和電池壽命影響因素，加強對電池日常維護保證電池壽命顯得非常重要，根據多年的經驗主要有以下幾方面應注意。

3.1蓄電池的充放電時應注意的問題

3.1.1充電

充電分為初充電、正常充電、浮充電、均衡充電等幾種。

1) 新蓄電池的首次充電稱為初充電，目的在于使電池在裝配過程中被氧化的極闆活性物質還原，增加活性物質含量，提高蓄電池的放電性能。蓄電池安裝好後都要進行初充電。從理論上來說，浮充充電不能替代初充電。

2) 在用蓄電池在正常工作中，工作放電後進行充電稱為正常充電。當電源系統輸入交流電源中斷時，蓄電池組立即承擔起主要負荷。交流電源恢複送電時，充電裝置将自動或手動進入恒流充電-恒壓充電-浮充電，并恢複到正常運行狀态。

3) 一般情況下，電池組與整流電源并聯連接到負載上，當交流電源正常時，整流器将交流電整流為直流電後，一面給蓄電池充電，一面為負載供電。當交流電源中斷時，蓄電池的直流電立即給負載供電，以保證供電的連續性。這種蓄電池充電稱為浮充電。

4) 蓄電池在使用的過程中，往往會産生容量、電壓等不均衡現象。導緻蓄電池組輸出電壓過低，輸出電量過小。為此，對電池組進行過充電，使蓄電池組中的每個蓄電池都處于充足電狀态，這一充電過程稱為均衡充電。一般均充電流選在電池Ah數的1/10，而時間一般為10小時左右。

無論使用哪種充電方法，都應該按照廠家産品說明，控制充電電壓和電流，以防欠充和過充造成蓄電池性能下降和壽命縮短。

特别是浮充，浮充電壓的選取很關鍵。國内一般選擇2.23V～2.27V的浮充電壓。不同廠家對浮充電壓的具體規定不完全一樣，所以實際中應根據具體廠家的電池要求及具體的環境溫度選取浮充電壓。一般情況下浮充電壓定為2.23V/單體（25℃）比較合适。

如果不按此浮充範圍工作，而是采用2.35V/單體（25℃），則連續充電4個月就會出現熱失控；或者采用2.30V/單體（25℃），連續充電6 ~ 8個月就會出現熱失控；要是采用2.28V/單體（25℃），則連續12 ~ 18個月就會出現嚴重的容量下降，進而導緻熱失控。熱失控的直接後果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，最後失效。另外，應注意不同環境溫度浮充電壓的選擇，下圖是某廠家電池浮充電壓同，溫度的關系曲線。

圖3 浮充電壓和溫度的關系曲線

閥控式密封鉛酸蓄電池在使用中應注意觀察電池的溫度情況，随時注意觀察浮充電壓，若充電設備沒有補償溫度的功能，就應按溫度每上升1℃，每單體電池浮充電壓下降3mV進行修正。

均衡充電電壓較高，不宜頻繁使用。在石化停電不頻繁的電源系統，可以采用每年4次，如果停電比較頻繁的電源系統則再增加1~2次或電池組遇有下列情況之一時進行：有兩隻以上的電池在浮充狀态下，電壓低于2.18V（12V系統為13.08V）；電池組擱置不用時間超過3個月。

3.1.2放電

核對性放電：即将蓄電池按照10h放電率進行放電，放電時要求及時監測每個單體電壓和總電壓，防止過放電，蓄電池端電壓不要低于終止電壓（最低1.8V/2V單體或10.8V／12V單體）。放電完後，靜置2小時後，再用同樣大小的電流對蓄電池進行恒流充電，使電池電壓上升到2.35V/隻或14.1V/隻，保持該電壓對電池進行8小時的均衡充電後将恒壓充電電壓改為2.25V/隻或13.5V/隻，進行浮充充電。上述方法，可以放出蓄電池容量的80%。但一般情況下，放出蓄電池容量的30~50%左右就可以了。通過核對性放電，可以計算出電池組的容量，活化落後的電池，恢複電池的容量。一般要求一年至少一次。

放電時需要注意的是：放電電流不宜過大，更要避免短路放電。一般放電電流選在電池Ah數的1/10；放電時，蓄電池端電壓不要低于終止電壓，以防蓄電池過度放電導緻蓄電池性能下降和壽命縮短；放電後，應該及時充電。不允許蓄電池在放電狀态下長時間擱置。

容量嚴重下降的電池，在浮充電狀态下，其浮充電壓的區别不足以用來判斷電池是否因容量降低而失效，因此日常維護中需加強對電池的充放電活化管理。在電池組進行核對性放電過程中，容量嚴重下降的電池端電壓就會很快跌落，這時從電池的端電壓的變化上可以很容易的發現他們，以下是我們對直流屏的，一組直流電源蓄電池進行核對性放電的電壓數值，其規格為100Ah/12V（18隻），放電電流10A。一般情況下，放出蓄電池容量的30~50%左右就可以了，所以隻記錄四小時。

表1

其中18号電池的放電電壓曲線如下：

圖4

從放電電壓看所有電池電壓變化較一緻，沒有電壓突降現象。

容量校核：即判斷蓄電池的實際容量，一般要求每三年進行一次。使用六年以後最好每年作一次。當輸出容量低于額定容量的80%，則認為該電池失效。

3.2蓄電池的檢測

預測蓄電池狀态性能的一般方法有：蓄電池的電壓變化監測和内阻檢測。

監測放電時的電壓變化，是檢測閥控鉛酸電池的故障的一種方法之一，但是要想檢測結果準确，就必須與放電試驗結合進行。因此，這種試驗必須在市電正常時帶假負載或在，市電停電時電池帶真負載放電過程中，才能檢出故障電池，但檢出故障電池時，蓄電池組已不能再提供可靠的電源，這樣對供電系統造成嚴重影響，失去了備用電源的作用。

各種電池失效最後都能引起蓄電池内阻的增大。可見根據電池内阻的大小可以檢測出電池性能的好壞。不過需要注意的是，電池的内阻值在不同的狀态及環境下，其内阻值也有很大的差異。電池内阻的比較盡量在同一狀态下比較，且明顯的内阻變化才表明蓄電池有大的性能改變，超過30%的變化即可認為明顯，但這個變化幅度可能跟不同廠家的電池有關。以下是在運行中通過檢測的實例。

浮充狀态下1組電池組，通過檢測端電壓和内阻數據如表2；電池規格為100Ah/12V，18隻。

表2

去除No9、No10電池後的内阻平均值為6.08，其中No9電池内阻偏離平均值31.9%，No10電池内阻偏離平均值28.5%。可以認為這兩塊電池有問題。

對No9、No10單獨恒流放電，測試實際容量。放電電流10A，記錄放電電壓和環境溫度。測得No9電池的實際容量67.7%、No10電池的實際容量74.3%，均低于80%應更換。

閥控式鉛酸蓄電池雖然号稱是免維護蓄電池，的确閥控式鉛酸蓄電池避免了，開口電池冒酸氣，補水補酸等麻煩而且可以不用專門蓄電池室，可以和其他配電櫃一起放置，這是它的優點。但免維護不等于不維護，不正确的使用可以顯著地對蓄電池造成損害，并使蓄電池的使用壽命縮短。

因此，必須加強維護，加強監測并控制蓄電池組的浮充電壓、使用溫度，監測蓄電池内阻，及時準确地發現劣化電池并采取必要措施，定期核對性放電，活化落後的電池。使整組蓄電池工作在正确的使用狀态，保證負載的正常工作。

（摘編自《電氣技術》，原文标題為“閥控式鉛酸蓄電池的運行與維護”，作者為原永禹。）

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