閥控式密封鉛酸蓄電池的失效與維護(hù)資料.doc

1、閥控式密封鉛酸蓄電池的失效與維護(hù)摘    要:對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池的失效模式進(jìn)行研究,對(duì)蓄電池出現(xiàn)的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析與探討,提出了對(duì)通信用閥控式密封鉛酸蓄電池組的維護(hù)要求1 引言 自1859年法國(guó)科學(xué)家普蘭特發(fā)明鉛酸蓄電池以來(lái),至今已有一百多年的歷史它與其它化學(xué)電源一樣,是一個(gè)電能與化學(xué)能互相轉(zhuǎn)換的裝置由于它具有電動(dòng)勢(shì)高充放電可逆性好使用溫度范圍廣電化學(xué)原理清楚生產(chǎn)工藝易于掌握和原材料豐富而價(jià)廉等特點(diǎn),獲得了最廣泛的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展,從五十年代起,不斷對(duì)傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池進(jìn)行技術(shù)改造特別是閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)的問(wèn)世,克服了酸液和酸霧易

2、于外溢的令人頭痛的弊病,使它能與電子設(shè)備放在一起使用,符合用戶要求產(chǎn)品使用方便的歷史發(fā)展潮流,使它的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊1.1產(chǎn)品市場(chǎng)前景 根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):1999年全世界鉛酸蓄電池的銷售收入約為198億美元,且每年以5%的速度遞增 在我國(guó),隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,汽車工業(yè)通訊電力交通鐵路計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速,這些行業(yè)都處于一個(gè)高成長(zhǎng)時(shí)期,對(duì)蓄電池的需求日益增長(zhǎng),大大促進(jìn)了蓄電池行業(yè)的發(fā)展,近十年來(lái)我國(guó)鉛酸蓄電池的需求更以每年10%的速度快速增長(zhǎng) 根據(jù)中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)2000年10月公布的電池行業(yè)第十個(gè)五年計(jì)劃提供的數(shù)字:1999年全國(guó)鉛酸蓄電池產(chǎn)量達(dá)到2625萬(wàn)KVAh,年銷售量為10.5

3、億美元鉛酸蓄電池在十五規(guī)劃的目標(biāo)是:以2625萬(wàn)KVAh為基數(shù),年均5%適度增長(zhǎng)2005年產(chǎn)量達(dá)到3500萬(wàn)KVAh 統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池逐步取代傳統(tǒng)的開口式鉛酸蓄電池將成為今后鉛酸蓄電池行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)1.2工作原理 閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理,基本上沿襲于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池,它的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀鉛(Pb),電解液是稀硫酸(H2SO4),其電極反應(yīng)方程式如下: 正極:PbO2+H2SO4+2H+2e- PbSO4+2H2O 負(fù)極:Pb+ H2SO4 PbSO4+2H+2e- 整個(gè)電池反應(yīng)方程式: Pb+ PbO2+2H2SO4 2PbS

4、O4+2H2O 普通的鉛酸蓄電池在充電過(guò)程中,正極析出氧氣,負(fù)極析出氫氣: 正極: H2O1/2O2+2H+2e- 負(fù)極: 2H+2e-H2 從上面反應(yīng)式可看出,充電過(guò)程中存在水分解反應(yīng),當(dāng)正極充電到70%時(shí),開始析出氧氣,負(fù)極充電到90%時(shí)開始析出氫氣,由于氫氧氣的析出,如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合利用,電池就會(huì)失水干涸 閥控式密封鉛酸蓄電池在結(jié)構(gòu)材料上作了重要的改進(jìn),正極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金或低銻多元合金,負(fù)極板柵采用鉛鈣錫鋁四元合金,隔板采用超細(xì)玻璃纖維棉(AGM),并使用緊裝配和貧液設(shè)計(jì),在電池的上蓋中設(shè)置了一個(gè)單向的安全閥這種電池結(jié)構(gòu),由于采用無(wú)銻的鉛鈣錫鋁四元合金,提高了負(fù)極

5、析氫過(guò)電位,從而抑制氫氣的析出,同時(shí),采用特制安全閥使電池保持一定的內(nèi)壓,采用超細(xì)玻璃纖維棉(AGM)隔板,利用陰極吸收技術(shù),通過(guò)貧液式設(shè)計(jì),在正負(fù)極之間隔板之中預(yù)留氣體通道因此在規(guī)定充電電壓下進(jìn)行充電時(shí),正極析出的氧(O2)可通過(guò)隔板通道傳送到負(fù)極板表面,還原為水(H2O),其反應(yīng)式如下: 這是閥控式密封鉛蓄電池特有的內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)機(jī)理,這種充電過(guò)程,電解液中的水幾乎不損失,使電池在使用過(guò)程中達(dá)到不需加水的目的 當(dāng)今閥控式密封鉛酸蓄電池有兩類,即分別采用超細(xì)玻璃纖維棉(AGM)隔板和硅凝膠二種不同方式來(lái)“固定”硫酸電解液它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的,但給正極析出的氧氣到達(dá)負(fù)極提供

6、的通道是不同的對(duì)AGM密封鉛酸蓄電池而言,AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液,但必須使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液正極生成的氧氣就是通過(guò)這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的對(duì)膠體密封鉛酸蓄電池而言,電池內(nèi)的硅凝膠是以SiO2質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),它將電解液包藏在里邊電池灌注的硅溶膠變成凝膠后,骨架要進(jìn)一步收縮,使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間,給正極析出的氧氣提供了到達(dá)負(fù)極的通道 由此看出,兩種電池的區(qū)別就在于電解液的“固定”方式和提供氧氣到達(dá)負(fù)極通道的方式有所不同,因而兩種電池的性能也各有千秋本文主要討論AGM密封鉛酸蓄電池的性能特性2失效模式 閥控式密封鉛酸蓄電池由于具有

7、體積小重量輕自放電小壽命長(zhǎng)節(jié)省投資安裝簡(jiǎn)便安全可靠使用方便少維護(hù)不溢酸霧對(duì)環(huán)境無(wú)腐蝕無(wú)污染等優(yōu)良特性,并可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和微機(jī)集中監(jiān)控的現(xiàn)代化管理,因而在通信局站中被大量使用但從使用情況來(lái)看,不少用戶不甚了解電池的使用要求,未能更新維護(hù)觀念,及時(shí)調(diào)整維護(hù)方法,致使電池較快失效2.1.早期失效模式2.1.1早期失效 早期失效是指蓄電池組在使用過(guò)程中,只有數(shù)個(gè)月或1年時(shí)間,其中個(gè)別電池的性能急劇變差,容量低于額定值的80%2.1.2早期失效原因 導(dǎo)致電池早期失效的根本原因是電池中正負(fù)極板與AGM隔板中電解液脫離接觸這里有電池設(shè)計(jì)問(wèn)題,如極群組裝壓力和電解液量等也存在以下將要討論的電池在使用過(guò)程中失水

8、問(wèn)題2.2干涸失效模式2.2.1干涸失效 閥控式密封鉛酸蓄電池一旦處于“富液”狀態(tài),會(huì)使隔板中O2的通道阻塞,氣體復(fù)合效率低,電池內(nèi)壓力增大,一部分O2來(lái)不及復(fù)合就從電池內(nèi)部溜出,導(dǎo)致失水特別是在安全閥性能不良情況下,失水更加嚴(yán)重,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,電池會(huì)失水而干涸2.2.2干涸失效原因 干涸失效是閥控式密封鉛酸蓄電池所特有的,從電池中排出氫氣氧氣水蒸汽酸霧,都是電池失水的方式和干涸的原因失水的原因有四: 氣體再化合的效率低;從電池殼體中滲出水;板柵腐蝕消耗水;自放電損失水 干涸的原因如下: (1)浮充電壓過(guò)高:當(dāng)浮充電壓過(guò)高,氣體析出量增加,氣體再化合效率低,安全閥頻繁開啟,失水多(2)環(huán)境溫

9、度升高:環(huán)境溫度升高,未及時(shí)調(diào)整浮充電壓,同樣產(chǎn)生失水過(guò)程2.3熱失控失效模式2.3.1熱失控 由于充電電壓和電流控制不當(dāng),在充電后期,會(huì)出現(xiàn)一種臨界狀態(tài),即熱失控此時(shí),蓄電池的電流及溫度發(fā)生積累性的相互增強(qiáng)作用,使電池槽殼變形“鼓肚子”2.3.2出現(xiàn)熱失控的原因 (1)氧復(fù)合反應(yīng) 2Pb +O22 PbO+Q1 Q1 =219.2kJ/mol PbO+ H2SO4 PbSO4+H2O+ Q2 Q2=172.8 kJ/mol 氧復(fù)合反應(yīng)是放熱反應(yīng),它將導(dǎo)致電池溫度升高,電池內(nèi)阻下降,如不及時(shí)下調(diào)浮充電壓就會(huì)使浮充電流加大,引起析氧量加大,復(fù)合反應(yīng)加劇如此反復(fù)積累,將會(huì)導(dǎo)致電池出現(xiàn)熱失控 (2)

10、電池結(jié)構(gòu)緊湊 電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì),隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)入,因而電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差,熱容量小 (3)環(huán)境溫度升高 環(huán)境溫度升高,則浮充電流相應(yīng)增加,若不及時(shí)調(diào)整浮充電壓,則會(huì)使電池溫度迅速升高 (4)負(fù)極不可逆硫酸鹽化 當(dāng)蓄電池經(jīng)常處于充電不足或過(guò)放電,負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛,它幾乎不溶解,用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì),從而減少了電池容量,甚至成為蓄電池壽命終止的原因,這種現(xiàn)象稱謂極板的不可逆硫酸鹽化 (5)板柵腐蝕 在充電時(shí),特別是在過(guò)充電時(shí),正極板柵要遭到腐蝕,逐漸被氧化成二氧化鉛而失去板柵的作用,為補(bǔ)償其腐蝕量必須加粗加厚正極板柵電池設(shè)計(jì)壽命

11、是按正極板柵合金的腐蝕速率進(jìn)行計(jì)算的,正極板柵被腐蝕的越多,電池的剩余容量就越少,電池壽命就越短3.常見(jiàn)故障及其分析3.1浮充電壓不均衡性 閥控式密封鉛酸蓄電池的均勻性是指電池在完成生產(chǎn)過(guò)程后測(cè)量的開路電壓和蓄電池組在浮充狀態(tài)下浮充電壓的差值,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定蓄電池組中各單體電池的開路電壓之差不大于20mV,各單體電池在浮充狀態(tài)下浮充電壓之差不大于100mV 閥控式密封鉛酸蓄電池較普遍存在浮充電壓不均勻和開路電壓偏差的問(wèn)題如果蓄電池組中存在電壓偏低會(huì)造成落后電池早期失效 影響電池均勻性的因素 原材料和半成品質(zhì)量 原材料(包括隔板硫酸)中有害雜質(zhì)會(huì)降低電池的浮充電壓,加速電池自放電極板隔板酸量的不均一,

12、累加的結(jié)果造成各電池的吸酸飽和度不同,使浮充電壓不均勻 安全閥的開啟和關(guān)閉壓力 電池在長(zhǎng)期使用過(guò)程中很難做到使安全閥的開啟和關(guān)閉壓力始終保持均勻一致開啟壓力大的電池極群上部空間的氣體壓力大,則浮充電壓就高,反之亦然 注酸量 因電池是貧液設(shè)計(jì),電池的放電容量受酸量控制,因而其浮充電壓對(duì)電池的注酸量非常敏感 電池制造工藝的控制 只有在每道工序上都嚴(yán)格按工藝規(guī)定要求生產(chǎn),才能最大限度地保證電池性能的均勻性3.2 電池鼓脹變形 這是AGM密封鉛酸蓄電池在使用不當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象,即熱失控現(xiàn)象,導(dǎo)致電池槽鼓脹變形,失水速度加大,甚至電池?fù)p壞膠體密封鉛酸蓄電池因其電解液量與開口式鉛酸蓄電池

13、相當(dāng),極群周圍與槽體之間充滿凝膠電解質(zhì),有較大的熱容量和散熱性,不會(huì)產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)象電池沒(méi)有熱失控現(xiàn)象3.3 電池漏液 閥控式密封鉛酸蓄電池不同程度存在漏液?jiǎn)栴},主要表現(xiàn)在安全閥漏液極柱漏液和電池槽蓋密封不良造成漏液3.3.1電池槽蓋漏液 電池槽蓋密封一般采用環(huán)氧膠粘密封和熱熔密封兩種方法相對(duì)而言,熱熔密封效果較好,方法是通過(guò)加熱使電池槽蓋塑料(ABS或PP)熱熔后加壓熔合在一起但是,一旦熱熔層存在蜂窩狀沙眼,在一定氣壓下,O2會(huì)帶著酸霧沿沙眼通道產(chǎn)生漏液 環(huán)氧膠粘接密封漏液較多,密封膠與殼體粘接是界面粘接,如果結(jié)合不好,容易脫落,出現(xiàn)缺膠孔或造成龜裂,產(chǎn)生漏液3.3.2安全閥漏液 造成安全閥

14、漏液主要原因?yàn)? 加酸量過(guò)多,電池處于富液狀態(tài),致使O2再化合的氣體通道受阻,O2增多,內(nèi)部壓力增大,超過(guò)開啟壓力,安全閥開啟,O2帶著酸霧放出,酸霧在安全閥周圍結(jié)成酸液 安全閥耐老化性差,安全閥的橡膠受O2和H2SO4腐蝕而老化,安全閥彈性下降,開啟壓力下降,甚至長(zhǎng)期處于開啟狀態(tài),造成酸霧,產(chǎn)生漏液3.3.3極柱端子漏液 這是目前國(guó)內(nèi)閥控式密封鉛酸蓄電池普遍存在的問(wèn)題極柱端子一旦被腐蝕,產(chǎn)生多孔狀的PbO和PbSO4,H2SO4沿著腐蝕通道在內(nèi)部氣壓作用下,流到端子表面產(chǎn)生漏液,也叫爬酸或滲漏3.4電池失水 閥控式密封鉛酸蓄電池是在“貧液”狀態(tài)下工作的,其電解液完全貯存在多孔性的AGM隔膜之

15、中一旦電池失水,就會(huì)引起電池正負(fù)極板跟隔板中電解液脫離接觸,引起電池放不出電 使用效果表明,當(dāng)前大部分閥控式密封鉛酸蓄電池組容量下降的原因,都是由電池失水造成的當(dāng)水損失達(dá)到3.5ml/Ah時(shí),電池容量會(huì)降至初始容量的75%以下;當(dāng)水損失達(dá)到25%時(shí),電池壽命將會(huì)終止4. 應(yīng)用與維護(hù) 通過(guò)以上分析,為了保證電源無(wú)故障運(yùn)行,延長(zhǎng)蓄電池組使用壽命,這里提出如下運(yùn)行維護(hù)方案:4.1放電操作 在新電池裝入電源系統(tǒng)之前進(jìn)行一次檢查性深放電,即以10小時(shí)率放電電流放至1.80V左右,然后充足電裝進(jìn)電源系統(tǒng)之中對(duì)照下表中電壓值,判斷電池是否正常如果各個(gè)電池放電終止前的電壓差別不大,比較均勻,則本組電池性能一定

16、不錯(cuò);如若其中個(gè)別電池電壓下降很快,則很可能是落后電池,必須查明原因采取措施表1:電池放出不同容量的標(biāo)準(zhǔn)電壓值(10小時(shí)率)4.2充電要求4.2.1浮充充電 在線式電池組是長(zhǎng)期并聯(lián)在充電器和負(fù)載線路上,作為后備電源的工作方式一般情況下,都采用浮充充電,單體電池電壓控制在2.25V,并定期觀察記錄浮充電壓變化4.2均衡充電 如果電池組在浮充過(guò)程中存在落后電池(單體電壓低于2.20V),或浮充三個(gè)月后,宜進(jìn)行均充過(guò)程,其單體電池2.35V,充68小時(shí),然后調(diào)回到浮充電壓值,再觀察落后電池電壓變化,相隔二周后再均充一次4.3 溫度補(bǔ)償 雖然電池的工作溫度范圍很寬,可在-1545范圍內(nèi)運(yùn)行,但是電池運(yùn)

17、行最佳環(huán)境為25左右,如果環(huán)境溫度變化較大,需用溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償(-3mV/),可參考下表調(diào)整充電電壓值表2:不同環(huán)境溫度的浮充電壓值 建議電池與具有補(bǔ)償功能的智能型開關(guān)電源配套使用,其中有如武漢洲際通信電源公司生產(chǎn)的DUM14智能高頻開關(guān)電源系統(tǒng)5.結(jié)論 (1)在條件允許的情況下,蓄電池室應(yīng)安裝空調(diào)設(shè)備并將溫度控制在20±5 (2)不論在任何情況下,蓄電池的浮充電壓不應(yīng)超過(guò)廠家給定的浮充值,并且要根據(jù)環(huán)境溫度變化,隨時(shí)利用電壓調(diào)節(jié)系數(shù)-3mV/來(lái)調(diào)整浮充電壓的數(shù)值 (3)鑒于不均衡性對(duì)蓄電池組的影響,應(yīng)采用浮充電壓的下限值進(jìn)行浮充供電 (4)在蓄電池不均衡性比較大或在較深度地放電以

18、后,以及在蓄電池運(yùn)行一個(gè)季度時(shí),應(yīng)采用均衡的方式對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電9勵(lì)志美文美句摘抄 1不要放棄自己就是真正的堅(jiān)強(qiáng),虛心就是堅(jiān)強(qiáng),努力就是堅(jiān)強(qiáng),從頭再來(lái)就是堅(jiān)強(qiáng),正直就是堅(jiān)強(qiáng),學(xué)會(huì)堅(jiān)強(qiáng)之前要學(xué)會(huì)如何愛(ài)惜自己 2人生,就沒(méi)有,永遠(yuǎn)的悲痛;也沒(méi)有,永遠(yuǎn)的歡欣能使我們堅(jiān)強(qiáng)的,往往不是順境,而是逆境;能讓我們醒悟的,往往不是高興,而是傷心學(xué)會(huì)忍受,懂得艱辛,于曲折中前進(jìn) 3人都說(shuō)比天空和大地更遠(yuǎn)的距離是人與人的距離,因?yàn)槿诵睦锒紩?huì)藏匿太多的猜忌和戒備,想要快樂(lè)就甩開生命中這些過(guò)于沉重,卻又不必要的行李吧,生命中有愛(ài)就足夠了試著給周圍你所熟識(shí)的還有你還陌生的人一個(gè)真誠(chéng)無(wú)惕的微笑吧,它可以觸摸到他人的心靈

19、,微笑是有感染力有連帶性的,它會(huì)無(wú)聲的滲透進(jìn)每個(gè)易感的心靈,更會(huì)讓更多的心靈為之感動(dòng),心中有愛(ài)就會(huì)快樂(lè),就會(huì)讓微笑發(fā)自心底,燦爛在臉上 4千萬(wàn)不要因?yàn)樽约阂呀?jīng)到了結(jié)婚年齡而草率結(jié)婚想結(jié)婚,就要找一個(gè)能和你心心相印相輔相攜的伴侶不要因?yàn)榉趴v和游戲而戀愛(ài),不要因?yàn)閼賽?ài)而影響工作和事業(yè),更不要因一樁草率而失敗的婚姻而使人生受阻感情用事往往會(huì)因小失大 5你要從現(xiàn)在開始,微笑著面對(duì)生活,不要抱怨生活給了你太多的磨難,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公當(dāng)你走過(guò)世間的繁華與喧囂,閱盡世事,你會(huì)幡然明白:人生不會(huì)太圓滿,再苦也要笑一笑! 6不要讓灰色的烏云籠罩一輩子,生命中還有很多美好的不要

20、讓其遮蓋,不要因?yàn)橐黄瑸踉茪Я艘磺?人生中還有很多可以去把握 7每一個(gè)成功者的背后都有一個(gè)心路的旅程,雨中漫步你不會(huì)比別人先一步看到彩虹 8面對(duì)人生的煩惱與挫折,最重要的是擺正自己的心態(tài),積極面對(duì)一切再苦再累,也要保持微笑笑一笑,你的人生會(huì)更美好! 9命運(yùn),不過(guò)是失敗者無(wú)聊的自慰,不過(guò)是懦怯者的解嘲人們的前途只能靠自己的意志自己的努力來(lái)決定 10你或許無(wú)法改變身高和體形,但是可以改變你的態(tài)度我們每個(gè)人都有力量去培養(yǎng)和保持為我所用的積極態(tài)度,提高我們的人生質(zhì)量,完成我們的人生目標(biāo)態(tài)度是人生理想的昭示,而非既有成果的反映改變你的態(tài)度,就可以改變你的人生 11不要像玻璃那樣脆弱有的人眼睛總盯著自己,

21、所以長(zhǎng)不高看不遠(yuǎn);總是喜歡怨天尤人,也使別人無(wú)比厭煩沒(méi)有苦中苦,哪來(lái)甜中甜?不要像玻璃那樣脆弱,而應(yīng)像水晶一樣透明,太陽(yáng)一樣輝煌,臘梅一樣堅(jiān)強(qiáng)既然睜開眼睛享受風(fēng)的清涼,就不要埋怨風(fēng)中細(xì)小的沙粒 12常言道,失敗是成功之母,而我卻認(rèn)為,失敗是一種解脫和瀟灑,也是一種“得”人生中,有成功有失敗,成功是鮮花,失敗同樣也精彩 13該來(lái)的會(huì)來(lái),該走的會(huì)走,有時(shí)候離開并不意味著結(jié)束,而是另一種開始 14人生,無(wú)非只有三天,昨天,今天,明天昨天很長(zhǎng),說(shuō)不清有多少天,但不管有多少天,不管是受到挫折,還是取得輝煌,都只能代表過(guò)去,昨天你失敗了,將來(lái)可能會(huì)成功,昨天你輝煌了,將來(lái)你可能會(huì)萎靡不振,只有把過(guò)去的挫折和輝煌都變成今天的基石,才能登上美好的明天 15每個(gè)人都有每個(gè)人的做法,每個(gè)人都有每個(gè)人的想法,別人做什么,想什么,我們無(wú)法掌握,也無(wú)法控制我們能做的,就是做好自己,管好自己,憑自己的本身,靠自己的良心,踏踏實(shí)實(shí)地做事,老老實(shí)地做人,即使遭遇不公,遭遇不平,也能想開,懂得包容,學(xué)會(huì)用寬容的心懷,善良的言行,對(duì)待身邊所有的人生活中的許多磨難,讓我們理解了人情,理解了這個(gè)社會(huì)能給你的所有尊重,于艱難中,