摘要:阀控式密封铅酸蓄电池的运行维护技术, 在随着电池充电设备日益智能化和监控检测手段日益普遍使用的情况下, 变得越来越重要, 冠以“免维护”称号的阀控式密封铅酸蓄电池, 给使用者带来了认识上的误区, 放松了对蓄电池的日常维护和管理。维护技术的差别将直接关系到蓄电池的寿命问题。文章主要介绍了影响阀控式蓄电池使用寿命的主要因素、运行维护技术以及定期维护措施和应注意的问题。
关键词:蓄电池;运行维护;寿命;措施
引言
蓄电池作为一种独立的通信备用电源, 具有可靠性高的优点, 因此在通信供电系统中是不可缺少的。由于充电设备的更新换代, 尤其是高频开关电源的应用, 使相关指标(稳压、稳流、纹波系数等)要求较严的阀控式蓄电池得到了广泛应用。由于阀控式蓄电池全密封、无需加水维护, 曾经被称为“免维护”蓄电池, 使得用户放松了对阀控铅酸蓄电池的日常维护和管理, 造成了蓄电池的早期容量降低和损坏, 由于蓄电池容量不足或者失效造成的通信中断事故屡见不鲜。因此, 正确使用和维护阀控铅酸蓄电池, 提高其使用寿命, 具有十分重要的意义。人们对阀控式密封铅酸蓄电池运行维护技术的认识随着其广泛应用而不断地深入完善。当前, 监控检测手段的可靠性、测量精度、电池的充电控制模式等方面的功能还不能完全符合蓄电池的实际使用要求, 如果依赖于用监控数据结果作为判断蓄电池实际运行状况的唯一标准, 就不容易发现蓄电池当前运行中存在的隐患问题, 尤其是电池容量问题。较为正确的方法是:除了日常的监控测试外, 还应加强对阀控式密封铅酸蓄电池的定期维护。正确找到智能化充电设备的工作参数设置与蓄电池实际应用参数之间的关系, 不断改进在蓄电池系统维护工作中出现的问题。
一、影响阀控式蓄电池使用寿命的主要因素
阀控式蓄电池全浮充正常使用寿命在8年以上(理论上可到20年), 但在实际使用中, 影响阀控式蓄电池使用寿命的因素很多, 主要有以下几种。
(1)环境温度。环境温度过高对蓄电池使用寿命的影响很大。温度升高时, 蓄电池的极板腐蚀将加剧, 同时将消耗更多的水, 从而使电池寿命缩短。阀控铅酸蓄电池的容量是随着温度变化而变化的, 25 ℃时蓄电池的容量为100%;在25 ℃以上时, 每升高10 ℃, 蓄电池的容量会减少一半;而在25 ℃以下时, 温度与容量的关系见表1所列。
(2)过度充电。长期过度充电状态下, 正极因析氧反应, 水被消耗, H+增加, 从而导致正极附近酸度增加, 板栅腐蚀加速, 使板栅变薄, 加速电池的腐蚀, 使电池容量降低;同时因水损耗加剧, 将使蓄电池有干涸的危险, 从而影响蓄电池寿命。
(3)过度放电。蓄电池过度放电主要发生在交流电源停电后, 蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被过度放电到其电压过低甚至为零时, 会导致电池内部大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面, 在电池的阴极造成“硫酸盐化”。硫酸铅是一种绝缘体, 它的形成必将对蓄电池的充、放电性能产生很大的负面影响, 因此, 在阴极上形成的硫酸盐越多, 蓄电池的内阻越大, 电池的充、放电性能就越差, 蓄电池的使用寿命就越短。
(4)长期浮充电。蓄电池在长期浮充电状态下, 只充电而不放电, 势必会造成蓄电池的阳极极板钝化, 使蓄电池内阻增大, 容量大幅下降, 从而造成蓄电池使用寿命缩短。
二、阀控式密封铅酸蓄电池的运行维护技术
阀控式密封铅酸蓄电池与开口式蓄电池相比,最大的优点是减轻了对电池维护的劳动强度, 但日常的充电维护工作仍是不可缺少的。就同一品牌的蓄电池, 当在不同的环境和维护条件下使用时,其实际使用寿命会相差很大。从极板的耐腐蚀看,当蓄电池的放电容量降低到80%时, 即使电池板栅尚完好, 由于其活性物质的动态寿命已经终了,电池的使用寿命也就结束了。而对其影响最大的因素就是不为人们所注意的蓄电池长期工作时的浮充电压值。因此对维护人员来说, 必须了解充电方法对蓄电池使用寿命的影响程度以及如何根据蓄电池的实际使用情况, 及时调整充电器对蓄电池的充电参数。对放电试验中暴露出来的问题, 及时改进日常的维护方法, 消除蓄电池工作状态中的隐患, 保证蓄电池能处于最佳的充电备用状态。
2.1 新安装蓄电池的使用与维护
新电池在投入使用后, 首先要进行补充充电(即均充电)。在25 ℃时, 电压值为2.35 V/单体±0.02 V。充电时间在16 ～ 20 h。如果不在标准温度时, 应修正其充电电压。只有在蓄电池充足电的情况下, 才能进行核对容量试验, 同时应按蓄电池充放电标准进行, 即初次容量按95%核对, 对于放电容量受温度影响的程度应依据公式Ce = Ct1+K(t-25℃) (1)式中 t为放电时的环境温度;K为温度系数, 10 h率容量试验时K=0.006 /℃;3 h率容量试验时K=0.003 /℃;1 h率容量试验时K=0.01/℃;Ce为25 ℃时电池的标称容量值。
2.2 在线蓄电池的充电维护
电池投入使用后, 应按照各电池生产厂商的充电要求进行蓄电池充电参数的设置, 尤其是目前的开关电源充电设备, 其智能化的方式和程度都不尽相同, 对蓄电池的充电应能按下面要求进行。
(1)阀控式密封铅酸蓄电池的浮充电压值在25 ℃时为2.25 V±0.02 /单体。建议最好取在2.25 ～ 2.26 V/单体, 即比中心值略高一点。这是因为蓄电池标准环境温度为25 ℃, 而在北方地区在25 ℃以下工作时间较长, 为了保证蓄电池在长期浮充条件下能充足电, 并且当充电器交流短期停电后, 充电器又不能自动启动均充电状态时, 适当提高平时的浮充工作电压值对运行是有利的。这时电池进行了短时间放电后, 即使对电池没有均充电补足电能, 但由于平时浮充电压取得较高, 电池经过一段时间浮充后, 也能补足短期放电后的电能。浮充电压选取除满足电池充电时自身的放电及氧复合需要的能量外, 还必须对电池短期放电后电能充足电。否则电池长期浮充时, 将会处于欠充电状态, 放电时引起容量不足。
(2)蓄电池系统是由2 V单体电池串联使用, 因此, 系统浮充充电电流值取决于其中一个浮充电流值较低的单体。一般情况下, 串联系统中即使个别单体电压较高, 但由于浮充电电流受到限制, 其最大值也不会超过规定值。因此, 在规定的浮充电流值内(一般为2 mA/AH),适当提高浮充电压值对于个别尚没充足容量而电压又处于落后的单体电池是有益的。实际证明, 在25 ℃条件下, 平均单体电压≤2.27 V时, 整体浮充电流值≤2 mA/AH。不会因此而引起所谓的热失控现象。当每个电池充足电后,各单体电池的浮充电压值会趋向于相同值。
(3)无人值守站, 浮充电压选取的值不能低于中心值, 因为用户不可能经常对充电设备的电压值进行调整。同时大部分开关电源充电设备输出的电压值都不能精确地按标准温度补偿系数来修正其输出电压, 只能在一个范围内进行调整。在对蓄电池浮充电压值的选取上, 在25 ℃时应略比平均值高一些。这样浮充电压值既在允许范围内, 又避免由于温度变化后充电器没有及时修正补偿电压而造成蓄电池系统欠充电的现象发生。
(4)对于均充电方式用限流值来自动判断均充电开关标准的充电设备, 往往在均充电状态结束
后电池系统还不能充足容量。这是因为电池浮充电流标准为每安时小于2 mA, 而均充电电流值目前尚无标准值。一般是到均充电后期电流值需减少到最小并保持3 h不变后, 才能认为均充电结束。但由于充电设备是靠限流值或限时来关闭均充电状态, 因此当蓄电池充电电流或充电时间达到某一个人为限定值时, 充电设备均充电开关关断,均充电即结束, 并不能使充电电流保持3 h不变, 电池尚未充足的容量, 必须要靠浮充去完成。这时必须调整浮充电压值在标准值之上, 才能逐渐充足容量, 否则每次放电后都不能充足容量。长此以往对蓄电池会造成欠充电, 使电池容量受到损失。
(5)浮充电压取得太低, 会造成浮充电流急剧减小, 相对充电时间就会延长, 如果负载变动的间隔时间短于电池短期内充足电所需的时间, 于是电池就会充电不足, 电池的放电容量会越来越小。同时, 浮充电压太低时电池极板内部的硫酸铅不能充分化合成PbO2和Pb, 长期下去, 硫酸铅会变成粗结晶的二硫酸铅Pb(SO4 )2 , 最后无法转化为PbO2和Pb, 即电极出现硫酸化。电池系统中个别单体电池一旦出现硫酸盐化后, 电池内电解液浓度改变而使内阻增加, 因而浮充电流会增大, 使电池极板产生的热量大幅增加, 硫酸盐化程度继续加剧,最终引起硫酸铅枝晶短路, 单体电池极板因短路电流发热而扭曲膨胀, 甚至引起电池外壳爆裂, 使单体电池产生早期失效, 直至导致整组电池系统的电池失效。
(6)目前, 已有一些阀控式密封铅酸蓄电池有带催化剂技术的排气阀, 内部氧气复合效率高。因此即使浮充电压高些也绝不会出现排气阀放气及壳体胀裂现象。相反当浮充电压取得较高时, 电池能保证长期充足电而使容量保持在额定值。蓄电池在不同温度时的浮充电压参考值见表2所列。
三、蓄电池系统的定期维护措施及注意的问题
(1)蓄电池室及蓄电池放置处应经常通风, 保持干燥、适宜温度和适宜间距, 并远离热源。氧的再化合过程使电池内产生较多的热量, 但是排出的气体量少, 减少了热量的散失, 蓄电池内部温度通常会很高, 因此蓄电池应放置在通风良好的位置排列不可过于紧密,单体电池之间应至少保持10 mm间距。温度过高, 化学反应加速, 铅、酸的相互作用加强, 容易产生硫酸化, 降低使用寿命;温度过低,硫酸黏稠, 电子游离速度慢, 电极活性差, 电池容量下降。根据实际情况, 可使用各种手段调节温度,因此要控制好蓄电池室的温度使其保持在15 ～25 ℃以内。
(2)加强巡视, 保持清洁卫生。每天要定时检查蓄电池, 可以闻空气中是否有微酸气味, 并进行通风处理;看蓄电池的外形有无变形, 蓄电池的端子和安全阀有无渗液, 安全阀能否正常开启。每周定期擦拭蓄电池和机架上的灰尘, 保持蓄电池的清洁。灰尘积累太多, 会使蓄电池组连接点接触不良, 改变蓄电池充放电时的电压值, 容易引起故障。
(3)定期修正电池系统的浮充电压值。由于电池系统浮充电压值受温度影响较大, 因此应根据电池系统使用中环境温度变化,及时修正系统的充电电压值。蓄电池在高温环境下运行(大于30 ℃), 由于电池内阻变小, 电池充电效率提高, 电池容量会增加。因此, 适当降低浮充充电电压值, 减小浮充电流, 对电池容量不受影响。当电池运行环境温度降低时(20 ℃以下), 由于电池内正极板上的二氧化铅形成的电位与析氧电位之差降低, 负极板上析氢电位与硫酸铅还原电位之差降低, 使电池充电效率降低, 电池容量下降。电池内硫酸铅的溶解度与溶解速度降低, 电解液浓差极化增大, 同时由电解液电阻率变化引起电池内阻增大, 因此要求在低温条件下要有较高的充电电压, 才能满足充电要求。
(4)定期进行均充电, 均充电压采用2.35 V/单体±0.02 V。每隔3到6个月应均充电1次, 应视平时浮充电压差的程度来决定。均充电时间一般为8 ～ 12 h。
(5)蓄电池运行期间, 每半年应检查1次连接导线, 螺栓是否松动或腐蚀污染, 松动的螺栓必须及时拧紧, 腐蚀污染的接头应及时清洁处理。电池组在充放电过程中, 若连接条发热或压降大于10 mV以上, 应及时用砂纸等对连接条接触部位进行打磨处理。
(6)定期进行治疗性或核对性放电试验, 蓄电池系统长期处于浮充工作时, 由于负极活性物质的过量设计及氧复合的存在, 致使负极板总有一部分活性物质处于充电不足状态, 又由于长期浮充电流值较小而不足以使极板内部的活性物质得到充分的电化学反应而引起极板内部活性物质硫酸盐化, 因而降低了负极板容量, 使电池使用寿命受到影响。对于长期处于浮充电工作状态的电池系统应视工作状态不同, 而采取2 ～ 3年进行1 次核对性放电实验, 运行了6年的阀控式蓄电池, 每年做1次核对性放电实验。每年进行放电试验时可适当加深一些, 宜50% ～ 60%, 深度加深后会容易观察到电池系统中出现的故障单体电池。应进行全核对性放电实验, 蓄电池组容量均达不到额定容量的80%以上, 可认为此组阀控式蓄电池寿命终止,应予以更换。
(7)每周测试电压值。浮充电压设置的高低对电池的寿命具有相当重要的影响。理论上要求
浮充电压产生的电流量, 需达到补偿自放电及电池单放电量和维持氧循环的需要。浮充电压过高会引起电池正极腐蚀和失水, 使电池容量下降;浮充电压过低, 会使电池充电不足, 引起电池落后, 严重时会出现电极硫酸盐化。均充电压过高将引起充电电流过大, 产生的热量会使电解液温度升高, 温度升高又会导致电池内阻下降, 内阻的下降又加大了充电电流, 如此循环会使蓄电池变形、开裂。
(8)每月应测1次电池单体电压及终端电压。密封电池端电压的测量不能只在浮充状态, 还应在放电状态下进行。端电压是反映密封电池工作状况良好的一个重要参数。浮充状态下进行电池端电压测量, 由于外加电压的存在, 测量出的电池端电压易造成假象。即使有些电池反极或断路也能测量出正常数值(实际上是外加电压在该电池两端造成的电压差), 这极易在交流失电时造成变电所和发电厂事故。
(9)放电时电压不要低于终止电压值。蓄电池放电至终止电压后, 电压会急剧下降, 如果再继续放电, 所获得的电量很少, 意义不大, 相反会降低蓄电池的使用寿命, 因此通过放电使电压降低到终止电压值时应停止放电。
(10)不能把不同厂家、型号、种类、容量、性能以及新旧不同的电池串、并在一起使用。就同厂家、同型号的新旧蓄电池而言, 在充电过程中, 新电池电压升得快, 容易造成旧电池充不饱, 始终处于欠电压工作状态, 这样影响蓄电池的使用寿命。
四、结束语
蓄电池是一种新技术产品, 目前国内外生产厂家所采用的技术标准也不统一, 给维护工作带来了一定困难。做好日常的维护工作, 提前发现劣电池, 延长蓄电池的使用寿命, 确保电池具有良好的健康状态, 保证其能正常工作才是通信供电系统正常运转的可靠保证。
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