阀控式铅酸蓄电池原理与故障维护

范进喜 樵斌贤

[摘 要] 本文主要介绍了阀控式铅酸蓄电池的工作原理、蓄电池存在问题、影响蓄电池使用寿命原因以及阀控式蓄电池故障原因及处理方法，为蓄电池运行及维护提供参考。

[关键词] 阀控式铅酸蓄电池；直流供电

0 前 言

阀控式密封铅酸蓄电池是电力系统中直流供电系统的重要组成部分，它作为直流供电电源，主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保直流负荷、继电保护、通信设备的正常运行。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行具有十分重要的意义。

1 阀控式铅酸蓄电池工作原理

阀控式密封铅酸蓄电池的工作原理，基本上仍沿袭传统的铅酸蓄电池，它的正极活性物质是二氧化铅（PbO₂），负极活性物质是海绵状金属铅（Pb），电解液是稀硫酸（H₂SO₄），其电极反应方程式如下：

（一）放电过程

负极：Pb-2e^-+SO₄^2-==PbSO4

正极：PbO₂+2e^-+SO₄^2-+4H⁺==PbSO₄+2H₂O

总反应：Pb+PbO₂+2H₂SO₄==2PbSO₄+2H₂O

（二）充电过程

负极：PbSO₄+2^e-==Pb+SO₄^2-

正极：PbSO₄-2e^-+2H₂O==PbO₂+4H⁺+SO₄^2-

总反应：2PbSO₄+2H₂O==Pb+PbO₂+2H₂SO₄

阀控式铅酸蓄电池在结构和材料上做了重要改

进，正极板采用铅铬合金，负极板采用铅钙合金，隔板采用超细玻纤隔板，并使用紧凑装配和贫液设计工艺技术，整个电池反应密封在塑料电池壳内，出气孔上加装单向的安全阀。这种电池结构，在规定的充电电压下进行充电时，正极析出的氧可通过隔板通道传送到负极板表面，还原成水。这种充电过程，电解液中的水几乎不损失，使电池在使用过程中达到不需要

加水的目的，也叫免维护蓄电池。阀控式蓄电池原理如图1。

图1 蓄电池原理图

2 阀控式铅酸蓄电池存在问题

阀控式密封铅酸蓄电池从一开始便被称为免维护电池，而生产厂家又承诺该电池的使用寿命为10～20年(最少为8年)，这样就给国内的技术和维护人员一种误解，似乎这种电池既耐用又完全不需要维护。许多用户从装上电池后就基本没有进行过维护和管理。

实际使用中，随着使用时间的增长必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈现出老化现象。当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90%以下时，电池便进入衰退期，当电池容量下降到原来的80%以下时，电池便进入急剧的衰退状况，衰退期很短，这时电池组已存在极大的事故隐患。

对于由103节2V蓄电池组成的220V直流蓄电池组，当蓄电池内阻变大，许多维护人员往往会忽视。实际上蓄电池性内阻变大后，性能会降低，虽然在浮充状态下电压几乎无变化，一旦直流系统失电，蓄电池作为备用供电，电压会瞬间被拉低，直接影响电池备用时间。

3 影响蓄电池使用寿命原因

在放电终止电压下蓄电池组能放出的最少电量的电池是衡量蓄电池寿命的主要指标，而与蓄电池容量有关的因素较多，如设计不周密、制造不精良、安装不正确、维护不完善等均对蓄电池的使用寿命有一定的影响。下面主要从使用维护的角度分析影响阀控式蓄电池使用寿命的主要因素。

3.1 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。蓄电池在25℃的环境下可获得较长的寿命，长期运行温度若升高10℃，使用寿命约降低一半。

在蓄电池核容时，蓄电池室内温度会升高，在容量计算式需要进行换算，将实测蓄电池容量CR，按公式换算成25℃基准温度时的实际容量C₁₀，

C₁₀=C_R/(1+K（t-25）)，

式中：t—放电时蓄电池温度；K₁₀—10h放电率温度系数，K₁₀=0.006/℃。

3.2 过度充电

长期过充电状态下，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，从而影响蓄电池的寿命。

3.3 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，会导致电池内部有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”。因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。

3.4 长期浮充电

直流系统的开关电源提供的浮充电流对阀控式蓄电池而言有三个作用：供日常性负载电流、补充蓄电池自放电的损失、维持蓄电池内氧循环。若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下降。

4 故障可能原因及处理方法

4.1 电压偏差大

蓄电池正常备用处于浮充状态，在浮充电时发现蓄电池电压偏差较大。

原因：

①制造过程工艺差，分散性大；

②存放时间长，又没按规定补充电。

处理方法：

①如果是质量问题，应进行更换。

②如果是存放问题，应按规定进行全充、放循环2～3次，使容量恢复，减小电压的偏差值。

4.2 蓄电池变形

蓄电池运行过程中，可能会出现个别蓄电池出现鼓胀、变形等现象。

原因：

①充电电流大，充电电压超过规定；

②内部有短路、局部放电等造成温升超标；

③安全阀失灵，内部压力超标。

处理方法：

①进行核对性放电，容量低于80%额定容量应更换；

②运行中减小充电电流，降低充电电压，检查安全阀是否堵塞。

4.3 放电时电压降低快

有些蓄电池在运行中浮充电压正常，但在放电时电压很快降至终止电压。

原因：蓄电池内部电解物质变质、失水干枯。

处理方法：更换蓄电池。

4.4 蓄电池温度过高

蓄电池运行中应定期对蓄电池温度进行测量，运行中存在蓄电池温度过高的问题。

原因：

①充电电流大，充电电压超过规定要求；

②内部有短路、局部放电等现象；

③螺栓松动，接头发热；

④充电装置输出的纹波系数超标。

处理方法：

①降低充电电流，调整充电电压到规定要求值；

②清洁处理发热接头，可靠紧固螺栓；

③检查处理充电装置，减小装置直流输出的交流分量，使纹波系数符合规定要求值。

4.5 蓄电池核对性放电容量低

蓄电池应定期进行全核对性容量测试，以恒定电流进行放电，若发现蓄电池容量不合格。

原因：

①蓄电池长期欠充电，浮充电压低于规定值，造成极板硫酸盐化；

②深度放电频繁；

③蓄电池放电后未立即充电，造成极板硫酸盐化。

处理方法：

①调整浮充电运行时的电压值，确保浮充电压满足要求；

②蓄电池使用时应避免深度放电；

③进行核对性放电，容量达不到要求时，进行全充、放循环2～3次，仍低于80%额定容量，应更换蓄电池组。

5 总结

阀控式密封铅酸蓄电池是电力系统中直流供电系统的重要组成部分，本文通过阀控式铅酸蓄电池的工作原理、蓄电池存在问题、影响蓄电池使用寿命原因以及阀控式蓄电池故障原因及处理方法的介绍，为蓄电池运行及维护提供参考。

参考文献：

1. 徐广建.铅酸蓄电池正极极柱腐蚀问题分析

2. 杨振华.蓄电池爬酸现象的预防及维护

[作者简介]

范进喜，高级工程师，大学本科，长期从事水电厂自动化设备检修维护管理工作。