閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù)

摘要：介紹了閥控式鉛酸蓄電池的工作原理、特性、應(yīng)用及維護(hù)時(shí)應(yīng)注意的問題，并結(jié)合例子說明如何選擇蓄電池為UPS及電力系統(tǒng)配套。

關(guān)鍵詞：蓄電池；浮充；電池容量

蓄電池自1859年由法國人發(fā)明使用至今已有143年歷史。1957年英國首先發(fā)明了再化合免維護(hù)汽車蓄電池，德國陽光公司發(fā)明了觸變性凝膠工業(yè)用鉛電池，1983年美國GNB公司發(fā)明并生產(chǎn)了I型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池，1985年日本YUASA公司開始生產(chǎn)MSE系列大型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池。 隨之英國制訂出標(biāo)準(zhǔn)BS6290第四部分（1987）鉛酸固定型單體蓄電池和蓄電池組（閥控密封規(guī)范）；IEC制訂出IEC896—2（1991）固定型鉛蓄電池一般要求和試驗(yàn)方式，第二部分：閥控式；日本制訂出了JISC8707—1992密封式固定型陰極吸收式鉛蓄電池；中國郵電部制訂出YD/T799—1996通信用閥控式密封鉛酸蓄電池技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法；中國電力部制訂出DL/T637—1997閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件。以上標(biāo)準(zhǔn)成為產(chǎn)品質(zhì)量考核的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

上世紀(jì)80年代起，國外生產(chǎn)類似產(chǎn)品的企業(yè)大量發(fā)展，1988年深圳華達(dá)電源系統(tǒng)有限公司引進(jìn)了美國GNB公司的技術(shù)，在消化吸收后開始生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池，通過并聯(lián)組合最大容量可達(dá)12960Ah。20世紀(jì)90年代我國生產(chǎn)類似產(chǎn)品的廠家遍及全國。

1閥控式鉛酸電池的工作原理

閥控式鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)原理是把所需份量的電解液注入極板和隔板中，沒有游離的電解液，通過負(fù)極板潮濕來提高吸收氧的能力，為防止電解液減少把蓄電池密封，故閥控式鉛酸蓄電池又稱“貧液電池”。

閥控式鉛酸蓄電池的極柵主要采用鉛鈣合金，以提高其正負(fù)極析氣（H2和O2）過電位，達(dá)到減少其充電過程中析氣量的目的。正極板在充電達(dá)到70％時(shí)，氧氣就開始發(fā)生，而負(fù)極板達(dá)到90％時(shí)才開始發(fā)生氧氣。在生產(chǎn)工藝上，一般情況下正負(fù)極板的厚度之比=6：4，根據(jù)這一正、負(fù)極活性物質(zhì)量比的變化，當(dāng)負(fù)極上絨狀Pb達(dá)到90％時(shí)，正極上的PbO2接近90％，再經(jīng)少許的充電，正、負(fù)極上的活性物質(zhì)分別氧化還原達(dá)95％，接近完全充電，這樣可使H2、O2氣體析出減少。采用超細(xì)玻璃纖維（或硅膠）來吸儲(chǔ)電解液，并同時(shí)為正極上析出的氧氣向負(fù)極擴(kuò)散提供通道。這樣，氧一旦擴(kuò)散到負(fù)極上，立即為負(fù)極吸收，從而抑制了負(fù)極上氧氣的產(chǎn)生，導(dǎo)致浮充電過程中產(chǎn)生的氣體90％以上被消除（少量氣體通過安全閥排放出去）。

2閥控式鉛酸蓄電池的特性

2.1浮充電壓

浮充電壓=開路電壓＋極化電壓

圖1氣體再化合效率

=（電解液比重＋0.85）＋(0.10～0.18)V

=（1.30＋0.85）＋(0.10～0.18)V

=2.15V＋0.10V

=2.25V

例如，美國圣帝公司的電池電解液比重為1.240g/cm3,所以它的浮充電壓為2.19V。日本YUASA公司的浮充電壓為2.23V。

2.2浮充電流

固定型防酸隔爆蓄電池的浮充電流有兩個(gè)作用：

1）補(bǔ)充蓄電池自放電的損失；

2）向日常性負(fù)載提供電流。

閥控式鉛酸蓄電池的浮充電流有三個(gè)作用：

1）補(bǔ)充蓄電池自放電的損失；

2）向日常性負(fù)載提供電流；

3）浮充電流足以維持電池內(nèi)氧循環(huán)。

2.3端電壓的偏差（靜態(tài)偏差與動(dòng)態(tài)偏差）

動(dòng)態(tài)偏差在浮充運(yùn)行初期較大。實(shí)際上，剛出廠的蓄電池可能是因?yàn)椴糠蛛姵刂刑幱陔娊庖猴柡蜖顟B(tài)而影響了氧復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行，從而使浮充電壓過高，電解液飽和的電池會(huì)因不斷的充電使水分解而“自動(dòng)調(diào)整”至非飽和狀態(tài)，6個(gè)月后端電壓偏差逐漸減小。但偏差較大也不排除與有的制造商制造質(zhì)量有關(guān)。

我國GB13337.1－Q1及德國DJN43539－84規(guī)定固定型電池靜態(tài)偏差范圍為電壓平均值的＋0.1～0.05V。

郵電部YD/T799－1996規(guī)定，靜態(tài)時(shí)，最高電壓與最低電壓值偏差為20mV，動(dòng)態(tài)時(shí)，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50mV。

電力部DL/T637－1997規(guī)定，靜態(tài)時(shí)，最高電壓與最低電壓值偏差為30mV，動(dòng)態(tài)時(shí)，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50mV。

2.4氣體的復(fù)合

在正常浮充電電壓下，電流在0.02C以下時(shí)，氣體100％復(fù)合，正極析出的氧擴(kuò)散到負(fù)極表面。100％在負(fù)極還原，負(fù)極周圍無盈余的氧氣，負(fù)極析出的氫氣是微量的。若提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流徒升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，在0.05C時(shí)復(fù)合率為90％，當(dāng)電流在0.1C時(shí)，氣體再化合效率近似為零。如圖1所示，這時(shí)聚集在負(fù)極的氧氣和負(fù)極表面析出的氫氣很多，電池內(nèi)壓徒升，排氣閥開啟，造成蓄電池嚴(yán)重缺水。 2.5溫度的影響

電池充電時(shí)其內(nèi)部氣體復(fù)合本身就是放熱反應(yīng),使電池溫度升高，浮充電流增大，析氣量增大，促使電池溫度升得更高，電池本身是“貧液”，裝配緊密，內(nèi)部散熱困難，如不及時(shí)將熱量排除，將造成熱失控。浮充末期電壓太高，電池周圍環(huán)境溫度升高，都會(huì)使電池?zé)崾Э丶觿　?/p>

溫度每升高1℃,電池電壓下降約3mV/單電池，致使浮充電流升高，使溫度進(jìn)一步升高。溫度高于50℃會(huì)使電池槽變形。

溫度低于－40℃時(shí)，閥控式鉛酸蓄電池還能正常工作，但蓄電池容量會(huì)減小。

閥控式鉛酸蓄電池由于結(jié)構(gòu)問題對溫度要求很高，這一點(diǎn)大家都注意到了，為此，在設(shè)計(jì)充電設(shè)備時(shí)都考慮了溫度補(bǔ)償措施，但溫度采樣點(diǎn)的選取至關(guān)重要，它直接關(guān)系著補(bǔ)償?shù)男Ч?。溫度采樣點(diǎn)有三處，即蓄電池附近的空氣溫度、蓄電池外殼的表面溫度及蓄電池內(nèi)部電解液溫度。第一處最容易，目前基本都采用此法，但這種方法很不準(zhǔn)確，因?yàn)橛捎谀撤N原因使蓄電池溫度升高，但蓄電池溫度的升高很難引起蓄電池附近的空氣溫度的升高，因此這種補(bǔ)償措施基本無用；第三處最能反應(yīng)蓄電池的實(shí)際情況，但較難實(shí)現(xiàn)；第二處最實(shí)際，也較容易實(shí)現(xiàn)，目前已有企業(yè)根據(jù)第二處的采樣設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償單元。 2.6種類

閥控式鉛酸蓄電池分為三類，即大型、中性、小型。單體在200Ah及以上為大型，20～200Ah為中型，20Ah以下為小型。

電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上一般均選用大型鉛酸蓄電池,而UPS電源在設(shè)計(jì)上則選用中型鉛酸蓄電池。

2.7電池容量

鉛酸蓄電池的極板在制造過程中，對生極板進(jìn)行充電化成，使正極板上的鉛變成二氧化鉛，負(fù)極板上的鉛變成海綿狀鉛。但由于在制造廠對極板進(jìn)行化

閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù)

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表1每個(gè)電池在1.67V最終電壓時(shí)放電的瓦特?cái)?shù)151015202530354045601201803004806007201440
UXL331220817913110486.774.766.359.754.650.440.42316.410.87.36.15.32.7
441227723917513811699.688.479.672.867.253.830.721.814.49.88.173.6
551234729921917314512511199.5918467.338.427.31812.210.18.84.5
66641636926320717314913311910910180.74632.821.614.612.110.55.5
88655447835027621119917715014613410861.443.728.819.515.2147.6
110669359843834528924922119918216813576.754.63624.420.217.59.1
165274160150142236732629026424322619111684.955.837.530.526.213.6
220298780166956348943438735232330225415411374.45040.634.918.1
33021481120110038447336515805264864523812311701127560.952.327.1
550224682002167114061222108596787981075363538628318612510287.245.2
110024937400333432813244411701933175716181506127077156637225020317490.4
15502740560055014421936663255290026362429225919051157849558375305262136
220029874800666865626488843403866351432383012254015421132744500406349181
3300214811120091002984397332651057995271485745183810231316981116750609523271

時(shí)間min

蓄電池型號(hào)

W

成的時(shí)間有限，不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，為此，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新電池達(dá)到90％容量為合格，只有在今后的日常使用中，容量逐漸達(dá)到正常值，安裝2年后要求達(dá)到100％。