王德超

摘 要：本文從蓄電池的基本構造和原理出發(fā)，闡述有關電池使用的基本知識，探討蓄電池失效原因，利用電池活化技術，延長蓄電池的使用壽命。

關鍵詞：蓄電池；失效；電解液；板柵；硫酸鹽化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.007

0 引言

技術進步、社會發(fā)展，使人們能夠經常接觸普遍使用電子設備附帶的配件蓄電池，如手機鎳氫電池在長期循環(huán)使用中電池容量會逐漸減少，電池老化后會膨脹變形，或因充電時間過長造成電池發(fā)熱、膨脹、少數(shù)的也會發(fā)生爆炸。而電動自行車閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA），在第一次使用時應先將蓄電池充電到電量顯示充滿，防止在存放中電池組或單體自放電形成虧電，進行第一次均衡充電后應使用至電池電量顯示為空，第二次蓄電池充電時應將蓄電池放置在25℃環(huán)境溫度下進行充電并記錄整個充電周期使用時間（T），目的是測試與評估一次滿容量蓄電池的電動車行駛使用的放電最長時間和電池最長充電周期時間（T），以后每次充電時間不得大于測試充電周期時間（T）。夏天避免在陽光下存放、充電，尤其是蓄電池循環(huán)使用一段時間，當電量用空再進行充電時，極容易造成達不到充電器自動停止的最小電流而長時間給蓄電池充電，使電池發(fā)生熱失控、失水、甚至少數(shù)的也會自燃。這是電池充電器設計上的缺陷，所以蓄電池在達到最長充電時間（T）時必須注意切關斷充電電源停止充電，即能防止蓄電池過充，縮短或影響電池的使用壽命，又是避免蓄電池發(fā)生自燃最有效的方法。在深入思考人們會想蓄電池應該怎樣使用，注意什么問題，才能確保安全、可靠、方便，并合理延長電池使用壽命。電池自燃、爆炸是產品廠家努力克服的問題，因為單獨分析充電設備或蓄電池它們本身單獨分析都不存在質量問題，而它們配套組合使用后才會發(fā)生，是系統(tǒng)設計存在缺陷，或是使用過程中出現(xiàn)尚未克服。這就需要使用與維護蓄電池人員必須盡量多的學習蓄電池知識。

1 蓄電池概述與原理

1.1 常用循環(huán)使用的電池

鉛酸電池（Lead-acid）：1859年、鎘鎳電池（NiCd）：1960年、鎳氫電池（NiMH）：1989年、鋰離子電池（Li-Ion）：1991年、聚合物鋰離子電池（Pl-Ion）：1999年使用。而我們討論的閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA），因它本身特性：儲電容量與放電電流大、穩(wěn)定性與可靠性高、維護工作量小、使用方便，目前廣泛應用于通訊、金融、鐵路、電力領域。

1.2 閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）工作原理

閥控密封鉛酸蓄電池由正極、負極、電解質、隔離物、安全閥、容器組成，其中正極板活性物質二氧鉛、負極板活性物質海綿絮狀鉛、在稀硫酸電解質中發(fā)生電化學反應，電位高的正極與電位低的負極之間產生電位差，當外電路接通后電流從正極經過外電路流向負極。 放電與充電化學反應方程：

充電：PbSO4+2H2O+ PbSO4=PbO4+Pb+2H2SO4 （電解池）

放電：PbO2+Pb+2H2SO4=PbSO4+2H2O+ PbSO4 （原電池）

陽極：PbSO4 + 2H2O- 2e = PbO2 + 4H+ + SO4?‐（充電）

陰極：PbSO4 + 2e ‐= Pb + SO4? （充電）

負極：Pb + SO4?‐- 2e= PbSO4 （放電）

正極：PbO2 + 4H+ +SO4?‐+ 2e = PbSO4 + 2H2O （放電）

2 蓄電池容量與失效探討

2.1 蓄電池容量特性的探討

蓄電池充電時將電能轉化為化學能進行電量儲存，使用時通過放電形式又將化學能轉化為電能對外提供電源。提供電源的多少即為蓄電池實際輸出容量（C）用輸出電流大?。á瘢┡c持續(xù)供電時間（t）的乘積計算、C=∫0tIdt 。而蓄電池標注的額定容量是在規(guī)定的工作條件下蓄電池能夠放出的電量，規(guī)定的條件為：電流Ⅰ是10小時率電流放電、電解質溫度為25℃、放電終止電壓1.8V（單體2V的蓄電池）。由此不難推斷，使用中的蓄電池容量與不同的使用條件密切相關，它并不是一個恒定不變的容量。蓄電池標注額定容量，只是蓄電池在特定環(huán)境、特定負載、特定時間段上的一個特定測試值。實際使用中蓄電池放電容量并不能夠與蓄電池標注額定容量相同，而人們在使用中甚至從事多年蓄電池維護人員都會將蓄電池標注容量與蓄電池使用中實際能夠放出的容量容易混淆，形成錯誤的認識誤區(qū)，結果導致蓄電池深度放電或過放電，最終造成蓄電池極板硫化、腐蝕變形、甚至造成蓄電池使用很短時間就會失效。

2.2 造成閥控鉛酸蓄電池失效的因素分析

閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）生產廠家介紹，蓄電池一般可使用10年以上完全實現(xiàn)了免除維護。同時從事蓄電池專業(yè)研究人員的書籍中根據閥控密封鉛酸蓄電池原理、特性及制造工藝的改進分析論證了免維護可能性、先進性。比如設計安裝安全閥建立蓄電池內部氣密空間克服電池產生氧氣積累內部過壓，保證安全閥氣壓在10～49kPa打開，蓄電池內部減壓后自動關閉，減少蓄電池失水，防止電池內部過壓殼體膨脹。然而令人感到困惑的是蓄電池在實際投入使用后3、4年或更短的時間蓄電池就會出現(xiàn)儲存容量下降至額定容量的40﹪～50﹪甚至完全失效。為尋求有效克服蓄電池儲存容量下降辦法，查閱學習了大量相關資料并結合多年使用與維護經驗，經反復試驗分析造成蓄電池失效的主要原因歸納為產品生產技術與工藝的不同，使用機房環(huán)境溫度，供電負載大小，維護觀念與方法的差異都是影響蓄電池儲存容量下降的直接因素，具體表現(xiàn)為蓄電池正極板柵腐蝕、電解液失水過大、負極硫化。其中維護方法影響電池容量的是使用中負載過大造成電池失水或過小會使電池活性物質硫化、電池深度放電或過放電、電池長時間不放電、電池充電參數(shù)設置不合理如均衡充電電壓過高或浮充電壓過低、均衡充電時間過長。

3 蓄電池活化技術探討與應用

3.1 脈沖充電技術

蓄電池充電方式通常有浮充充電與均衡充電都是在電池沒有放電的條件下補足電池自放電的電量或為均衡電池電壓進行均充充電，其缺點不能有效激活電池極板的活性物質，電池長時間處于浮充狀態(tài)，容易造成電池板柵不同程度的硫化。脈沖充電方式通過短時間放電與均衡充電相結合，均衡電壓與大電流作用于蓄電池可以有效消除極板硫化提高電池容量。根據通通信機房蓄電池使用時間判斷電池容量損失程度，電池投入使用兩年、機房停電次數(shù)較少、供給負載與蓄電池10小時（H）放電率比較負載較小。一般都會出現(xiàn)落后電池或單體浮充電壓不均衡，放電時容量小于80%，如果不進行維護就會影響整組中其它單體偏離標準浮充電壓。由于電池組使用時間較短各單體板柵硫化顆粒較小，脈沖充電方法很容易激活板柵活性物質。具體操作方法：將高頻開關電源充電電流設置為5小時充電率大小，假負載大小設置為電池5小時放電率大小，并連在電池組輸出端，關斷高頻開關電源交流電源利用電池放電給通信設備與假負載供電15分鐘再接通高頻開關電源交流電源給蓄電池充電10分鐘為一個周期循環(huán)，放電時間大于充電時間便于極板活性物質向深層活化。經過反復幾個周期循環(huán)就能有效的激活整組各單體的板柵活性物質，落后單體電池也能有效恢復。利用脈沖活化技術對電池進行每2年一次脈沖充電，基本能夠保證電池使用壽命。

3.2 添加電解液與脈沖充電技術

VRLA蓄電池失水是影響電池壽命的主要因素之一，電池失水的原因：電池投入使用較長時間，蓄電池經常深度放電、機房環(huán)境溫度較高、放電電流大、安全閥失效。電池失水的具體表現(xiàn)：電池放電電壓下降快放電特性差、充電電壓上升快、大電流充電單體溫度偏高、浮充電壓偏低。電池失水都伴隨單體板柵硫化（下一篇單獨探討電池硫化現(xiàn)象）與極板腐蝕。電池活化具體操作：從安全閥孔注入電解液，電解液濃度低于0.5～1.0g/cm3、添加電解液每100AH為單位加注30～50ml（毫升）、應該注意的是先將電池側放單側板柵頂部添加一半電解液靜置后再添加另一側，有助于電解液在電池各板柵均勻吸收。第二步脈沖充電，利用高頻開關電源單獨給電池充電，放電利用假負載進行，對于蓄電池容量恢復有很好的效果。

4 結語

本文主旨對于蓄電池使用者闡述蓄電池充電要求，注意事項。與蓄電池研究或維護者探討蓄電池壽命延長技術措施。目的是降低企業(yè)投入成本，減少對環(huán)境污染。

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