閥控式鉛酸蓄電池VRLA的維護與監測

摘要：分析VRLA蓄電池運行中影響其性能的諸多因素，并就蓄電池人工檢測與在線監測的技術加以比較，提出蓄電池維護中以內阻在線監測為主的解決方案。

前言：隨著我國通訊、電力、UPS等行業的迅猛發展，免維護蓄電池的用量也在快速增加，其性能狀況的優劣對于保證后備直流電源的正常運行尤為重要，但同時各種問題也逐漸顯現：

•使用壽命比預計的要短；
•個別電池失效導致整組電池失效；
•突發性的電池故障很難保證及時發現；
•電池放電測試的風險很高；
•由于現場條件限制，很難進行手工檢測，測試數據分析需要運維人員具有很高的專業水準；
•無人職守站（所）的日常檢查費用很高；
•缺乏科學、有效的監測管理手段，對蓄電池的合理使用不能及時作出準確的判斷；
•具有“電池管理功能”的電源設備，沒有真正起到電池管理者的作用。

有關資料表明，蓄電池使用3--4年后，大部分很難通過容量檢測，只有少數能超過6年。而實際使用中，只有很少用戶定期檢查蓄電池并對蓄電池作定期容量測試，很多情況是在停電后才發現蓄電池放電容量達不到設計要求，甚至有的電池組的容量達不到額定容量的50%還在繼續“工作”。

這就說明，蓄電池用戶迫切需要能夠實時在線監測蓄電池性能狀況，蓄電池在線監測設備對蓄電池的管理有重要的意義。

一、影響蓄電池性能的因素
1.影響蓄電池質量的技術問題
1）電池構成
VRLA電池由正極板、負極板、AGM隔膜、正負匯流條、電解液、安全閥、蓋和殼組成。其中正極板柵厚度、合金成份、AGM隔膜厚度均勻性、匯流條合金、電解液量、安全閥開閉壓力、殼蓋材料、電池生產工藝等對電池壽命和容量均勻性具有重要影響。

2）板柵合金
VRLA電池負板柵合金一般為Pb-Ca系列合金，正板柵合金有Pb－Ca系列、Pb-Sb（低）系列和純Pb等，其中Pb-Ca、Pb-Sb（低）合金正板柵電池浮充壽命相近，但循環壽命相差較大，對于經常停電地區選用低銻合金電池可靠性好。

3）板柵厚度
極板的正板柵厚度決定電池的設計壽命。

4）安全閥
安全閥是電池的一個關鍵部件，具有濾酸、防爆和單向開放功能， YD／T7991 996規定安全開閉壓力范圍為1－49kPa，但是，對于長壽命電池，必須考慮單向密封，防止空氣進人電池內部，同時防止內部水蒸氣在較高溫度下跑掉。

5）AGM隔膜
隔膜孔隙率和厚度均勻性，直接影響隔膜吸酸飽和度和裝配壓縮比，從而影響電池壽命和容量均勻性。

6）殼蓋材料
VRLA電池殼蓋材料有PP、ABS和PVC，PP材料相對較好。

7）酸量和化成工藝
分為電池化成和槽化成兩種，電池化成可以定量注酸并記錄每個電池單體化成全過程數據，能準確判斷每個出廠電池綜合生產質量狀況，但化成時間較長。槽化成是對極板化成，化成時間短，極板化成較充分，但對電池組裝質量不能通過化成過程數據記錄判斷。

8）涂板工藝
涂板工藝要保證極板厚度和每片極板活性物質的均勻性。

9）密封技術
VRLA電池密封技術包括極柱密封、殼蓋材料透水性、殼蓋密封和安全閥密封。

10）氧復合效率
AGM電池具有良好的氧復合效率，貧液狀態下按有關標準測試氧復合效率一般大于98％，因此具有良好的免維護性能。

2．影響蓄電池壽命的環境因素
1）環境溫度
蓄電池正常運行的溫度是20～40℃，最佳運行溫度是25℃。當溫度每升高5℃，蓄電池的使用壽命降低10%，且容易發生熱失控。

2）環境濕度
蓄電池的運行濕度應該在5～95%（不結露）之間，環境濕度過高，會在蓄電池表面結露，容易出現短路；環境濕度過低，容易產生靜電。

3）灰塵
灰塵過多，容易使蓄電池短路，安全閥堵塞失效。

3．蓄電池失效模式
1）電池失水
閥控式鉛酸蓄電池不逸出氣體是有條件的，即：電池在存放期間內應無氣體逸出；充電電壓在2.35V／單體（25℃）以下應無氣體逸出；放電期間內應無氣體逸出。但當充電電壓超過2.35V／單體時就有可能使氣體逸出,此時電池體內短時間產生了大量氣體來不及被負極吸收，壓力超過某個值時，便開始通過單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經過濾酸墊濾掉了酸霧，但畢竟使電池損失了氣體（也就是失水），所以閥控式密封鉛酸蓄電池充電不能過充電。

2）負極板硫酸化
當閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時，在電池的正負極柵板上就有PbSO4這一現象稱為活性物質的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質減少，降低電池的有效容量，也影響電池的氣體吸收能力，久之就會使電池失效。

3）正極板腐蝕
由于電池失水，造成電解液比重增高，過強的電解液酸性加劇正極板腐蝕。

4）熱失控
熱失控是指蓄電池在恒壓充電時，充電電流和電池溫度發生一種累積性的增強作用，并逐步損壞蓄電池。從目前蓄電池使用的狀況調查來看，熱失控是蓄電池失效的主要原因之一。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，嚴重的還會引起極板形變，最后失效。浮充電壓是蓄電池長期使用的充電電壓，是影響電池壽命至關重要的因素。一般情況下，浮充電壓定為2.23 ~ 2.25V/單體（25℃）比較合適。

4. 蓄電池在后備電源運行中存在問題
1）蓄電池壽命無法達到設計要求
在實際中，蓄電池在三年時就會出現嚴重劣化，使用超過5年的蓄電池很少。原因是在使用中對蓄電池沒有有效、合理地進行管理以及維護，造成蓄電池在早期出現劣化，并且沒有及時發現落后電池，致使劣化積累、加劇，導致蓄電池過早報廢。

2）對蓄電池的運行情況、性能狀況不明
蓄電池組中如果有落后的蓄電池，可以通過一定深度的放電、充電循環，在一定程度上減少落后的差別。但由于沒有良好的管理手段，對于蓄電池內部性能參數，如蓄電池的內阻、當前的剩余容量，無法十分清楚地了解，所以相應的措施就無法實施。

3）對于單體電池而言，充電機制可靠性需要完善
由于目前國內直流系統的充電機制不是非常的完善，在實際中存在電壓漂移的情況，蓄電池長期處于浮沖狀態，如果浮沖電壓偏離正常的范圍，就會造成蓄電池的過充或欠充，長期的過充或欠充對于蓄電池的性能影響非常大。

4）單體電池之間不均衡
目前蓄電池組由數量很多的單體電池組成，實際運行中存在單體電池之間充電電壓、內阻等差異較大的情況，特別是在浮充下，這種不均衡現象顯得非常嚴重。個別落后電池充電不完全，如果沒有及時發現并處理，這種落后就會加劇。如此反復，這種不均衡就加重，致使落后電池失效，從而引起整組蓄電池的容量過早喪失。

5）無人值守站點的維護工作缺乏良好的管理監測手段
對于許多無人值守的站點，由于沒有網絡管理監測的手段，對于蓄電池的維護更加薄弱，特別是對于蓄電池的運行情況以及性能狀況，不能清楚的了解。大量的維護與管理工作由人工進行，同時數據的整理與分析需要維護人員有較強的專業知識。

6）蓄電池終止壽命無法提前判斷以及蓄電池的更換缺乏科學的依據
我們對于蓄電池的壽命終止，希望能夠提前作出判斷，為蓄電池的更換贏得時間。但目前對于蓄電池壽命的終止，沒有一個可靠的手段，僅僅根據多年的經驗來進行。所以在實際中，往往是蓄電池放電的容量低于最低要求后，才在放電中發現蓄電池的壽命終止。

二、蓄電池人工檢測與在線監測的技術比較
1．人工檢測
目前大部分都采用人工檢查的方法，來實現蓄電池的維護。該方法除了放電測試外，人工測量主要是測量電池組電壓、單電池電壓、溫度和單電池內阻。
電池組電壓測量可以發現充電機的參數設置是否正確。由于蓄電池是串聯運行，整組電池的電壓由充電機的輸出來決定。
單電池電壓監測可以發現單電池浮充電壓不正確，單電池是否被過充電、過放電等情況。
溫度測量可以發現電池的工作環境是否通風不良、溫度過高。
電池內阻能夠反映電池的容量下降和電池老化。不同廠家的內阻測試儀的準確度和抗干擾能力差別很大；由于采用的工作頻率不同，其讀數值也會有差別；尤其是測量夾具很難與電池端子直接接觸，測量值往往包括連接電阻。

人工測量存在眾多不足：
a、人工測量的準確度會受到諸多因素的影響；
b、由于人工測試大都為定期進行，無法及時發現落后、失效蓄電池；
c、放電測試對蓄電池會造成無法恢復的傷害隱患；
d、大量的人工測量費時費力，安全性差，周期長。