蓄电池使用与维护

胶体蓄电池

附件是蓄电池使用与维护说明

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蓄电池的使用和维护
) U% \' ], D! a; }) I' R  Q3 v二、含义和分类
, Q9 m+ i: H8 v5 b2 j+ A0 J) H. [$ P蓄电池：能将化学能和直流电能相互转化且放电后能经充电能复原重复使用的装置叫蓄电池(常用的蓄电池有铅酸、镉镍、氢镍和锂离子电池，在下面，我们会重点介绍铅酸免维护蓄电池）；蓄电池在整个UPS、EPS、直流屏等系统中是平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短，使其提前退役，给用户自己造成不必要的损失。
　　蓄电池的种类一般可分为：
' N: _& X* X9 j: V2 t  |. `% A+ s# I1． 按用途分类分为：A>启动用（供各种汽车、拖拉机、柴油机起动和点火、照明用；起动时要求大电流放电，要求能低温起动、电池内阻小）；B>固定型防酸式（用于发电厂、变电所、通讯、医院等作为保护、自动控制、事故照明、通讯等备用电源；电解液稀、寿命长、浮充使用）；C>牵引用（用于各种蓄电池车、叉车、铲车、矿用电机车等。作为电动牵引及照明电源用；要求厚极板、容量大、以 3h~5h 率充放电循环使用）；D>其它用（大小容量不等，放电率多种多样）
1 x5 O: _7 q0 c, R) O$ z2． 按铅酸蓄电池的荷电状态分类分为：A>干放电态（极板为放电态，放在无电解液的蓄电池槽中；开始使用时应灌入电解液，并进行较长时间的初充电后方可使用）；B>干荷电态（极板处于干燥的充电态的无电解液的蓄电池槽中，使用时灌入电解液，不需初充电即可使用）；C>带液充电态（充电态带电液的蓄电池）；D>湿荷电态（充电态，部分电液吸在极板和隔膜中，使用时灌入电液、不需要充电。贮存时间不及干荷电态蓄电池时间长）；E>免维护蓄电池（充电态带液电池，在规定的工作寿命期间不需要维护加水，自放电率很小）；F>少维护蓄电池（充电态带液电池，在规定的工作寿命期间只需要少量维护，较长时间内加一次水）
3． 按电池盖和排气拴的结构分类分为：A>开口式(无永久性盖子，产生的气体可以自由逸出，只装有与壳体不固定的盖板；以减少酸雾。现几乎被淘汰)B>排气式(电池壳体与盖固定在一起；盖的注酸口装有排气拴)C>防酸隔爆式(电池盖上装有防酸阻火拴，允许电池排气，但酸雾不逸出；遇有外界火源时电池内部不燃烧、不爆炸)D>防酸消氢式(装有催化拴，可使电池析出的氢氧重新化合为水，返回电池。同时具有防酸防暴功能)E>阀控式密闭蓄电池(蓄电池密闭，不需要加水，装有安全阀，电池内压力过大时可排出气体，外界气体不能进入电池内部；该种蓄电池是免维护蓄电池)
三、铅酸蓄电池的使用
1 D' h9 H' e& m( z  X' L( f铅酸蓄电池：电极主要由铅制成，电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。一般由正极板、负极板、隔板、电池槽、电解液和接线端子等部分组成。它是1859年由法国科学家普兰特发明，至今有148年历史。铅酸蓄电池的容量的计算：在规定的条件下，完全充电的蓄电池能够提供的电量，通常用安时（Ah）表示。容量=单格正极板片数×单片极板的容量
UPS、EPS、直流屏等一些设备考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素，一般会选择铅酸免维护蓄电池，如德国阳光、德国松树、GNB、广东汤浅、广东志诚冠军、沈阳松下、上海大力神、等或其他品牌优质免维护电池。用户千万不要因贪图便宜而选用劣质电池，因为这样会影响整个系统的可靠性，并可能因此造成更大的损失。
1．铅酸免维护蓄电池使用前的检查
3 [6 d2 C  J8 n8 F4 v: ^3 [8 [$ l铅酸免维护蓄电池有自放电现象（SELF-D1SCHARGE），如果长期放置不用（一般放置六个月以上，自放电为50%），会使能量损失掉,因此需定期进行充放电。维护人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏，以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80％以上，须充电10小时以上；若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电，须充电13-24小时以上；若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20％，须充电48小时以上。充电完后测开路电压应在13V左右。故存放时，建议用户不要放置太长时间，有条件的用户建议3个月做一次充放电，以保证电池的容量达到理想值。使用前，查看外表，看看接线柱子是否被氧化，如果是应进行打磨，不然会影响导电性能；再就是看看蓄电池外表是否干净，如有灰尘，应用干布擦干净。
2．铅酸免维护蓄电池使用中的检查
2 R( B) u  t1 ?- u免维护电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，但是如果用户使用不当，造成电池过充电，就会产生气体，此时电池内压就会增大,会将电池上的压力阀顶开，严重的会使电池鼓涨、变形、漏液甚至破裂，这些现象都可以从外观上判断出来,如发现上述情况应立即更换电池。如果有条件，可以装上蓄电池检测系统，用以查看电池的电压、内阻、温度等变化。
3．铅酸免维护蓄电池使用中的保养
虽然免维护电池在使用时不需要人工进行专门的维护工作，但是在使用时还是有一定的要求，如果使用不当会影响电池的使用寿命。
) I! z) v$ x9 ^; k& K" n影响电池使用寿命的因素有以下几点：安装、温度、充放电电流、充电电压、放电深度和长期充电等。
　　1）电池安装
: P5 c. y5 l' F9 [6 Z  t　　电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，并免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置, 不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。联接时不同容量，不同性能，不同新旧，不同厂家的蓄电池不应联接在一起使用。电池在联接时，应该使用绝缘性工具，以防意外造成正负极短路，烧毁电池。蓄电池与充电器或负载联接时，电路开关一定要处于断开位置，蓄电池的正极应与充电器或负载的正极联接，蓄电池的负极应与充电器或负载的负极联接。联接用的螺母，螺栓，垫圈与联接线应松紧适度、均匀，应避免螺丝松动和过紧。
. N) k, f$ c2 k  p* M　　2）环境温度
4 q- F4 O0 R0 f* ^- T　　环境温度对电池的影响较大，环境温度过高，会使电池过充电产生气体，环境温度过低，则会使电池充电不足，这都会响电池的使用寿命。因此一般要求环境温度在25℃左右。
1 L/ T6 [- B8 m! y8 r3）充电
充电分为初充电，正常充电，均衡充电等几种。
　　初充电，新电池的首次充电称为初充电，目的在于使电池在装配过程中被氧化的极板活性物质还原，增加活性物质含量，提高电池的放电性能。
正常充电，对已经放过电的电池进行充电称为正常充电。
  t& J+ i# [: N浮充电，电池组与电源并联连接到负载上，当交流电源正常时，整流器将交流电整流为直流电后，一面给蓄电池充电，一面经逆变将直流电重新转换为交流电为负载供电。当交流电源中断时，蓄电池的直流电立即经逆变转换为交流电给负载供电，以保证供电的连续性。这种蓄电池充电称为浮充电。
　　均衡充电，电池在使用的过程中，往往会产生比重、容量、电压等不均衡现象。导致电池组输出电压过低，输出电量过小。为此，对电池组进行过充电，使电池组中的每个单电池都处于充足电状态，这一充电过程称为均衡充电。
　　无论使用那种充电方法，都应该注意按照厂家产品说明，控制充电电压和电流，以防过压和过流充电导致蓄电池性能下降和寿命缩短。
在电源系统中，电池总是在线备用工作的，这样电池基本处于长期的浮充状态中，浮充电压的选取对电池的长期可靠运行起着至关重要的作用，正如前面看到的，偏高的浮充电压会造成电池缓慢失水并发产生热失控而使电池失效；偏低的浮充电压会造成电池长期处于充不饱电的状态，使电池发生硫酸化而导致电池失效。正确的浮充电压一般应选在2.23V/单体.，并应随同电池工作温度进行相应调整，由于电池生产厂家的不同，这一参数会有一些差异，应严格按照厂家提供的参数选取。　　　
8 ?( p; L# f9 T& X0 c& }8 d在一个电池组中，电池总是串联充电的，由于电池存在个体差异，每个电池的端电压不会严格一致，为保证电池组中每个电池的长期安全运行，必须保证电池组中每个电池的浮充端电压都处于正确的范围，均衡充电是经常采用的方法，通过适当的过充电来保证电池组中落后电池充足电。这一方法由于要对电池组过充电，应限制使用，应使用单个电池补充充电代替均衡充电，如果必须对电池组进行均衡充电，必须严格控制均衡充电电压。均衡充电的电压应严格按照电池生产厂的规定选取。
$ y, ]# a. t* z: w. D4）放电
$ R; b8 O; j/ q# S8 ~( g% m放电电流不宜过大，更要避免短路放电。一般按C10—C20安时数放电，具体讲，如50AH的电池，用C10(5安培的电流)进行放电，到10小时时 截至，能达到充分活化电池的目的，同时能检验此块电池的容量是否足够（有些电池厂家要求用C20方式放电，相应放电时间延长一倍）。
* V. v$ _- N7 ^& c' {放电时，蓄电池端电压不要低于终止电压，以防蓄电池过度放电导致蓄电池性能下降和寿命缩短。放电后，应该及时充电。不允许蓄电池在放电状态下长时间搁置。　　
4 j4 I0 T: k; ~0 ~, ~( n# x' v5 [5）放电深度
　　放电深度对电池使用寿命的影响也非常大，电池放电深度越深，其循环使用次数就越少,因此在使用时
8 W/ i- S' ]1 l! W应避免深度放电。虽然山特UPS都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机，但是如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。
" `1 e' m/ I* z& e6）定期保养
电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等；如果长期不停电，电池会一直处于充电状态这样会使电池的活性变差,因此即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便电池保持活性。放电试验一般可三个月进行一次,做法是UPS带载－－最好在50%以上,然后断开市电，使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几分钟至几十分钟,放电后恢复市电供电，继续对电池充电。
' e3 D5 \6 V+ Y四、铅酸蓄电池的失效机理（即常见故障）
- p- I2 z& x5 l8 |1 电池失水：铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高、导致电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。
' P: Y" \* G. ]/ `  c0 e' Y5 p　　铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时（一般在2.30V／单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：
　　（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V／单体（25℃）以上时释放气体。采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25℃）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。
　　（2）让负极有多余的容量，即比正极多出10％的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水，即O2 + 2Pb→2PbO，PbO + H2SO4→H2O +PbSO4使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
　　（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50％提高到90％以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。另外，超细玻璃纤维板具有吸附硫酸电解液的功能，因此阀控式密封铅酸蓄电池采用贫液式设计，即使电池倾倒，也无电解液溢出。
% v' W! P" k  l% \, k$ G& u, G　　（4）采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。
　　在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。
# l; q4 U  o( @" j7 k- P. k+ F　　阀控式密封铅酸蓄电池均加有滤酸垫，能有效防止酸雾逸出。但密封蓄电池不逸出气体是有条件的，即：电池在存放期间内应无气体逸出；充电电压在2.35V／单体（25℃）以下应无气体逸出；放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V／单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但必竟使电池损失了气体，所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，不能造成过充电。
  ~7 [( f1 b3 _! J2 负极板硫酸化
　　电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅，电池充电时负极栅板发生如下化学反应
) q& i/ @1 l% ?8 f7 l: M　　　　PbSO4 + 2e = Pb + SO4-
. |9 y* J9 \% o1 p) h: g, V+ P正极上发生氧化反应：
: w, ?) p& A/ Y/ H　　　　PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO4- + 2e
放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的正负极栅板上就有PbSO4 存在，PbSO4 长期存在会失去活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，硫酸化使电池的活性物质减少，降低电池的有效容量，也影响电池的气体吸收能力，久之就会使电池失效。
　　为防止硫酸化的形成，电池必须经常保持在充足电的状态。
3 正极板腐蚀
" k+ c: {6 d8 g  d# ?* y- c' k2 w; `　　由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，使正极板孔隙率增高，电解液相对变少，极板活性物质变少，电池容量变低。防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。
4 热失控
' k* x3 T  z1 B  w  X' E& u5 v9 {( A　　热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是：
4 V/ _: G1 Z! [, {9 C5 j$ J2 F　　普通富液型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙，所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极，从而负极未去极化，较易产生氢气，随同氧气逸出电池。
因为不能通过失水的方式散发热量，VRLAB电池过充电过程中产生的热量多于富液型铅酸蓄电池。较易发生热失控。
浮充电压应合理选择。浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压，是影响电池寿命至关重要的因素。一般情况下，浮充电压定为2.23V/单体（25℃）比较合适。如果不按此浮充范围工作，而是采用2.35V／单体（25℃），则连续充电4个月就会出现热失控；或者采2.30V/单体（25℃），连续充电6 ~ 8个月就会出现热失控；要是采用2.28V/单体（25℃），则连续12 ~ 18个月就会出现严重的容量下降，进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，最后失效。