提高阀控铅酸蓄电池组使用寿命的对策

提高阀控铅酸蓄电池组使用寿命的对策
蓄电池作为变电站的备用能源变电站的直流系统是继电保护、自动装置和断路器正确动作的基本保证，其稳定运行对防止系统破坏性事故扩大和设备严重损坏至为重要，直流电源系统被比喻为系统的“心脏”。

阀控铅酸蓄电池已在电力系统广泛应用，因其全密封、无须加水维护，曾被称为“免维护”蓄电池。

在使用过程中，由于免维护称谓，使得误导用户放松了对阀控铅酸蓄电池的日常维护和管理，甚至导致了由于蓄电池容量不足或者失效造成的变电所和发电厂的事故。

因此，正确使用和维护阀控铅酸蓄电池，提高其使用寿命，具有十分重要的意义。

标签：阀控铅酸蓄电池组；误区；使用寿命；对策
1 阀控铅酸蓄电池误区
阀控密闭式铅酸蓄电池的应用从起始的产品宣传被冠以“免维护蓄电池”，直到现在仍有人认为是免维护=不维护，这种错误的理念给阀控密闭式铅酸蓄电池的安全运行带来许多隐患，再加上初期的高频开关电源的不稳定、蓄电池厂家良莠不齐，使多组蓄电池出现不同问题，如渗漏液、发热、鼓胀、容量降低甚至电池干涸，严重影响了直流系统的安全运行。

阀控铅酸蓄电池的正常使用寿命在10年以上，理论上可达到20年，但在实际现场的运行使用中，许多电池远未达到设计寿命，經常出现容量不足或者早期失效的现象，甚至一年左右就报废的也有。

造成电池不能达到额定使用寿命的原因除了电池本身的质量问题，没有正确维护和管理是其主要原因。

因此，正确使用和维护阀控铅酸蓄电池，提高其使用寿命，具有十分重要的意义。

2 环境温度的影响及对策
2.1环境温度的影响
铅酸蓄电池在充电和放电过程中都伴随着热效应：1）电池有内阻，不论是充电过程还是放电过程，电流克服内阻而消耗的电能（P=I2r）会转变为热能。

2）充、放电过程中电化学反应所产生的放热或吸热反应所放出或吸收的热量。

放电时是吸热反应，充电时则为放热反应。

温度对蓄电池容量的影响主要是：电解液温度高时，其扩散速度增加，电阻降低，电池电动势也略增加，因此在一定范围内蓄电池的容量随温度增加而增加。

根据化学热力学原理，环境温度过高，铅酸蓄电池放电深度越大，电解液密度越高，板栅腐蚀越剧烈；储存时间愈长，腐蚀层越厚。

伴随着板栅腐绌而产生板栅变形拉伸，其结果使板栅抗张强度变小。

活性物质脱落，当腐蚀产物变得很厚或板栅变得相当薄时，板栅电阻增大，使电池容量下降.直至蓄电池失效：
另外，环境温度对蓄电池也有不小的影响，环境温度每下降1℃或上升1℃，
每2V蓄电池的压差达到0.002-0.003V左右，对于北方的很多地区冬天的室外环境温度最低到-20℃以下，而夏天最高达到零上+40℃以上。

铅酸蓄电池往往数十个甚至上百个电池组装在一起使用，电池间隙很小（一般约5～10cm），散热条件不好。

如果充电时电解液温度升高太快，出现有超过规定温度的趋势时，应采取相应措施降低电解液的温度。

此时针对蓄电池的温度变化给予相应的电压补偿称之为“温度补偿”。

对蓄电池进行温度补偿是非常必要的，如果不对蓄电池进行温度补偿，如蓄电池在冬天的充电容量有可能只达到常温时80%左右，甚至更低，必然使蓄电池的放电的AH数达不到设计时的使用标准。

2.2防止蓄电池温度过高的对策
蓄电池对环境温度变化极为敏感，环境温度既影响蓄电池的寿命也影响蓄电池的容量充电方式是导致阀控铅酸蓄电池的温度过高的主要因素。

克服这个问题的最好方法是预防在蓄电池工作时出现极端情况。

阀控铅酸蓄电池的容量是随着温度的变化而变化的，25℃时蓄电池的容量100%；25℃以上时，每升高10℃蓄电池的容量会减少一半；25℃以下时，温度与容量的关系见表1。

所以浮充电压应根据温度进行补偿，一般为2-4mV/℃，而一般充电机无此功能，或没有设计。

浮充电压的温度补偿及限制有效电流可以有效地避免这些现象。

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。

充电时采用小电流，添加降温设施，注意防止电池的硫化，保持电池工作在常温条件下。

蓄电池在25℃的环境下可获得较长的寿命。

因此，在实际使用中必须根据实际温度的变化合理地调整蓄电池的放电电流，同时控制好蓄电池室的温度，使其保持在22℃～25℃以内。

其次要避免高倍率充充电，充电时采用浮充电恒电压会产生大电流，引起蓄电池温度升高，发生热失控现象。

强电流会使电池过度冒气甚至达到干涸的程度：当蓄电池干涸时，内阻增加，产生更多的热，会发生槽体软化故障，甚至导致铅件熔化。

不要把蓄电池放得太近，必要时可用气冷或循环水冷的方法达到降低电解液温度的目的。

蓄电池之间的距离至少应为l0-20mm。

保持这样的距离能有效地散热。

通过良好的冷却和通风.可以减少温度对其它类型的铅酸蓄电池容量和寿命的不良影响。

3 不均衡性充放电的影响及对策
3.1不均衡性充放电的影响
蓄电池产生不一致性的原因主要有以下几个方面：
1）在制造过程中，由于工艺上的问题、材质的不均匀和老化过程的差别，导致即使是同厂同型号的电池在容量、内阻、电压上也不可能完全一致；
2）在使用过程中，受电池组中各个电池的温度场和通风条件、自放电程度及其充放电过程的差别等因素的影响，在一定程度上也增加了电池参数的不一致性；
3）各蓄电池单体板栅的腐蚀速率不同。

电池的充放电均衡，是指电池组在串联充放电过程中通过一定的装置和控制规则使每个已电池单体都能存储或放出自己的最大电量。

如果达到均衡充放电，尽管蓄电池单体状况不一致，而流过其中的电流却是一样的。

这样，若充放电的控制规则以大容量电池的放电情况作为判据，则小容量电池必定过充或过放；相反，若以小容量电池的情况作为判据，则大容量电池不能充完或放完，造成每个蓄电池比能量的浪费。

只有集中了充、放电均衡优点的方法，才能使得初始容量有差异的电池单体在工作中能共同达到寿命的终点。

电池的电压不一致性表现十分明显。

以铅酸蓄电池组中串联的两块电池为例，两块放电前电压基本一致的电池，在放电瞬间，两块电池的电压差最大可达0.5V。

停止放电时，电池的平稳电压又趋于一致。

随着使用时间的增加，各单体蓄电池的电压分散程度增加，经过验证，电池组各单体蓄电池电压的平均值和标准差分布呈正态分布。

在使用过程中蓄电池组中的各个蓄电池单体的寿命差异很大，这是因为：电池组是串联形式，而各电池单体的容量和性能不相同，这就造成充放电的不均衡。

电池组在使用过程中，各单体受温度场不一致等因素的影响，使得老化过程不一致；不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象，由于“水桶原理”，性能差的电池寿命缩短会引起所在的电池组的寿命缩短。

有关的研究结果表明：板栅不同部位合金成分与结构的分布不同，会导致板栅电化学性能的不均衡性，这种不均衡性又会使在浮充和充、放电状态下的电压产生差异，且会随着充、放电的循环往复使这种差异不断增大，形成所谓的“落后电池（蓄电池失效）”。

目前国内的标准要求，在一组电池中最大浮充电压的差异应≤50mV，发达国家的标准是≤20mV，所以应重视并减小浮充状态下蓄电池运行电压的差异。

3.2防止不均衡性充放电影响的对策
为了解决这个问题，在提供实现均衡的温度条件的前提下，必须实行均衡充放电，使得性能不同的蓄电池能够同时充满和放完。

充放电均衡电路的原理是：充电时，先对电池组总体串联充电，当充电到均衡点时，就将充电方式转变为总体串联充电加上对各个好电池的并联补充充电，只要控制参数选择得合理，便能使每个电池同时到达充电终止点；从而避免出现某些电池未充满或是过度充电的情况。

放电时，先对电池组串联总体放电，当放电到均衡点时，从电源总线取出适当的电能对电量不足的单体电池进行补充电流，使之处于一边充电一边放电状态。

只要控制参数选择得合理，便能使所有电池能在同一时间内放到放电终止点，避免出现过度放电的情况。

电池的放电均衡，是指电池组在串联放电过程中通过一定的装置和控制规则使每个已充满的电池单体都能放出自己的最大电量而又不过放。

如果没有放电均衡，尽管蓄电池单体状况不一致，而流过其中的电流却是一样的。

这样，若放电的控制规则以大容量电池的放电情况作为判据，则小容量电池必定过放；相反，若以小容量电池的情况作为判据，则大容量电池不能放完，造成每个蓄电池比能量的浪费。

充放电均衡对于延长蓄电池寿命、提高蓄电池的性能、降低使用费用都极为有利，但是目前国内外在这两个方向上研究进展不一，对于放电均衡都不太重视，使得电池的充放电管理及能源管理系统成了“跛脚”。

这在一定程度上影响了铅酸蓄电池的科学使用。

只有集中了充、放电均衡优点的方法，才能使得初始容量有差异的电池单体在工作中能共同达到寿命的终点。

4 过度充放电的影响及对策
4.1过度充放电的影响
在长期的过度充电状态下，过充电时有大量气体析出，正极板活性物质遭受气体冲击后会促进活性物质的脱落，正极板栅合金也遭受严重的阳极氧化而腐蚀，因此过充电会缩短蓄电池组的使用期限。

过充电电池正极因析氧反应，水被消耗，H+增加，导致正极附近酸度增加，加速板栅腐蚀，使板栅变薄，从而加速电池的腐蚀，使电池容量降低；另一方面过充电因水损耗加剧，会使蓄电池有干涸的危险，从而影响蓄电池寿命。

蓄电池欠充电，会在极板表面形成PbSO4结晶体，PbSO4结晶体膨胀后使极板微孔堵塞，阻碍电解液的流动，使电解液难以与极板内部物質发生反应，从而使蓄电池容量降低，电池内阻增加。

蓄电池过度放电一般发生在交流充电电源停电后，蓄电池长时间处于充放电状态。

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”。

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。

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。

4.2防止过度充放电影响的对策
基于电池的充放电特性，采用完善的电脑型充放电控制设备，按照定电压控制以及温度上升控制是最简单实用的方式，其工作原理是除了增加温度控制之外，再根据充电时间、电压与电流的大小变化，计算出充电容量，并且判断出是否电池真已达到充放电饱和状态。

充电时电池的电压会随着充电容量的增加而升高，当充电容量达到饱和时，电压上升到峰值，并转而开始缓慢下降。

利用此电压下降的特性可以用来控制充电终止，待电压下降幅度达到时即停止充电。

电池电压的充电曲线受到充电电流与温度的影响，在同样的充电容量下，电流越大或温度越低时，电压上升的幅度
较大，下降的幅度也比较明显。

电流越小或温度越高时，电压上升的幅度较小，下降的幅度也较为平坦不易分辨。

为了避免温度的影响使侦测失灵，配合温度上升控制使用，能够达到防止过充电的目的。

对于蓄电池放电的时控制则相对简单，直到电池电压下降到1.8V/只（对于2V/只的单体电池）或10.8V/只（对于12V/只的单体电池）后即自动停止放电。

5 长期浮充电的影响及对策
5.1长期浮充电的影响
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缩短。

5.2防止长期浮充电影响的对策
每月应检查一次充电设备运行参数是否在合格范围之内，不论在任何情况下，蓄电池的浮充电压不应超过厂家给定的浮充值，并且要根据环境温度变化，随时利用电压调节系数±3mV/℃来调整浮充电压的数值。

每月应测一次电池单体电压及终端电压，密封电池端电压的测量不能只在浮充状态，还应在放电状态下进行。

端电压是反映密封电池工作状况好坏的一个重要参数。

浮充状态下进行电池端电压测量，由于外加电压的存在，测量出的电池端电压易造成假象。

即使有些电池反极或断路也能测量出正常数值（实际上是外加电压在该电池两端造成的电压差），这极易在交流失电时造成变电所和发电厂事故。

定期在放电状态下进行电池端电压测量，这种情况就完全可以避免了。

为保证电池有足够的容量，每年要进行一次容量恢复试验（即大充大放），让电池内的活化物质活化，恢复电池的容量。

其主要方法是将电池组脱离充电机，在电池组两端加上可调负载，使电池组的放电电流为额定容量的0.1倍，每0.5h记录一次电池电压，直到电池电压下降到1.8V/只（对于2V/只的单体电池）或10.8V/只（对于12V/只的单体电池）后停止放电，并记录时间。

静置2h后，再用同样大小的电流对蓄电池进行恒流充电，使电池电压上升到2.35V/只或14.1V/只，保持该电压对电池进行8h 的均衡充电后，将恒压充电电压改为2.25V/只或13.5V/只进行浮充电。

上述方法，可以放出蓄电池容量的80%，由于考虑到安全运行，也可以放出蓄电池容量的30%～50%，这需要查对蓄电池的放电曲线进行，阀控铅酸蓄电池运行到使用寿命的1/2时，需适当增加测试的频次，尤其是对单12V的电池增加测试。

如果电池内阻突然增加或测量电压有数值不稳（特别是小数点后两位），应立即作为“落后电池”进行活化处理。

6 结束语
总之，要重视对阀控铅酸蓄电池的维护，根据阀控铅酸蓄电池不同的特点，针对影响阀控铅酸蓄电池使用寿命的主要因素，不断提高维护水平，达到提高使用寿命的目的，以提高变电所、发电厂和通信站的安全运行水平。

参考文献：
[1]曹才开.延长阀控密封铅酸蓄电池寿命的研究[J].电源技术，2004，28（6）：354-357
[2]高悦敏.阀控式铅酸蓄电池的优点和缺点[J].蓄电池，1995（2）：38-40
[3]管雄俊.关于阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命[J].通信电源技术，1997（3）：25-27
[4]冯锐峰.提高阀控铅酸蓄电池使用寿命的措施[J].科技情報开发与经济，2005（24）：207-208
[5]袁翔，黄威，何彦平，黄鹏.铅酸蓄电池的充放电均衡方法[J].长沙交通学院学报，2005，21（3）：11-15
赵乐东（1976.4-），男，技师，大学本科学历在读研究生，从事500kV变电站变电运行工作，研究方向：电气工程自动化。

庄严（1975.02），女，助理工程师，大学本科学历，从事供电局用电工作，研究方向：供用电技术。