閥控式密封鉛酸蓄電池技術(shù)與維護(hù)
1.后備電源,包括直流供電系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)
2.濾波
3.調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓
4.動力設(shè)備啟動電源
圖1 電池作用示意圖
二、固定型鉛酸蓄電池的類型
1.VRLA電池與GF電池相比較,VRLA電池具有以下特點:
?。?)在使用過程中,不需要添加水、調(diào)整酸的比例
(2)不漏液,無酸霧,無環(huán)境污染
?。?)自放電小
?。?)結(jié)構(gòu)緊湊,密封良好,抗震,比能量高
?。?)不存在記憶效應(yīng)
?。?)使用范圍廣
圖2 VRLA電池與GF電池(左)的比較
2.陰極吸收式VRLA電池與膠體電池的比較:
?。?)AGM電池使用初期無氣體逸出,GEL電池在使用初期需安裝排風(fēng)裝置。
?。?)AGM電池內(nèi)阻小,大電流放電特性優(yōu)于GEL電池。
?。?)AGM電池的一致性和均一性較好,因電解液的擴散性和均勻性優(yōu)于GEL電池。
?。?)GEL電池,(特別是管狀電極)使用壽命較長,不易熱失控。
三、VRLA電池的工作原理
1.電池的充/放原理:
鉛酸蓄電池的基本電極反應(yīng)是鉛(Pb)和二價鉛(Pb2+)及四價鉛(Pb4+)之間的轉(zhuǎn)化。
放電過程:負(fù)極:Pb→Pb2+正極:Pb4+→Pb2+
(+) PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e放═══>充 PbSO4 + 2H2
電子得失為:負(fù)失正得即負(fù)氧化正還原
充電過程:負(fù)極:Pb2+→Pb正極:Pb2+→ Pb4+
?。ǎ㏄b + HSO4- 放═══>充 PbSO4 + H+ + 2e
電子得失為:負(fù)得正失即負(fù)還原正氧化
電池的充放電反應(yīng)
電池總反應(yīng):Pb + 2H+ + 2HSO4- + PbO2放═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4
2.VRLA電池的密封原理:
(1)電池內(nèi)部氣體產(chǎn)生的原因:
電池在過充電時電池分解水,正極產(chǎn)生O2,負(fù)極產(chǎn)生H2
正極板柵腐蝕的同時產(chǎn)生H2
電池自放電時正極產(chǎn)生O2,負(fù)極產(chǎn)生H2
(2)氧復(fù)合原理(氧循環(huán)原理):
電池在充電過程中,正極除了有PbSO4轉(zhuǎn)變?yōu)镻bO2以外,還有氧析出反應(yīng),特別是電池的充電后期,當(dāng)電池容量達(dá)到80%時,氧的析出反應(yīng)更為劇烈,兩極的氣體析出反應(yīng)如下:
?。?)2H2O → O2 + 4H+ + 4e (--) 2H+ + 2e → H2
對于浮充使用的VRLA電池,即使是浮充電流很小,但在長期浮充狀態(tài)下,除浮充電流一部分用于電池自放電生成的PbSO4轉(zhuǎn)為正負(fù)極活性物資以外,不避免的,浮充電流另一部分則用于水的電解,使正極析出氧氣,負(fù)極析出氫氣。
圖3 密封原理示意圖
氧和氫氣的產(chǎn)生使電池內(nèi)部失水,電解液密度發(fā)生變化,也使電池難以密封。從鉛酸蓄電池誕生以來,人們都一直在尋求電池的密封,以此減少對電池的維護(hù)。VRLA電池的出現(xiàn),實現(xiàn)了電池的密封,電池密封的關(guān)鍵技術(shù)是氧在電池內(nèi)部的再復(fù)合實現(xiàn)氧的循環(huán),以及采用AGM隔板吸收電解液,使電池內(nèi)部沒有流動的電解液,氧的復(fù)合原理如圖3、4所示:
圖4 氧循環(huán)原理圖
從圖3、4看出,正極充電過程中因電解水析出的氧氣,通過AGM隔板的孔隙,迅速擴散到負(fù)極,與負(fù)極活性物質(zhì)海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)生成氧化鉛(PbO),負(fù)極表面的PbO遇到電解液H2SO4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成PbSO4和H2O,其中PbSO4再充電而轉(zhuǎn)變?yōu)楹>d狀Pb,生成的H2O又回到電解液,因氧氣的再復(fù)合,避免了水的損失,從而實現(xiàn)了電池的密封。
鉛酸蓄電池實現(xiàn)密封的措施:
1) 選擇高孔隙率AGM隔板,孔隙率在93%以上,為氧的復(fù)合提供通道
2) 采取定量灌酸,使玻璃棉隔板在吸收電解液以后,仍有5—10%的孔隙率未被電解液充滿,因此VRLA電池又稱為貧液式電池。
3)過量的負(fù)極活性物資,正、負(fù)極板的容量比一般為1:1.1~1:1.2,這樣在正極充足電以后,負(fù)極仍未充足電,以防止氫在負(fù)極析出,若氫氣大量析出是無法復(fù)合的。
4)電池集群的緊裝配,采取集群預(yù)壓縮技術(shù),將裝配壓在40—60Kpa之間,以保證AGM隔板與正負(fù)極板表面能夠良好接觸,因為VRLA電池的電解液主要靠AGM隔板提供。
5)高純度Pb—Ca—Sn—Al無銻板柵合金,因為Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氫過電位,從而能夠降低因板柵腐蝕而析出氫氣的可能性。
6)開閉閥壓力穩(wěn)定可靠的安全閥,通信用VRLA電池的標(biāo)準(zhǔn)要求開閥壓10—35Kpa,閉閥壓3—15Kpa,開閉閥壓力較接近,可減少氣體排放和水的損失。
3)采用恒壓限流的充電方式,VRLA電池對過充電較為敏感,過充電會加速電流的損壞,恒壓限流充電可防止過充電和熱失控。
3.VRLA蓄電池的自放電原理:
電池自放電原因:
1)正極活性物質(zhì)與電解液的反應(yīng);
2)正極活性物質(zhì)與板柵合金之間的反應(yīng);
3)正極活性物質(zhì)與負(fù)極析出氫氣的反應(yīng)。
四、VRLA電池的兩大類技術(shù)
應(yīng)用同樣的氧復(fù)合原理,但由于采用不同的固定電解液技術(shù)和不同的氧復(fù)合通道技術(shù),因此可分為兩大類型的VRLA電池,即AGM技術(shù)和GEL技術(shù)(膠體),故又稱為AGM電池和膠體電池。這兩類電池各有優(yōu)劣,目前在電信、電力等市場上應(yīng)用的仍以AGM電池為主。
1.AGM技術(shù)
采用AGM技術(shù)的VRLA電池,AGM隔板采用U形包覆法(也可采用S形包覆法)。采用AGM技術(shù)的VRLA電池的特點:內(nèi)阻小,以超細(xì)玻璃棉隔板吸取電解液,使電池內(nèi)沒有電解液,AGM隔板具有93%以上的孔隙率,而其中10%左右的孔隙作為由正極析出的O2到負(fù)極再復(fù)合的通道,以實現(xiàn)氧的循環(huán),達(dá)到電池密封的目的。
2.Gel技術(shù)(膠體技術(shù))
以德國陽光公司采用Gel技術(shù)生產(chǎn)的OPZV膠體電池為典型代表。
膠體電池的特點:內(nèi)阻較大,采用觸變性SiO2膠體吸收電解液,使電解液不流動。
以膠體的微裂紋O2的復(fù)合通道。膠體電池使用初期由于膠體未能形成大量微裂紋,氧的復(fù)合效率較低。
五、VRLA電池的失效模式
VRLA電池盡管有許多的優(yōu)點,但它和所有電池一樣也存在可靠性和壽命問題。VRL電池文獻(xiàn)報道:其使用壽命為15年左右(25℃浮充使用)。但國內(nèi)外的VRLA電池在實際使用過程中,均出現(xiàn)過提前失效的現(xiàn)象。目前造成VRLA電池的失效模式主要有板柵的腐蝕與增長、電解液干涸、負(fù)極硫酸鹽化、早期容量損失(PCL)、熱失控等。
六、VLRA電池的使用和維護(hù)
1、VLRA電池的選型
VLRA電池在使用前必須正確的選擇型號,以保證電池有足夠的放電容量,使通信設(shè)備能夠正常運行;另外選擇合理的容量能夠避免選擇容量過大而造成浪費。
選型方法有兩種: 1)計算法 2)曲線查
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