閥控式鉛酸蓄電池原理及使用維護(hù)

1 引言
在我國(guó)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，通信行業(yè)也隨之呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)信息產(chǎn)業(yè)部的統(tǒng)計(jì)顯示，截至今年4月底，全國(guó)電話(huà)用戶(hù)超過(guò)7.7億戶(hù)。其中，手機(jī)用戶(hù)數(shù)超過(guò)4.16億戶(hù)，固定電話(huà)用戶(hù)數(shù)超過(guò)3.6億戶(hù)。
而所有的通信電源為保證通信的不間斷性、穩(wěn)定性都必須配備蓄電池，現(xiàn)在使用的蓄電池幾乎全部是密封閥控式鉛酸蓄電池。使用數(shù)量之多，從以下數(shù)據(jù)中可見(jiàn)一斑：2007年上半年中國(guó)移動(dòng)集團(tuán)公開(kāi)發(fā)標(biāo)采購(gòu)2V系列200~3000AH密封閥控式鉛酸蓄電池約“3億Ah”。若再加上國(guó)內(nèi)其他5大通信運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)的蓄電池合計(jì)起來(lái)肯定更是一個(gè)驚人的數(shù)字。
2 使用情況簡(jiǎn)介
這些電池的使用情況一般可以分為兩類(lèi)。
一是在市區(qū)的交換局、中心機(jī)房使用的，配備電池的容量較大，至少配置2組；市電比較穩(wěn)定，所以放電次數(shù)少、放出容量比例小。這類(lèi)電池一般可使用5年以上，甚至質(zhì)量好的電池能達(dá)到10年以上。
二是在基站使用的，配備蓄電池容量較小一般為200～500AH，有的還只配備1組；市電情況一般不穩(wěn)定，放電頻繁，甚至有一天內(nèi)多次放電的情況。這類(lèi)電池一般壽命只有3年左右，質(zhì)量不好的蓄電池甚至使用1年就會(huì)出現(xiàn)“早期容量損失現(xiàn)象”。所以此類(lèi)電池才是應(yīng)該加以重點(diǎn)注意的，加強(qiáng)維護(hù)以確保其性能和壽命。本文就是針對(duì)此類(lèi)使用情況的蓄電池提出幾點(diǎn)意見(jiàn)和建議。
3 原理簡(jiǎn)介
要想很好的對(duì)密封閥控式鉛酸蓄電池進(jìn)行維護(hù)，首先要了解它的原理，以便于有的放矢。
1860年法國(guó)人普蘭特(G.Plante)將中間用橡膠條隔開(kāi)的兩塊鉛皮浸在稀硫酸中經(jīng)過(guò)正向反向地反復(fù)充電，所得的產(chǎn)品能以比當(dāng)時(shí)任何一次電池更大的電流放電，這就是世界上第1個(gè)鉛酸蓄電池。
鉛酸蓄電池經(jīng)過(guò)100多年的發(fā)展，已有各種類(lèi)型和各種用途的專(zhuān)用電池，但不論何種鉛酸蓄電池，其原理都是一致的。在正極上：
PbO2+4H++SO42-+2e → PbSO4+2H2O ……. ①
在負(fù)極上：
Pb+ SO42- → PbSO4 +2e ….......②
從整體上看，蓄電池放電反應(yīng)方程式為：
PbO2+ Pb + 2H2SO4 → 2 PbSO4 + 2H2O ……..③
此反應(yīng)為放出能量的過(guò)程，只要條件具備，可快速自發(fā)地進(jìn)行。二氧化鉛和鉛作為活性物質(zhì)分別存在于正負(fù)極上，其放電反應(yīng)后分別在正負(fù)極上生成了硫酸鉛，所以稱(chēng)此為雙極硫酸鹽化理論。反應(yīng)過(guò)程中釋放出能量(電能和熱能)。蓄電池充電反應(yīng)方程式即①~③的逆反應(yīng)。
上世紀(jì)70年代，創(chuàng)制出了第1個(gè)貧液式結(jié)構(gòu)的密封閥控式鉛酸蓄電池。密封閥控式鉛酸蓄電池以其少維護(hù)、安全、清潔等特點(diǎn)迅速在各個(gè)領(lǐng)域被使用。在我國(guó)從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，密封閥控式鉛酸蓄電池迅速代替開(kāi)口式蓄電池占領(lǐng)絕大部分市場(chǎng)。
密封閥控式鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)其密封的原理是，當(dāng)電池充電開(kāi)始產(chǎn)生氣體后，從正極析出的氧氣到達(dá)負(fù)極，在負(fù)極上發(fā)生化合反應(yīng)，方程式如下：
在正極上：
H2O →1/2O2 +2H+ + 2e ….. ….④
在負(fù)極上：
PbSO4 +2e → Pb+SO42- …..….⑤
在負(fù)極上同時(shí)：
Pb+ 1/2O2 +2H++ SO42- → PbSO4+H2O …..….⑥
從以上反應(yīng)原理可以看出，蓄電池在正常充放電時(shí)，內(nèi)部電解液會(huì)發(fā)生分解－化合循環(huán)反應(yīng)，這樣可以保證電解液不會(huì)損失。但要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)原理，還要注意一點(diǎn)，電池在充入電解液時(shí)內(nèi)部隔板要保持有約10%的孔隙不被電解液所占，正極生成的氧氣才能通過(guò)這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被吸收。
實(shí)現(xiàn)電池的密封的同時(shí)還要考慮到電池出現(xiàn)過(guò)充電時(shí)如何保護(hù)電池。因而密封電池使用了安全閥。蓄電池正常充放電時(shí)內(nèi)部氣體被吸收，安全閥處于密封狀態(tài)，避免外部大氣中氧氣進(jìn)入與負(fù)極鉛反應(yīng)。如電池出現(xiàn)過(guò)充電時(shí)，如因內(nèi)部氣體產(chǎn)生速度過(guò)快來(lái)不及被吸收，氣壓上升到開(kāi)閥壓時(shí)安全閥打開(kāi)排出氣體，避免電池遭受破壞。
4 如何維護(hù)才能保證密封閥控式鉛酸蓄電池的壽命和最佳性能
通過(guò)以上原理簡(jiǎn)介可以了解到，密封閥控式鉛酸蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)和電解液是按一定比例組裝好的，并且為了保證氣體密封反應(yīng)的需要，電解液處于相對(duì)“貧乏”的狀態(tài)。所以要保證密封閥控式蓄電池的壽命和性能，就要保證極板上活性物質(zhì)的充分利用，避免電池因過(guò)充電、高溫等造成電解液的損失。從以下幾方面著手加強(qiáng)維護(hù)可以從一定程度上保證蓄電池的性能和壽命。
4-1 工作溫度
根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的技術(shù)資料看，電池在25℃環(huán)境下可獲得較長(zhǎng)的壽命和較好的放電性能。根據(jù)廠(chǎng)家提供的資料，電池的環(huán)境溫度每增加10℃，電池的壽命會(huì)縮短一倍，即設(shè)計(jì)壽命為10年的電池，在35℃環(huán)境下使用，壽命只能達(dá)到5年。壽命加速損耗推斷的原理如下：作為備用電池使用的密封閥控式蓄電池其壽命主要由正極板受腐蝕的程度決定。由于正極板腐蝕也是電化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)速度與溫度的關(guān)系一般可描述為溫度每升高10℃，腐蝕速度提高1倍。因此可用高溫條件下相對(duì)縮短的壽命時(shí)間試驗(yàn)來(lái)推算常溫時(shí)電池壽命。據(jù)此原理，蓄電池使用溫度在一定范圍內(nèi)越低越好。
但是使用環(huán)境溫度低于25℃的時(shí)候，對(duì)電池壽命沒(méi)有影響，電池容量卻會(huì)受到影響，據(jù)我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T799-2002，電池放電時(shí)如不是25℃，則需將實(shí)測(cè)容量按以下公式進(jìn)行換算為25℃基準(zhǔn)溫度時(shí)的容量：

換算容量Ce=