閥控鉛酸蓄電池幾種常見(jiàn)故障的分析與處理

宋 莉

（西安電信分公司，陜西 西安710004）

通信電源是向通信設(shè)備提供交流、直流的電能源，是整個(gè)通信網(wǎng)的能量保證，通常被稱為通信設(shè)備的心臟，具有無(wú)可比擬的重要地位。通信系統(tǒng)中絕大部分設(shè)備所需的是直流電源，并要求安全、可靠、高效、穩(wěn)定、不間斷向通信設(shè)備提供能量。直流供電是整個(gè)通信電源系統(tǒng)中的核心。而在直流供電系統(tǒng)中，閥控鉛酸蓄電池組的供電是直流供電系統(tǒng)最后的屏障，所以閥控鉛酸蓄電池組維護(hù)的好壞是整個(gè)直流供電系統(tǒng)的重要保障。筆者根據(jù)在通信電源實(shí)際維護(hù)工作中的經(jīng)驗(yàn)，就閥控鉛酸蓄電池經(jīng)常出現(xiàn)的一些故障進(jìn)行分析和探討。

1 VRLA蓄電池早期失效故障分析與處理

早期失效故障指的是一些VRLA蓄電池組僅使用數(shù)月，其容量就已低于額定容量的80%，提前終止了VRLA蓄電池的使用。早期失效的原因主要有兩個(gè)方面：

（1）VRLA蓄電池設(shè)計(jì)欠妥，生產(chǎn)工藝和原材料不合格。

（2）維護(hù)工作跟不上，在VRLA電池使用過(guò)程中不注意維護(hù)，使其性能迅速變差。

在維護(hù)工作中，為了避免VRLA蓄電池早期失效故障，通常在新蓄電池組裝入系統(tǒng)之前進(jìn)行一次檢查性深度放電，即以10小時(shí)率放電電流放電至1.8 V（2 V的VRLA蓄電池）或10.8 V（12 V的VRLA蓄電池）左右，然后再給VRLA蓄電池組充足電，將其并入直流供電系統(tǒng)中運(yùn)行。如果該組中每只蓄電池放電終止前的電壓差別不大，比較均勻，則該組蓄電池的性能一定不錯(cuò)；若其中有個(gè)別蓄電池端電壓下降得很快，則它很可能是落后的蓄電池，必須查明原因并采取措施。

對(duì)于早期容量損失的VRLA蓄電池的恢復(fù)方法是：首先將起始充電電流增大到0.3～0.5 C／A，當(dāng)單只蓄電池的端電壓到2.35～2.38 V（2 V的VRLA蓄電池）后，采用0.05 C／A小電流補(bǔ)充充足電，再以小于0.05 C／A小電流放電到0，反復(fù)幾次，蓄電池的容量可以恢復(fù)。采用該方法的VRLA蓄電池的早期容量損失是在前20個(gè)循環(huán)內(nèi)發(fā)生的，對(duì)于使用中壽命后期發(fā)生容量損失的蓄電池，不可以采用此方法。采用此方法后將破壞蓄電池正極板，導(dǎo)致正極板軟化。

2 VRLA蓄電池變形故障的分析與處理

VRLA蓄電池變形是由于蓄電池內(nèi)部氣體壓力過(guò)高造成的。

VRLA蓄電池在充電時(shí)發(fā)生如下反應(yīng)，

隨著充電的進(jìn)行，VRLA蓄電池電極電位逐漸上升，硫酸濃度逐漸升高。當(dāng)充電到容量的80%左右時(shí)，進(jìn)入高壓充電區(qū)，這時(shí)在正極板上首先析出氧氣，氧氣通過(guò)隔板中的孔隙到達(dá)負(fù)極，在負(fù)極發(fā)生氧復(fù)合反應(yīng)；

反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量熱量，當(dāng)充電容量達(dá)到90%以上時(shí)，氧氣發(fā)生量越來(lái)越大，負(fù)極也開(kāi)始產(chǎn)生氫氣，氣體量增加，使得VRLA蓄電池內(nèi)部壓力超過(guò)安全閥開(kāi)閥壓力，安全閥打開(kāi)，氣體逸出，最終表現(xiàn)為失水。

隨著循環(huán)次數(shù)的增加，水分子逐漸減少，其結(jié)果VRLA蓄電池就會(huì)出現(xiàn)：

（1）氧氣“通道”變得暢通，正極產(chǎn)生的氧氣很容易經(jīng)過(guò)“通道”到達(dá)負(fù)極。

（2）在VRLA蓄電池中熱容最大的是水，水損失后熱容大大減小，充電時(shí)產(chǎn)生的熱量使蓄電池的溫度升高很快。

（3）失水后，VRLA蓄電池中的隔板會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，它與正極的附著力變差，部分區(qū)域出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，使得蓄電池內(nèi)阻加大。在充放電過(guò)程中發(fā)熱量加大，而蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的熱量只能經(jīng)過(guò)殼體向外散發(fā)，如散發(fā)的熱量小于發(fā)熱量，溫度快速上升形成熱失控，當(dāng)溫度達(dá)到80℃以上時(shí)，VRLA蓄電池的殼體將會(huì)變形。

若是一組VRLA蓄電池同時(shí)變形，應(yīng)著重檢查充電時(shí)充電參數(shù)。若一組VRLA蓄電池中只有一只或兩只變形，其原因：

（1）該只蓄電池因過(guò)充電而引起的變形。

（2）該蓄電池出現(xiàn)極板不可逆硫化，內(nèi)阻增加充電時(shí)發(fā)熱而引起的變形。

解決VRLA蓄電池變形的方法：

（1）在保證不漏液的前提下盡可能多加電解液，以延遲或避免熱失控現(xiàn)象的產(chǎn)生，確保在正常使用壽命期間電解液的飽和度。

（2）避免產(chǎn)生內(nèi)部短路，微短路或帶有短路傾向的產(chǎn)生。

（3）檢查充電參數(shù)，在使用過(guò)程中應(yīng)防止過(guò)充電發(fā)生，盡量縮短蓄電池在“高電壓區(qū)”的充電時(shí)間。

（4）保證VRLA蓄電池有一個(gè)良好的散熱環(huán)境，有效的預(yù)防其殼體變形。

（5）要保證VRLA蓄電池使用過(guò)程中安全閥動(dòng)作的可靠性。

3 VRLA蓄電池漏液故障的分析與處理

VRLA蓄電池發(fā)生漏液故障除了運(yùn)輸、搬運(yùn)造成的機(jī)械損傷外，主要是由于制造缺陷引起的，如電解液注入量過(guò)多，密封不嚴(yán)，密封材料不合格和密封材料老化等。

通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)蓄電池的使用和觀察，發(fā)現(xiàn)已投入使用的VRLA蓄電池易漏部位主要在殼蓋之間的密封處，安全閥處以及極柱端子密封處。

常見(jiàn)的漏液現(xiàn)象有：

（1）上蓋與底槽之間密封不好或因碰撞而使封口膠開(kāi)裂造成的漏液。

（2）安全閥滲酸漏液。

（3）接線端處滲酸漏液。

（4）其他部位出現(xiàn)的滲酸漏液。

VRLA蓄電池發(fā)生漏液故障的解決方法：

（1）由于VRLA蓄電池在充電后期有氧氣生成，在一定壓力下，上蓋與底槽之間密封不好或封口膠開(kāi)裂，氧氣就會(huì)帶著酸霧通過(guò)細(xì)微的通道逸出，產(chǎn)生漏液。出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，將表面清潔干凈，先采用熱熔方式密封，再用密封膠密封，使殼蓋融為一體，密封更加可靠。

（2）對(duì)于安全閥漏液，一是采用耐老化的橡膠墊，二是定期更換安全閥，保證安全閥的可靠性，一般為每三年更換一次較為適宜。

（3）極柱漏液，這是最常見(jiàn)的故障現(xiàn)象。VRLA蓄電池在安裝一年以上時(shí)，就會(huì)有個(gè)別極柱端產(chǎn)生漏液，使用3～5年后極柱端產(chǎn)生漏液就比較多了。通過(guò)解析發(fā)現(xiàn)極柱已被腐蝕，硫酸沿著腐蝕通道在內(nèi)部氣壓作用下流到端子表面產(chǎn)生漏液，腐蝕產(chǎn)生的氧化鉛和硫酸鉛堆積在極柱下方，正極柱腐蝕速度大于負(fù)極柱，正極漏液嚴(yán)重。目前的處理方法是，首先將極柱表面的腐蝕物處理干凈，一是增加密封膠層高度，延緩腐蝕漏液時(shí)間。二是采用橡膠壓緊密封，阻斷氧氣通道，減緩腐蝕速度，使VRLA蓄電池在使用壽命期內(nèi)漏液現(xiàn)象減少。

4 VRLA蓄電池失水及干涸失效故障分析與處理

失水是VRLA蓄電池特有的故障，這與它的貧液結(jié)構(gòu)有關(guān)。在理想情況下VRLA蓄電池在充電時(shí)正極板產(chǎn)生的氧氣可通過(guò)隔板通道傳送到負(fù)極表面還原為水，重新回到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)氧的循環(huán)復(fù)合，無(wú)需添加水。但是，在實(shí)際使用中，水分的損失是不可避免的，其原因?yàn)椋?/p>

（1）氣體復(fù)合不完全，有2%～3%的氧氣從蓄電池內(nèi)部析出，其量雖小，但是數(shù)年累計(jì)下來(lái)其量就很可觀，蓄電池中酸量就相對(duì)增加，氣體復(fù)合率會(huì)進(jìn)一步降低。

（2）VRLA蓄電池密封不好或安全閥開(kāi)啟壓力設(shè)置得過(guò)低是造成充電時(shí)氧氣逸出的重要原因。

（3）VRLA蓄電池一直在浮充狀態(tài)下工作，浮充電壓選得偏高或蓄電池溫度升高時(shí)沒(méi)有及時(shí)將浮充電壓調(diào)下來(lái)，使得蓄電池浮充電壓過(guò)高，充電電流過(guò)大，就會(huì)降低氧復(fù)合反應(yīng)效率，導(dǎo)致水分損失，加速VRLA蓄電池失水過(guò)程。

（4）使用環(huán)境溫度較高，會(huì)使VRLA蓄電池在充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)擴(kuò)散到空氣中去，加速了電解液的損失。

（5）隔板中的水分減少，使VRLA蓄電池的內(nèi)阻加大，造成蓄電池充電過(guò)程中的熱量增加，從而引起蓄電池失水、干涸。

為了減少VRLA蓄電池的失水和干涸，應(yīng)采取如下方法：

（1）正確選擇并及時(shí)調(diào)整浮充電壓。浮充電壓過(guò)高，電解液反應(yīng)加劇，析氣速度快，失水量增加；浮充電壓過(guò)低，雖然可降低失水速度，但是易引起充電不足極板硫化，因而必須根據(jù)溫度不同，調(diào)整浮充電壓。不同溫度下的浮充電壓如表1。

表1 不同溫度下的浮充電壓

（2）定期檢測(cè)VRLA蓄電池的內(nèi)阻，一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)阻異常增大，則很可能是失水、干涸所致，其結(jié)果必定導(dǎo)致蓄電池的容量下降。

解決失水、干涸的方法是采用專(zhuān)用工具打開(kāi)VRLA蓄電池的安全閥，加入純水，使其處于富液狀態(tài)，目的是降低電解液比重，采用反復(fù)充放電的方法進(jìn)行恢復(fù)。補(bǔ)充加入水時(shí)，一般請(qǐng)生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員進(jìn)行，加入水后要及時(shí)將VRLA蓄電池密封。

5 VRLA蓄電池極板硫化故障的分析與處理

VRLA蓄電池的硫化現(xiàn)象是指極板被硫酸鉛晶體覆蓋，導(dǎo)致蓄電池容量下降或功能衰竭。

VRLA蓄電池硫化的原因是：在正常的充放電電化反應(yīng)過(guò)程中，放電時(shí)在極板上生成的硫酸鉛，充電時(shí)被還原為氧化鉛和鉛，此反應(yīng)是循環(huán)可逆的電化反應(yīng)。如果鉛酸蓄電池在使用或維護(hù)不善時(shí)，如浮充電壓偏低，長(zhǎng)時(shí)間充電不足或放電后未及時(shí)充電，失水嚴(yán)重等，在極板上易結(jié)晶成硫酸鉛。這種硫酸鉛抱成團(tuán)，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周?chē)牧蛩徙U就形成了惰性的硫酸鉛晶體，這就破壞了原本可逆的循環(huán)，導(dǎo)致部分硫酸鉛不可逆。

VRLA蓄電池硫化后表現(xiàn)為：

（1）蓄電池內(nèi)阻增大。

（2）充電時(shí)，單體蓄電池電壓很快達(dá)到2.9～3.1 V，充電時(shí)間很短就會(huì)產(chǎn)生氣體，并且蓄電池溫度上升過(guò)快。

（3）放電時(shí)，電壓迅速下降，很快就降至1.8 V，甚至更低。

（4）極板顏色和狀態(tài)不正常，打開(kāi)安全閥可看見(jiàn)極板表面出現(xiàn)一層白色結(jié)晶，并且極板粗糙堅(jiān)硬。

對(duì)于輕微的極板硫化，可反復(fù)充放電數(shù)次恢復(fù)，對(duì)于嚴(yán)重的極板硫化，則無(wú)法恢復(fù)，只能報(bào)廢處理。

在維護(hù)工作中要時(shí)刻預(yù)防蓄電池極板硫化，應(yīng)做到：

（1）發(fā)現(xiàn)VRLA蓄電池虧電后，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充充電，定期對(duì)蓄電池進(jìn)行均衡充電。

（2）對(duì)暫時(shí)不用的VRLA蓄電池，充足電后再放置，在放置期間每隔1～2個(gè)月，應(yīng)進(jìn)行一次補(bǔ)充充電。

（3）每次放電后，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充充電，且要充足電，尤其是大電流放電后，一定要及時(shí)補(bǔ)充充電。在小電流放電時(shí)，盡量控制放電的深度，因?yàn)樾‰娏魃疃确烹姇r(shí)，產(chǎn)生的硫酸鉛過(guò)于致密，這種放電后，應(yīng)采用小電流長(zhǎng)時(shí)間充電，采取多充電量30%的方法來(lái)恢復(fù)容量。

6 VRLA蓄電池內(nèi)部短路故障的分析與處理

短路故障發(fā)生后主要表現(xiàn)：

（1）正常充電或均衡充電時(shí)，蓄電池端電壓很低，單體2 V蓄電池的端電壓低于2 V。

（2）充電末期氣體少或無(wú)氣體生成。

（3）充電時(shí)，蓄電池溫度上升很快。

（4）蓄電池的開(kāi)路電壓低，放電時(shí)過(guò)早降至終止電壓。

（5）自放電嚴(yán)重，不能放出正常容量。

造成VRLA蓄電池短路的主要原因：

（1）活性物質(zhì)脫落、變異，使隔板損壞或擊穿，造成正負(fù)極板間發(fā)生短路。

（2）正負(fù)極板彎曲或負(fù)極板邊緣生成的鉛絨較多，使得蓄電池底部的沉淀物過(guò)多，從而造成正負(fù)極板之間發(fā)生短路。

（3）電解液不純，雜質(zhì)結(jié)晶引起短路。

（4）在裝配過(guò)程中極群焊接后，正負(fù)極群匯流排邊緣的鉛余物清潔得不干凈，或在測(cè)試過(guò)程中，蓄電池槽內(nèi)落入導(dǎo)電物體。

蓄電池短路故障的處理方法，主要是更換電解液，更換隔板，清除沉淀物和導(dǎo)電物。若故障嚴(yán)重時(shí)，蓄電池只能報(bào)廢處理。對(duì)于蓄電池短路故障，可采用短路打火法檢測(cè)，如無(wú)火花或火花較弱，即可判斷為VRLA蓄電池內(nèi)部短路。