談礦用鉛酸蓄電池及其維護(hù)

方新明

(淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦信息中心運(yùn)管辦,安徽淮北 235000)

談礦用鉛酸蓄電池及其維護(hù)

方新明

(淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦信息中心運(yùn)管辦,安徽淮北 235000)

礦用電機(jī)車(chē)作為重要的煤礦機(jī)電運(yùn)輸裝備,一直在我國(guó)煤礦發(fā)展中起到重要作用。鉛酸蓄電池在現(xiàn)今的礦用電機(jī)車(chē)中應(yīng)用比較廣泛。其技術(shù)成熟,價(jià)格便宜,安全性能基本滿(mǎn)足要求;但其電池能量密度低,壽命短,深度循環(huán)壽命只有300次左右,因此需要經(jīng)常得到維護(hù)。

礦用鉛酸蓄電池;結(jié)構(gòu);工作原理;維護(hù)方法

1 礦用鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 礦用鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)

電池組采用雙極柱焊接結(jié)構(gòu),每個(gè)極柱都能獨(dú)立承受滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)最大回路電流,極柱加蓋了橡膠絕緣套,有效防止極間短路。蓄電池正極板為管式極板,采用抗氧化、耐腐蝕玻璃絲灌注Pb O2制成,負(fù)極板為涂膏式極板。排氣口采用特殊排氣栓即鋼玉帽,具有毛細(xì)孔結(jié)構(gòu),既能夠有效防止酸霧外逸及酸液濺出,使蓄電池內(nèi)部氫氣不能集聚;又能在通排氣的同時(shí),防止外部污物進(jìn)入蓄電池內(nèi)部。

1.2 礦用鉛酸蓄電池的工作原理

礦用鉛酸蓄電池的正常充放電化學(xué)方程式為：

PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O,這是理想化的原理方程式。鉛酸蓄電池在充電時(shí),正極PbSO4轉(zhuǎn)化為Pb O2后把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能存在正極板中;負(fù)極由PbSO4轉(zhuǎn)化為海綿狀Pb后把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在負(fù)極板中。

鉛酸蓄電池在放電時(shí),正極由PbO2變成PbSO4后把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能向負(fù)載供電,負(fù)極則由海綿狀Pb變成Pb-SO4后把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能給負(fù)載供電。

鉛酸蓄電池在進(jìn)行充放電過(guò)程中,正極和負(fù)極必須同時(shí)以同當(dāng)量、同狀態(tài)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)才能實(shí)現(xiàn)充電或放電過(guò)程。因此,其在任何情況下都不能由正極或者負(fù)極單獨(dú)完成上述電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)方程式從左向右進(jìn)行時(shí),為鉛酸蓄電池的放電過(guò)程;從右向左進(jìn)行時(shí),為充電過(guò)程。

鉛酸蓄電池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣體析出,方程式為：2H++2HO-=2 H2↑+O2↑。

鉛酸蓄電池電解液中含有Pb+、H+、HO-、SO42-等離子,在充電末期鉛酸蓄電池正極還原成Pb O2,負(fù)極還原成Pb,部分H+、HO-會(huì)在充電時(shí)產(chǎn)生H2和O2。

2 礦用鉛酸蓄電池維護(hù)的必要性

2.1 電池本身無(wú)法避免的硫化使其必須要經(jīng)常得到維護(hù)

通過(guò)工作原理的分析,可以看出：鉛酸蓄電池充電時(shí),硫酸鉛形成氧化鉛,放電時(shí)氧化鉛又還原為硫酸鉛。而硫酸鉛是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì),當(dāng)電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過(guò)高或靜態(tài)閑置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)會(huì)結(jié)成小晶體。這些小晶體再吸引周?chē)牧蛩徙U,就象滾雪球一樣形成大的惰性結(jié)晶。結(jié)晶后的硫酸鉛充電時(shí)不但不能再還原成氧化鉛,還會(huì)沉淀附著在電極板上,造成電極板工作面積下降。這一現(xiàn)象叫硫化,也就是常說(shuō)的老化。這時(shí)電池容量會(huì)逐漸下降,直至無(wú)法使用。當(dāng)硫酸鉛大量堆集時(shí)還會(huì)吸引鉛微粒形成鉛枝,正負(fù)極板間的鉛枝搭橋就會(huì)造成電池短路。如果極板表面或密封塑殼有縫隙,硫酸鉛結(jié)晶就會(huì)在這些縫隙內(nèi)堆積,并產(chǎn)生膨脹張力,最終使極板斷裂脫落或外殼破裂,造成電池不可修復(fù)性的物理?yè)p壞。所以,導(dǎo)致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機(jī)理就是電池本身無(wú)法避免的硫化。

2.2 礦用蓄電池的工作特點(diǎn)使其必須要經(jīng)常得到維護(hù)

礦用機(jī)車(chē)蓄電池的工作特點(diǎn)一是使用頻率高,使用頻率高就會(huì)導(dǎo)致其高頻率地沖放電,從而會(huì)加快電池的硫化程度,降低電池的使用壽命;二是極群組裝,單體電池?cái)?shù)量大,容易產(chǎn)生虛焊;三是過(guò)充電,其會(huì)使蓄電池活性物質(zhì)脫落、溫度升高,縮短使用壽命;四是過(guò)放電,其會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極板上的PbSO4結(jié)晶,使極板扭曲變形,甚至產(chǎn)生短路,導(dǎo)致不可逆性損壞。另外,超速超載時(shí)的大電流、補(bǔ)液不及時(shí)、硫酸比重失調(diào)等,都會(huì)降低整組電池的壽命。

因此,為保障礦井安全生產(chǎn),加強(qiáng)礦用電機(jī)車(chē)鉛酸蓄電池的日常維護(hù)和保養(yǎng)具有十分重要的意義。

3 礦用鉛酸蓄電池的維護(hù)

3.1 科學(xué)使用

(1)科學(xué)配制電解液。配制電解液時(shí),蒸餾水和硫酸體積比為3：1的比例。將濃硫酸(1.98g/ml)緩緩注入蒸餾水中,并不斷攪拌散熱,操作人員防護(hù)用具要齊全。容器及攪拌用具應(yīng)當(dāng)使用耐酸塑料等,嚴(yán)禁使用鐵等金屬容器,嚴(yán)禁將蒸餾水注入硫酸內(nèi),以防硫酸飛濺傷人。電解液密度以20℃時(shí)的密度(1.250g/ml)為準(zhǔn),否則應(yīng)換算為20℃時(shí)密度。換算公式為：D20=Dt+0.0007(t-20),D20——換算成20℃時(shí)的比重(密度),Dt——溫度為t度時(shí)實(shí)測(cè)的密度,t——測(cè)定時(shí)的溫度,0.0007——密度之溫度系數(shù)。

(2)科學(xué)進(jìn)行初充電。將準(zhǔn)備初充電的鉛酸蓄電池的剛玉帽旋開(kāi),把配制好的電解液緩緩注入、加滿(mǎn),待一段時(shí)間極板吸收后,再加注一次。觀察測(cè)量溫度情況,如果溫度控制在45℃以下,注液后應(yīng)靜置6-8小時(shí),即可用額定容量10%的電流開(kāi)始充電,初充電容量應(yīng)為額定容量的3 -5倍。如果溫度超過(guò)45℃應(yīng)采用風(fēng)冷或循環(huán)水冷進(jìn)行降溫。初充電分兩階段進(jìn)行,第一階段為其額定容量的10%,時(shí)間為25-30小時(shí);第二階段為第一階段電流的一半,時(shí)間約為30-40小時(shí)。以DXT-90蓄電池為例,其容量為385A,初充電第一階段充電電流為38A,時(shí)間30小時(shí)。充電過(guò)程中,每2小時(shí)測(cè)量一次溫度及電解液密度(比重)并記錄。第一階段末期,蓄電池比重可達(dá)到1.265g/ml ;如果溫度超過(guò)45℃應(yīng)暫停充電,但不得超過(guò)2小時(shí),之后相應(yīng)延長(zhǎng)充電時(shí)間。第二階段電流降至19A,充電40小時(shí)左右,臨近充電末期,測(cè)量電解液比重,大部分比重應(yīng)達(dá)到1.280g/ml;如果部分低于或高于該數(shù)值,用事先配制好的比重為1.400g/ml硫酸或蒸餾水對(duì)不合格的部分進(jìn)行調(diào)整,直至充電2小時(shí)內(nèi)比重穩(wěn)定不變?yōu)橹埂?/p>

(3)科學(xué)進(jìn)行普通充電。當(dāng)電解液的比重下降到1.18 g/ml以下或電源裝置總電壓下降至V=K×1.75伏時(shí)(式中V——組合電池總電壓,K——單體電池?cái)?shù)),必須對(duì)該電源裝置進(jìn)行充電;否則會(huì)造成過(guò)放電,影響蓄電池壽命。充電時(shí)所充的電量應(yīng)為放出電量的1.3—1.5倍。每次充電需檢查電解液的液面高度,以高出防護(hù)板10—20mm為佳,否則應(yīng)適當(dāng)補(bǔ)充蒸餾水。充電完成后,旋緊特殊排氣栓,用清水沖洗溢出的酸液,靜置1—2小時(shí)待溫度降下后,即可使用。

3.2 日常檢查

(1)每七天左右檢查一次電壓、電解液高度及比重,并作好記錄。如低于規(guī)定值應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充蒸餾水或電解液并進(jìn)行充電,然后清潔表面。

(2)不經(jīng)常使用的蓄電池,每月至少檢查一次,并進(jìn)行補(bǔ)充電。

(3)蓄電池表面,每小班用水沖刷一次。每月進(jìn)行一次徹底清潔。清潔時(shí)先用干凈布擦除接頭處的氧化物,然后再涂上凡士林,以防止氧化。

3.3 細(xì)節(jié)維護(hù)

(1)開(kāi)鍋。蓄電池在使用壽命到限后,部分蓄電池會(huì)在放電過(guò)程中嚴(yán)重發(fā)熱,俗稱(chēng)開(kāi)鍋。這是因?yàn)槠涮崆巴瓿煞烹?起到相反的作用,好比是在電池組中串入一個(gè)電阻。此時(shí),應(yīng)使用同時(shí)期的蓄電池,替換該蓄電池,而不宜使用新蓄電池進(jìn)行替換。

(2)液面測(cè)量。測(cè)量時(shí),用一根粗一些的透明吸管(尖端要剪平),垂直插入蓄電池加液孔內(nèi)極板的上平面處,大拇指按緊玻璃管上端,使管口密封;然后提起玻璃管,迅速用尺測(cè)量管內(nèi)的液面高度,或用淺色的干木條垂直插入孔內(nèi)極板的上平面處,然后取出用尺量取痕跡的高度。其高度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在10-20mm之間。若液面過(guò)高,用吸入式比重計(jì)吸至標(biāo)準(zhǔn)液面;若液面過(guò)低,一般應(yīng)添加蒸餾水至標(biāo)準(zhǔn)液面。

(3)測(cè)比重。將一定量的電解液吸入比重計(jì)內(nèi),使浮子處于吸管的中部,不能觸及吸管的頂部、底部及玻璃壁,液面所在的刻度即為液體的比重值?；蚋鶕?jù)浮子上的紅、綠、黃三色標(biāo)簽,粗略判斷比重值的高低,紅色區(qū)域?yàn)?.1 -1.15,綠色區(qū)域?yàn)?.15-1.25,黃色區(qū)域?yàn)?.25-1.30。從測(cè)得的電解液比重,就可以粗略估算出蓄電池放電程度。需要注意的是在大電流放電或剛加注蒸餾水的蓄電池,不可立即測(cè)量電解液比重,因?yàn)榇藭r(shí)電解液混合不均。

(4)清洗剛玉帽。每班清洗一次,保持其憎水性、透氣性符合要求;每月用壓風(fēng)吹洗一次,以保持其透氣性能良好;每月檢查一次憎水性,用水滴在剛玉帽上,以形成水珠不滲入帽內(nèi)為合格。如發(fā)現(xiàn)帽體與底座粘合處有裂紋、松動(dòng)或脫落、酸蝕掉砂等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

(5)檢查連接線(xiàn)。定期對(duì)連接線(xiàn)和鑄頭進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)溫升異常時(shí)要及時(shí)處理。極柱護(hù)套應(yīng)齊全、完好,發(fā)現(xiàn)極柱氧化時(shí)要用棉紗和細(xì)砂紙仔細(xì)處理,并涂上凡士林。如發(fā)現(xiàn)極柱接頭有松動(dòng)、裂紋、脫落或短路等現(xiàn)象時(shí),要及時(shí)重新焊接。

[1] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[S].北京：煤炭工業(yè)出版社,2012.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).蓄電池用硫酸規(guī)定(HG/2692)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).蓄電池用水規(guī)定(HG/2692)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[4] 李先鋒.窄軌電機(jī)車(chē)司機(jī)機(jī)車(chē)維修工[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2007.

[5] 秦鳴峰.蓄電池的使用與維護(hù)：第2版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

責(zé)任編輯：為 恒

TM912

A

1671-8275(2014)01-0113-02

2013-11-28

方新明(1979-),男,安徽滁州人,淮北礦業(yè)集團(tuán)青東煤礦信息中心運(yùn)管辦主任。