關(guān)于延長鐵路客車蓄電池使用壽命的探討

袁曉

摘 要：鐵路運(yùn)用客車上使用的蓄電池作為啟動(dòng)和后備應(yīng)急電源，對(duì)客車的安全運(yùn)行起著十分重要的作用。本文針對(duì)如何延長運(yùn)用客車蓄電池的使用壽命進(jìn)行了研究和探討，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)提出了客車運(yùn)用維修部門可行的措施，具有指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：延長;蓄電池;壽命;措施

前言

電池是一種電源和儲(chǔ)能裝置，主要用作旅客列車的電源，啟動(dòng)電源和備用電源，在旅客列車的安全運(yùn)行中起著非常重要的作用。當(dāng)前，乘用車中使用的電池的主要類型是鉛酸電池，堿性電池和免維護(hù)電池。免維護(hù)電池具有充電容量大，充電接受性強(qiáng)，安全性高，密封性好，免維護(hù)的特點(diǎn)，因此在客運(yùn)列車上得到了普及。受操作條件和地面檢修條件的限制，電池的容量和使用壽命與設(shè)計(jì)要求有很大不同。提高電池的容量和使用壽命并最大程度地提高電池的性能，是電池操作和維護(hù)中非常重要的環(huán)節(jié)。本文總結(jié)了乘用車應(yīng)用部門在電池日常運(yùn)行和維護(hù)中積累的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，并提出了針對(duì)性的對(duì)策，以提高電池的使用壽命。

1.電池的工作原理

鉛酸電池在充電和放電期間會(huì)產(chǎn)生以下反應(yīng)：

在電池充電的后期，從正極釋放氧氣，從負(fù)極釋放氫氣。當(dāng)前使用的閥控式密封鉛酸電池使用無銻合金來增加負(fù)電極上析氫的超電勢，從而抑制了氫的沉淀。使用安全閥將電池內(nèi)保持一定的內(nèi)部壓力;使用超細(xì)玻璃纖維分離器使用陰極吸收技術(shù)，通過稀釋液設(shè)計(jì)，在正極板和負(fù)極板之間以及分離器中保留了一條氣體通道。在充電過程中，當(dāng)正極板產(chǎn)生氧氣時(shí)，氧氣會(huì)沿著氣體通道轉(zhuǎn)移到負(fù)極板，并且在放出氫氣之前，它與海綿狀鉛起如下反應(yīng)：

氧氣被重組為H2O，然后返回系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部氧氣的循環(huán)重組。負(fù)電極還由于生成PbSO4而降低了極化電勢，因此負(fù)電極不會(huì)放出氫。因此，可以在無需維護(hù)的情況下密封閥控式密封鉛酸蓄電池。

2.影響電池性能和壽命的原因分析

電池的充放電過程是電化學(xué)反應(yīng)過程。硫酸鉛在充電過程中變?yōu)檠趸U，而氧化鉛在放電過程中還原為硫酸鉛。硫酸鉛是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì)。當(dāng)電池電解液中硫酸鉛的濃度過高或靜態(tài)閑置時(shí)間過長時(shí)，會(huì)形成小晶體。這些小晶體將吸引周圍的硫酸鉛，其行為就像雪球形成大的惰性晶體。結(jié)晶的硫酸鉛不僅在充電過程中不再被還原成氧化鉛，而且還會(huì)沉淀并附著在電極板上，導(dǎo)致電極板的工作面積減小。這種現(xiàn)象稱為硫酸化，通常稱為老化。此時(shí)，電池的容量將逐漸減少，直到無法使用為止。當(dāng)大量硫酸鉛積聚時(shí)，它將吸引鉛顆粒形成鉛分支。正負(fù)極板之間的橋?qū)?dǎo)致電池短路。如果電極板或密封塑料盒的表面有縫隙，則硫酸鉛晶體會(huì)積聚在這些縫隙中并產(chǎn)生膨脹張力，這最終會(huì)導(dǎo)致電極板折斷或外殼破裂，從而導(dǎo)致無法修復(fù)的物理現(xiàn)象，造成損壞電池。因此，導(dǎo)致電池故障和損壞的主要機(jī)理是硫酸鹽化，而硫酸鹽化本身是無法避免的。

2.1電池硫酸化的原因分析

只要是鉛酸電池，在使用過程中就會(huì)發(fā)生硫酸鹽化或老化。在電池的實(shí)際使用中使電池硫酸化的主要原因是：①電池放電后無法及時(shí)充電，在此期間會(huì)形成大的硫酸鉛晶體。此現(xiàn)象在所有深放電電池中均會(huì)發(fā)生，并且在電池放電12小時(shí)后會(huì)形成大的硫酸鉛晶體。 ②深循環(huán)電池中硫酸的比重較大，容易形成硫酸化條件。 ③閥控密封鉛酸蓄電池標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的負(fù)極容量比正極容量大10%。帶有負(fù)極過渡層的密封電池充電100%后，仍然會(huì)有許多未被還原的硫酸鉛晶體，形成大量的硫酸鉛晶體的“種子”，一旦滿足其他條件，就很容易形成較大的硫酸鉛晶體。 ④正極板的容量減少后，負(fù)極板無法完全還原，成為硫酸鉛晶體逐漸生長的形成條件?？梢钥闯觯谌魏紊钛h(huán)電池的正常使用中，硫酸化都是不可避免的。電池一旦被硫酸化，不僅會(huì)降低電池負(fù)極板的容量，還會(huì)增加水的流失和正極板的軟化，這會(huì)影響整個(gè)電池的使用壽命。

（1）電池?zé)崾Э氐脑蚍治?。閥控式鉛酸電池具有良好的氧氣循環(huán)特性，因此可以減輕電池的水分流失。然而，電池的氧氣循環(huán)也是一把雙刃劍，其副作用是氧氣循環(huán)產(chǎn)生的高熱量非常容易引起熱失控。所有熱失控僅在充電過程中產(chǎn)生，因此充電器的選擇和位置非常重要。充電和放電作為電池接地維護(hù)的關(guān)鍵部分，在安全可靠地使用電池方面起著至關(guān)重要的作用。合理的充電和放電過程可以獲得電池的高充電容量，延長使用壽命。

（2）分析電池單元差異的原因。即使嚴(yán)格地組裝電池，許多因素也會(huì)引起串聯(lián)電池組中的單電池之間的差異，從而使同一組電池的單體性能具有更大的分散性。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：電池自放電的差異，排氣壓力的差異，硫酸比重的差異，水分損失的差異以及制造工藝的差異。差異發(fā)生后，電池的容量將擴(kuò)大。解決電池單體之間差異的最佳方法是簡單地為每個(gè)電池單體充電，而正是這一點(diǎn)在應(yīng)用工作中很難實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還需要注意每個(gè)單元的恒定電壓值的差異。并行充電是消除這種差異的一種好方法，但是并行充電時(shí)每個(gè)電池的充電電流會(huì)有所不同，因此充滿電的時(shí)間會(huì)有所不同。

3.維修中提高電池容量和使用壽命的對(duì)策探討

基于以上分析，可以采用以下幾種方法來延長電池的使用壽命：

3.1關(guān)于電池和充電設(shè)備的選擇

購買優(yōu)質(zhì)電池。在電池的選擇和購買過程中，有必要充分了解制造商的制造過程，制造過程和質(zhì)量控制方法。含銻鎘合金的電池在使用后期會(huì)由于正極板中的銻而擴(kuò)散到負(fù)極板，并且電池會(huì)嚴(yán)重失水，從而容易發(fā)生熱失控。玻璃纖維隔板必須由低堿棉制成。使用一年后，高堿棉可能會(huì)變得渾濁，這將導(dǎo)致電池的氣體化合物通道消失，并且電池壽命將終止。電池中酸的比重不能太高或太低。具有高比重的酸將增加電池的容量，但會(huì)極大地加劇電極板的腐蝕。電池的自放電越低越好。低自放電意味著它使用高質(zhì)量和純凈的原材料，并且生產(chǎn)過程受到嚴(yán)格管理。

選擇合適的充電器。最好選擇具有實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能管理功能的充電器。智能充電器的使用率高于現(xiàn)有充電器。充電器可以實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地測量充電過程中以及終止充電時(shí)的電池電壓。離線，并記錄相應(yīng)的曲線，有效地控制了單電池的過充和過放。由于電池充電和放電系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)實(shí)時(shí)檢測和控制系統(tǒng)，因此需要檢測電池充電和放電過程中的多個(gè)參數(shù)，例如單節(jié)電池電壓，總電池電壓，電流，容量（時(shí)間），環(huán)境溫度等。其中，單電池電壓檢測是最關(guān)鍵的。因?yàn)樵陔姵氐某潆姾头烹娺^程中，尤其是在后期的充電和放電階段，電池單元端子電壓連續(xù)變化，所以電池端子電壓迅速變化。如果使用手動(dòng)測量，則難以保證其實(shí)時(shí)性或準(zhǔn)確性。

3.2安裝和使用電池時(shí)

在安裝和拆卸電池時(shí)要嚴(yán)格防止短路。

每個(gè)電池的正極連接到正極，負(fù)極和負(fù)極連接的長度應(yīng)盡可能一致，并且在處理過程中應(yīng)卸下電池連接電纜，以在大電流放電期間保持電池組之間的工作平衡。不同容量的蓄電池不能同時(shí)使用，同一組蓄電池的容量應(yīng)相同。請(qǐng)勿在未使用的新電池中預(yù)先添加電解液。已添加了電解液但未使用的電池應(yīng)定期充電。長期存放將不可避免地導(dǎo)致硫酸鉛板硬化。

電池操作期間應(yīng)進(jìn)行維護(hù)。由于單個(gè)電池的不平衡對(duì)電池組的影響更大，因此浮動(dòng)電壓的下限可用于浮動(dòng)充電。定期檢查電池外殼是否變形和受熱，仔細(xì)檢查空氣插頭周圍是否有斑點(diǎn)，并確定空氣插頭是否擰緊或損壞。電池的電解液液位應(yīng)保持在一定高度。電解液液位必須在浮標(biāo)上顯示的上下刻度之間。請(qǐng)注意，在電池充電時(shí)應(yīng)添加蒸餾水，以確保電解質(zhì)混合更加均勻。液位不應(yīng)太高，以防止在充電和放電過程中電解液溢出。及時(shí)清理電池接線和表面。應(yīng)及時(shí)進(jìn)行日常檢查和維護(hù)，以確保電池排列整齊，外殼沒有破裂或變形，連接線沒有松動(dòng)，硫化或脫焊。定期檢查電解液的密度。每兩個(gè)月測試一次電池的比重，并在電池比規(guī)定值低時(shí)進(jìn)行更新。不建議在現(xiàn)有車輛中調(diào)節(jié)電解液的比重。列車抵達(dá)后或充電狀態(tài)結(jié)束后30分鐘，應(yīng)檢查同一組中電池的相對(duì)重量。定期進(jìn)行補(bǔ)充充電，每兩個(gè)月對(duì)電池電壓進(jìn)行逐塊測試，以確保同一組的最大容量差異與平均值之比小于10%。在電動(dòng)負(fù)載控制乘用車的操作過程中，乘用車的電池是主要照明電池。冬天來臨時(shí)，東北地區(qū)應(yīng)與客運(yùn)部門積極溝通，以免長時(shí)間放電，并導(dǎo)致電池電壓過低而影響火車的供電。

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