鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:887次 | 2021年04月29日
閥控密封式鉛酸善鋰電池的原理及其運(yùn)行維護(hù)
摘要:介紹了閥控密封式鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史和其現(xiàn)行的運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合閥控密封式鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)和原理,討論了其失效模式以及影響壽命的重要因素,并提出了其在運(yùn)行維護(hù)中的注意事項(xiàng)。關(guān)鍵詞:閥控密封式鉛酸蓄電池;標(biāo)準(zhǔn);原理;維護(hù)
0引言閥控密封式鉛酸蓄電池(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為閥控蓄電池),具有體積小、使用安全性高、放電性能好、維護(hù)量小等特點(diǎn),使其在很多應(yīng)用領(lǐng)域迅速取代了傳統(tǒng)的防酸隔爆式蓄電池。閥控蓄電池的設(shè)計(jì)壽命一般大于5年,最長(zhǎng)可以達(dá)到20年以上,但是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),閥控蓄電池的效率和壽命比傳統(tǒng)的防酸隔爆蓄電池更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。MICHAELR.MOORE通過(guò)對(duì)超過(guò)7萬(wàn)5千只閥控蓄電池近10年的研究表明,閥控蓄電池的實(shí)際使用壽命為4~8年,遠(yuǎn)低于其10~20年的設(shè)計(jì)使用壽命。因此有必要從閥控蓄電池的原理出發(fā),論述各種影響蓄電池容量和壽命的因素,以便可以對(duì)蓄電池進(jìn)行更好地維護(hù),延長(zhǎng)其使用壽命,降低因蓄電池失效所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。
l閥控蓄電池發(fā)展MF、SLA、VRLA都是國(guó)內(nèi)外對(duì)閥控蓄電池陸續(xù)使用過(guò)的稱(chēng)謂。MF(Maintenance―Free)是免維護(hù)蓄電池的簡(jiǎn)稱(chēng);SLA(SealedLead―AcidBattery)是密封鉛酸蓄電池的簡(jiǎn)稱(chēng);VRLA(ValveRegulatedLead―AcidBattery)直譯應(yīng)為閥控式鉛酸蓄電池,在一些文獻(xiàn)中也采用了其直譯名稱(chēng),國(guó)標(biāo)GBT19638.2―2005固定型閥控密封式鉛酸蓄電池中譯為閥控密封式鉛酸蓄電池。這是閥控蓄電池的當(dāng)今的名稱(chēng)。從MF、SLA到VRLA,不僅是名稱(chēng)的改變,也說(shuō)明了閥控蓄電池的發(fā)展歷程。早期的“免維護(hù)蓄電池”MF,是指蓄電池所用期不需加水、補(bǔ)酸。蓄電池免維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)30年代。1935年美國(guó)為特種的目的,首次將pb―Ca合金柵應(yīng)用于要低自放電率(浮充)場(chǎng)合。70年代中期,美國(guó)的Gates公司推出了現(xiàn)代MF電池。80年代,由于先進(jìn)的冶金、化工新技術(shù)引入電池行業(yè)中使MF電池更加完善,出現(xiàn)了SLA一密封鉛酸蓄電池的稱(chēng)謂。SLA除了采用電池內(nèi)部氣體復(fù)合技術(shù)外,還對(duì)電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),采用單向氣閥,使電池達(dá)到密封。隨著排氣閥(安全閥)的日益完善,特別是有比較準(zhǔn)確的開(kāi)、閉閥壓力,閥成了氣體復(fù)合與防泄漏、密封的重要部件。因而稱(chēng)為VRLA(ValVeRegulatedLead―AcidBattery)閥控密封式鉛酸蓄電池。
2運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)閥控蓄電池的運(yùn)行維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)重要有IEEE標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和公司標(biāo)準(zhǔn)。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))1996年公布了IEEE標(biāo)準(zhǔn)1188一1996IEEE推薦的對(duì)固定使用的閥控蓄電池的維護(hù)、試驗(yàn)和更換標(biāo)準(zhǔn),2005年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂后重新公布。修訂改動(dòng)內(nèi)容不多,重要對(duì)其中蓄電池核定性充放電周期、內(nèi)阻(電導(dǎo))測(cè)試等部分做了調(diào)整。我國(guó)2000年公布了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),DL/T724―2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程。國(guó)家電網(wǎng)公司2004年底公布了公司內(nèi)部的《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》,其中包含了對(duì)閥控蓄電池的運(yùn)行維護(hù)的規(guī)定。
3原理、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)1)閥控蓄電池的結(jié)構(gòu)和原理閥控蓄電池由極板、隔板、防爆帽、外殼等部分組成,采用全密封、貧液式結(jié)構(gòu)和陰極吸附式原理,在電池內(nèi)部通過(guò)實(shí)現(xiàn)氧氣與氫氣的再化合,達(dá)到全密封的效果。閥控蓄電池按固定硫酸電解液的方式不同而分為兩類(lèi),即采用超細(xì)玻璃纖維隔板(AGM)來(lái)吸附電解液的吸液式電池和采用硅凝膠電解質(zhì)(GEL)的膠體電池。這兩類(lèi)閥控蓄電池都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。所謂陰極吸收是讓電池的負(fù)極比正極有多余的容量。當(dāng)蓄電池充電時(shí),正極會(huì)析出氧氣,負(fù)極會(huì)析出氫氣,正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開(kāi)始了,負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)方開(kāi)始,析出的氧到達(dá)負(fù)極,跟負(fù)極起下述反應(yīng):2pb+O2=2pbO;2pbO+2H2SO4=2pbSO4+2H2O。通過(guò)這兩個(gè)反應(yīng),達(dá)到陰極吸收的目的。再加上氧在負(fù)極上的還原用途及負(fù)極本身氫過(guò)電位的提高,從而防止了大量析氫反應(yīng)。AGM密封蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液,隔膜保持有10%的孔隙不被電解液占有,正極生成的氧就是通過(guò)這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。Gel膠體密封蓄電池內(nèi)的硅凝膠的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的,電池灌注的硅溶膠變成凝膠后,骨架要進(jìn)一步收縮,使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間,給正極析出的氧供應(yīng)了到達(dá)負(fù)極的通道。兩種閥控蓄電池遵循相同的氧循環(huán)機(jī)理,所不同的僅是為氧達(dá)到負(fù)極建立通道的方式不同。2)閥控蓄電池的特點(diǎn)與防酸隔爆式蓄電池相比,閥控蓄電池有以下特點(diǎn):(1)固定的電解液,增進(jìn)氧氣從正極向負(fù)極的擴(kuò)散。(2)內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)和自動(dòng)開(kāi)關(guān)的安全閥。蓄電池在內(nèi)部壓力下工作,以促進(jìn)氧氣的再化合。蓄電池內(nèi)部壓力新增到一定程度時(shí),安全閥自動(dòng)打開(kāi)排氣;而當(dāng)氣壓將低到規(guī)定限度以下時(shí),安全閥自動(dòng)關(guān)閉。(3)改進(jìn)的板柵材料。閥控蓄電池的正極板用高純度的鉛銻合金制成,負(fù)極板用高純度的鉛鈣合金支撐,這樣的結(jié)構(gòu)可減少電腐蝕的程度(4)較堅(jiān)硬的外殼。由于閥控蓄電池的外殼要承受一定的內(nèi)部壓力,故外殼采用高強(qiáng)度耐壓防爆的材料制成,使得外殼更加堅(jiān)固耐用。(5)不需加水、補(bǔ)酸。閥控蓄電池的閥控密封結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的氧循環(huán)機(jī)制使得其電解液損失小,在使用期間無(wú)需加水、補(bǔ)酸。(6)安裝占用空間小,可分層安裝在電池架上或電池屏內(nèi)。(7)對(duì)環(huán)境污染小。運(yùn)行期間酸霧和可燃?xì)怏w逸出少。(8)對(duì)使用環(huán)境要求較高,受環(huán)境溫度影響大。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%