后备铅酸蓄电池运行中的问题及监测解决方案

　　电解液的浓度选择一般在如图的范围内，因此在蓄电池运行中，如果出现蓄电池失水，导致电解液浓度变化，则蓄电池电解液阻抗就会增加，此类情况必然在蓄电池内阻上得到反映。

　　2、负极硫酸化

　　电池负极的主要活性物质是海棉状铅，电池充电时负极发生如下化学反应：

　　　　　　　　　　　　　 PbSO4 + 2e　 =　Pb + SO4-

　　放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的负极上就有PbSO4 存在，PbSO4 长期的存在会失去活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，硫酸化使电池的活性物质减少，降低电池的有效容量，也影响电池的气体吸收能力，久之就会使电池失效。

　　为防止硫酸化的形成，电池应该经常保持在充足电的状态。

　　但目前后备蓄电池的充电机制（长期浮充），无法彻底实现蓄电池组中各个单体电池的充电均一性，因此出现个别电池过放、欠充的现象是无法彻底避免，长期的这种情况出现负极硫酸盐化是必然的，而且目前的使用场合，不能按照常规进行核对性的放电，负极硫酸盐化无法及时消除，并且累加，这样在负极多孔电极表面形成一层硫酸盐层。从而使负极极板孔隙率大大减少，而反应过程中电解液只能通过盐层小孔隙达到电极表面，使电化学反应面积减少，电流密度增大，负极的电极电位向正方向偏移，电极反应效率降低，导致蓄电池输出容量降低。

　　而相比较活性物质，负极的硫酸盐颗粒较大，几乎不溶解，其电导比负极活性物质低1~2个数量级，阻抗如此高的不溶解硫酸盐，对于蓄电池内阻影响是很大的。这也是目前蓄电池运行中较为常见的失效方式之一。

　　3、正极板腐蚀

　　正极腐蚀是铅酸蓄电工艺无法消除的，因为板栅的合金成份与活性物质不同，而活性物质是直接附着在板栅上，两者直接接触，并共同浸在硫酸电解液中，各自与电解液建立不同的平衡电极电位，而平衡电位的差别，构成短路微电池，造成正极的腐蚀必然。为此，在生产工艺中，正极板栅比负极板栅厚，以此补偿正极腐蚀。

　　而腐蚀后产生的致密腐蚀膜虽然可以阻碍腐蚀的深入发展，但也引起电阻增加，充电困难，与正极活性物质粘接能力差等问题，特别是当活性物质中含有大量的β-PbO2时，由于β-PbO2的粘接力较差，造成活性物质的脱落。

　　同时板栅的腐蚀也是造成板栅变形的重要原因。因为板栅腐蚀产生的致密PbO2分子体积是铅原子体积的1.4倍，由于合金板栅的体积与由其转化成腐蚀产物体积差别很大，从而对板栅给以张力，引起板栅的变形，并且腐蚀膜越厚，对板栅施加的张力越大，板栅变形越严重，由此加剧影响活性物质与合金板栅的粘接能力，从而引起活性物质的脱落，严重影响蓄电池的输出容量。这是目前铅酸蓄电池运行中容量下降的较为普遍原因。

　　而致密的腐蚀膜由于增加了反应过程中电荷转移的阻抗，为此可以通过测量蓄电池内阻的变化，对正极板腐蚀进行有效地观察。

　　4、热失控

　　热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是：

　　普通富液型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙，所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极，从而负极未去极化，较易产生氢气，随同氧气逸出电池。

　　因为不能通过失水的方式散发热量，VRLA电池过充电过程中产生的热量多于富液型铅酸蓄电池。

　　蓄电池工作温度每上升10℃，电极表面的电流密度就会增加一倍，由此增加了反应产生的热量，并提高了蓄电池的反应温度，因此形成一个恶性循环。

　　为此在使用中浮充电压应合理选择。浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压，是影响电池寿命至关重要的因素。目前由于电池组中电池彼此的差异是存在的，而蓄电池组的充电方式无法避免个别电池的热失控。

　　一般情况下，浮充电压定为2.23 ~ 2.25V/单体（25℃）比较合适。如果不按此浮充范围工作，而是采用2.35V／单体（25℃），则连续充电4个月就可能出现热失控；或者采2.30V/单体（25℃），连续充电6 ~ 8个月就可能出现热失控；要是采用2.28V/单体（25℃），则连续12 ~ 18个月就会出现严重的容量下降，进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，最后失效。

　　只有严格监测蓄电池的运行电压，特别是蓄电池浮充下的电压，防止电池过充是避免热失控的重要手段。

　　由于VRLA蓄电池的运行要求比较严格，蓄电池在偏离了正确的使用条件下运行，将造成严重的后果，由此可见铅酸电池的运行参数监测的重要性。

　　通过以上的四种铅酸阀控蓄电池失效模式的分析，可以看出蓄电池的失效是逐渐的，并且都可以在内阻的变化上得到反映，并且目前还没有发现一只蓄电池性能丧失，而其内阻没有变化的实例。这就为我们提供了一个监测蓄电池性能状况的便捷途径：即连续监测蓄电池的运行参数（单电池电压、充放电电流、温度）以及内阻的变化，对于蓄电池进行全监测，通过蓄电池失效早期的特征，及时发现单体电池的不均衡性、以及失效、落后电池等情况，并进行及时有效的处理，就可以防止蓄电池劣化加剧，延长蓄电池的使用寿命。


3　蓄电池检测、监测技术

　　采用备用电池的场所都是十分重要的部门，容量下降到一定程度电池组就起不到电源备份的作用，一旦主电源发生故障，就可能造成系统停机，导致巨大的损失，因此及时发现电池容量下降并处理电池失效是十分重要的。

　　3.1 人工检查

　　除了放电测试外，人工测量主要测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。

　　电池组电压测量可以发现充电机的参数设置是否正确。由于蓄电池是串联运行，整组电池的电压由充电机的输出来决定，充电机的正确工作并不能保证每个单电池的工作状态正常。单电池电压监测可以发现单电池浮充电压不正确，以及单电池是否过充电、过放电等情况。

　　电池内阻能够反映蓄电池的容量下降和电池老化。不同厂家的内阻测试仪的准确度和抗干扰能力差别很大；由于采用的测量原理以及工作频率不同，其读数值也会有差别；尤其是测量夹具很难与电池端子直接接触，测量值往往包括连接电阻。

　　3.2 在线监测

　　蓄电池在线监测管理是针对测量电池的运行条件和检测电池本身的状况而设计的，其发展大致经历了三个阶段：①整组监测、②单电池电压监测、③单电池内阻监测与分析。

　　1、整组监测

　　整组电池监测功能一般设计在整流电源内，测量电池组的电压，电流和温度，进行充电和放电管理，尤其是根据环境温度变化调整电池的浮充电压，在电池放电时电池组电压低至某下限时报警。

　　2、单电池电压监测

　　成组监测很难发现单电池的缓慢变化，包括单电池本身的老化和因单电池一致性问题而带来的积累效应，以一组220V电池来说，如果只有1个电池在变坏，其电压变化的信号会被其它107只电池淹没。因此在浮充状态下，监测设备只能发现极个别性能很差、浮充电压超常的电池，对于浮充电压的小幅值差异监控系统并没有办法区别和处理，也就是对于电池性能变坏、电池容量已经大幅下降，这时如果电池浮充电压变化不明显，监控系统不会发出警报，而只是当放电时发现某电池的放电电压（或曲线）异常才有警告，但此时一般为时已晚。

　　3、电池内阻监测和分析

　　铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性，实际使用中，能够直接测量的参数除电流、电压外，蓄电池内阻（或电导）是可以直接测量的一个参数，内阻（或电导）测试仪是一种普遍应用的测量工具。在实际测量电池的内阻后，能够发现电池的许多问题，尤其是能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池。电池的内阻已被公认为是一种迅速而又可靠的诊断电池健康状况的方法。

　　通常内阻的测量方式有以下两种

　　1）直流方法

　　直流方法是在电池组两端接入放电负载，测量电压的变化（U1-U2）和电流值（I）计算电池的内阻（R）。