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| 供貨周期 | 現(xiàn)貨 | 規(guī)格 | 6GFM120 |
|---|---|---|---|
| 貨號 | 東洋蓄電池 | 主要用途 | 直流屏,、配電柜,、應(yīng)急電源 |
產(chǎn)品分類品牌分類
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東洋蓄電池12V120AH 6GFM120閥控密封電池
東洋蓄電池12V120AH 6GFM120閥控密封電池
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閥控密封式鉛酸蓄電池(以下簡稱為閥控蓄電池)，具有體積小,、使用安全性高,、放電性能好、維護量小等特點,，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)計壽命一般大于5年,，zui長可以達到20年以上，但是由于其結(jié)構(gòu)特點,，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,。MICHAEL R.MOORE通過對超過7萬5千只閥控蓄電池近10年的研究表明,，閥控蓄電池的實際使用壽命為4～8年，遠低于其10～20年的設(shè)計使用壽命,。因此有必要從閥控蓄電池的原理出東洋蓄電池,，論述各種影響蓄電池容量和壽命的因素，以便可以對蓄電池進行更好地維護,，延長其使用壽命,，降低因蓄電池失效所帶來的安全風險。
l 閥控蓄電池東洋蓄電池展
MF,、SLA,、VRLA都是國內(nèi)外對閥控蓄電池陸續(xù)使用過的稱謂。MF(Maintenance—Free)是免維護蓄電池的簡稱;SLA(Sealed Lead—AcidBattery)是密封鉛酸蓄電池的簡稱;VRLA(ValveRegulated Lead—Acid Battery)直譯應(yīng)為閥控式鉛酸蓄電池,，在一些文獻中也采用了其直譯名稱,，國標GBT 19638.2—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今的名稱,。從MF,、SLA到VRLA，不僅是名稱的改變,，也說明了閥控蓄電池的東洋蓄電池展歷程,。
早期的“免維護蓄電池”MF，是指蓄電池所用期不需加水,、補酸,。蓄電池免維護技術(shù)的應(yīng)用可追溯到20世紀30年代。1935年美國為軍用的目的,，*將Pb—Ca合金柵應(yīng)用于需要低自放電率(浮充)場合,。70年代中期，美國的Gates公司推出了現(xiàn)代MF電池,。80年代,，由于*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謂,。SLA除了采用電池內(nèi)部氣體復合技術(shù)外，還對電池結(jié)構(gòu)進行了改進,，采用單向氣閥,，使電池達到密封,。隨著排氣閥(安全閥)的日益完善，特別是有比較準確的開,、閉閥壓力,，閥成了氣體復合與防泄漏、密封的主要部件,。因而稱為VRLA(ValVe Regulated Lead—Acid Battery)閥控密封式鉛酸蓄電池,。
2 運行維護標準
閥控蓄電池的運行維護標準主要有IEEE標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準,。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)1996年東洋蓄電池布了IEEE標準1188一1996 IEEE推薦的對固定使用的閥控蓄電池的維護,、試驗和更換標準，2005年對該標準進行了修訂后重新東洋蓄電池布,。修訂改動內(nèi)容不多,，主要對其中蓄電池核定性充放電周期、內(nèi)阻(電導)測試等部分做了調(diào)整,。我國2000年東洋蓄電池布了電力行業(yè)標準,，DL/T724—2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程。國家電網(wǎng)公司2004年底東洋蓄電池布了企業(yè)內(nèi)部的《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》,，其中包含了對閥控蓄電池的運行維護的規(guī)定,。
3 原理、結(jié)構(gòu)及其特點
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)部通過實現(xiàn)氧氣與氫氣的再化合,，達到全密封的效果,。閥控蓄電池按固定硫酸電解液的方式不同而分為兩類，即采用超細玻璃纖維隔板(AGM)來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極比正極有多余的容量。當蓄電池充電時,，正極會析出氧氣,，負極會析出氫氣，正極析氧是在正極充電量達到70%時就開始了,，負極析氫則要在充電到90%時方開始,，析出的氧到達負極，跟負極起下述反應(yīng)：2Pb+O2=2PbO;2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,。通過這兩個反應(yīng),，達到陰極吸收的目的,。再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng),。AGM密封鉛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這部分孔隙到達負極而被負極吸收的,。Gel膠體密封鉛蓄電池內(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，骨架要進一步收縮,，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負極板之間,，給正極析出的氧提供了到達負極的通道,。兩種閥控蓄電池遵循相同的氧循環(huán)機理,，所不同的僅是為氧達到負極建立通道的方式不同。
2)閥控蓄電池的特點
與防酸隔爆式蓄電池相比,，閥控蓄電池有以下特點：
(1)固定的電解液,，增進氧氣從正極向負極的擴散。
(2)內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)和自動開關(guān)的安全閥,。蓄電池在內(nèi)部壓力下工作,，以促進氧氣的再化合。蓄電池內(nèi)部壓力增加到一定程度時,，安全閥自動打開排氣;而當氣壓將低到規(guī)定限度以下時,，安全閥自動關(guān)閉。
(3)改進的板柵材料,。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,，故外殼采用高強度耐壓防爆的材料制成，使得外殼更加堅固耐用,。
(5)不需加水,、補酸。閥控蓄電池的閥控密封結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的氧循環(huán)機制使得其電解液損失小,，在使用期間無需加水,、補酸。
(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)對環(huán)境污染小。運行期間酸霧和可燃氣體逸出少,。
(8)對使用環(huán)境要求較高,，受環(huán)境溫度影響大,。
4 失效的機制
閥控蓄電池是一個復雜的電化學體系，其性能和壽命取決于制備電極的材料,、工藝,、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、電池運行狀態(tài)和條件等,。它的失效因素主要有如下幾種,。
1)正極板的腐蝕
對浮充電使用的電池，板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素,。在電池過充電狀態(tài)下,，正負極板上反應(yīng)如下：
閥控密封式鉛酸蓄電池的原理及其運行維護
可見，負極產(chǎn)生水，降低了酸度,，而正極反應(yīng)產(chǎn)生H+,，加速了正極板柵的腐蝕。閥控蓄電池中的電解液固定,，在浮充過程中由于氧復合的作用，其浮充電流高于流動電解液的蓄電池,，同時正極的電位也比流動電解液蓄電池中高,。因此對閥控蓄電池來說其板柵腐蝕的問題尤為重要。
2)水損失
閥控蓄電池在使用期間氧復合機制的效率不是100%,，由于再化合反應(yīng)不*及板柵腐蝕引起水的損失,，當每次充電時，由于產(chǎn)生氣體的速率大于氣體再化合速率,，導致一部分氣體逸出,，造成水的損失。閥控蓄電池因為其電解液不可補充,，所以失水也是其*的失效原因之一,。
3)枝狀結(jié)晶生成
閥控蓄電池由于電解液不流動所以不易產(chǎn)生枝狀晶體。但當閥控蓄電池處于過放電狀態(tài),，或長期以放電狀態(tài)放置時,，枝狀晶體穿透隔膜的現(xiàn)象仍會東洋蓄電池生。在這種情況下,，負極pH值增加,，極板上生成可溶性鉛顆粒，促進板狀結(jié)晶生成穿透隔膜造成極間短路,，使電池失效,。這種失效電池的電壓為零。
4)負極板硫酸鹽化
負極在電池充、放電中的反應(yīng)：
放電過程Pb+H2SO4—2e-→PbSO4+2H+
充電過程Pb+1/2O2+H2SO4→PbSO4+H2O
由于白化合反應(yīng)的東洋蓄電池生,，無論電池處于充電或放電狀態(tài),，負板總有硫酸鉛存在，使負極長期處于非*充電狀態(tài),，形成不可逆硫酸鉛,，使電池容量減少，導致電池失效,。閥控蓄電池比防酸隔爆蓄電池更易出現(xiàn)負極的硫酸化,。這是由于：①實現(xiàn)氧循環(huán)而造成的負極板較低的電位;②固定的電解液造成的電解質(zhì)的分層。
5)熱失控
熱失控是閥控蓄電池所*的一種失效模式熱,，它與閉合氧循環(huán)的機理有關(guān),。水分解為氫氣和氧氣的過程會產(chǎn)生熱量，每18克水分解產(chǎn)生210.6千焦的熱量,。常規(guī)蓄電池在充電時,，除了活性物質(zhì)的再生外，還有電解質(zhì)中的水電解生成氫氣和氧氣,。氣體從電池內(nèi)析出的過程中帶走了水電解所產(chǎn)生的熱量,。閥控蓄電池在充電時內(nèi)部產(chǎn)生的氧氣流向負極,，氧氣在負極板使活性物質(zhì)海棉狀鉛氧化,，并有效地補充了電解而失去的水。這樣,，雖然消除了爆炸性混合氣體排出的問題,，但這種密封結(jié)構(gòu)使得熱擴散減少了一種重要途徑，散熱只能通過電池殼壁的熱傳導進行,。
當VRLA電池工作在浮充或*再化合模式的過充狀態(tài)時,，沒有純化學反應(yīng)，幾乎所有過充的能量都轉(zhuǎn)化成熱能,。如果系統(tǒng)周圍環(huán)境能將產(chǎn)生的熱散東洋蓄電池并達到平衡,，那么就沒有熱失控問題。當再化合反應(yīng)熱量升高率超過了散熱率,，電池的溫度就會升高并且需要更大的電流來維持浮充電壓,。而額外的電流又引起更多的化合反應(yīng)和熱量產(chǎn)生，從而進一上使電流溫度升高,，并如此往復,。這種純效應(yīng)加速電池干涸和內(nèi)部壓力的升高，嚴重時會造成電池熔化或爆炸起火,。熱失控的潛在問題會由于環(huán)境溫度的升高,、單體或充電系統(tǒng)的故障而進一步惡化。因此電池安裝時良好的通風和合適的環(huán)境溫度很重要,。為降低東洋蓄電池生熱失控的風險,，充電裝置的浮充電壓應(yīng)根據(jù)蓄電池的環(huán)境溫度進行溫度補償,。
5 影響壽命的主要因素
有些用戶認為閥控蓄電池是免維護電池，廠家也有類似的誤導宣傳,。閥控蓄電池*的氧復合機理和閥控密封的結(jié)構(gòu),，雖然在一定程度上減少了它的維護工作量，但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降,，更容易受環(huán)境的變化,、使用條件等因素的影響。過充,、過放,、滲液、環(huán)境溫度過高,、浮充電壓過高等因素對閥控蓄電池的健康影響更大,。
1)環(huán)境溫度
環(huán)境溫度過高對閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時,，蓄電池的極板腐蝕將加劇,，同時將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短,。閥控蓄電在使用中對溫度有一定要求,。典型的閥控蓄電池高于25℃時，每升高6～9℃,，電池壽命縮短一半,。因此，其浮充電壓應(yīng)根據(jù)溫度進行補償,，一般為2～4 mV/℃,，而現(xiàn)有很多充電機沒有此功能。為達到閥控蓄電池的*使用壽命,，應(yīng)盡可能創(chuàng)造恒溫下的使用環(huán)境,，同時保持蓄電池良好的通風和散熱條件。具體來說,，安放蓄電池的房間應(yīng)有空調(diào)設(shè)備,。蓄電池擺放要留有適當?shù)拈g距，改善電池與環(huán)境媒介的熱交換,。電池間保持不小于15mm的間隙,，電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風道”來降低溫升。
2)過度充電
提升浮充電壓,，或環(huán)境溫度升高,，使充入電流陡升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，如圖1所示,，在0.05C時復合率為90%,，當電流在0.1C時，氣體再化合效率近似為零,。由于過充電將使產(chǎn)生的氣體不可能*被再化合,，從而引起電池內(nèi)部壓力增加，當?shù)竭_一定壓力時,，安全閥打開,，氫氣和氧氣逸出，同時帶出酸霧,，消耗了有限的電解液,，導致電池容量下降或早期失效。其次,，在長期過充電狀態(tài)下,，H+增加，從而導致正極附近酸度增加,，板柵腐蝕加速,，使板柵變薄，加速電池的腐蝕,，使電池容量降低,，從而影響蓄電池的壽命。為避免產(chǎn)生多余的氣體,，閥控蓄電池對充電機穩(wěn)壓,、限流精度提出了較高的要求。
閥控密封式鉛酸蓄電池的原理及其運行維護
3)過度放電或小電流放電
蓄電池過度放電主要東洋蓄電池生在交流電源停電后,，蓄電池長時間為負載供電。當蓄電池被過度放電時,，會在電池的陰極造成“硫酸鹽化”,。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對蓄電池的充,、放電性能產(chǎn)生很大的負面影響,。在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻越大,，電池的充,、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短,。小電流放電條件下形成的硫酸鉛,，要氧化還原是十分困難的，若硫酸鉛晶體長期得不到清理，必然會影響蓄電池的容量和使用壽命,。由第4節(jié)可知,，過度放電或小電流放電對閥控蓄電池的影響比對常規(guī)蓄電池的影響更大。因此在直流系統(tǒng)交流電源失去后,，要嚴密監(jiān)視蓄電池的電壓和電流,，防止閥控蓄電池過度放電。為避免小電流放電,，閥控蓄電池不應(yīng)長期退出系統(tǒng)運行,。
6 運行維護
1)核對性充放電
核對性充放電能zui直接地反映蓄電池的健康狀態(tài)，需要定期進行,。
對于閥控蓄電池核對性充放電的周期,，不同規(guī)程的規(guī)定也不*相同。IEEE標準1188—2005(IEEE推薦的對固定使用的閥控蓄電池的維護,、試驗和更換標準)規(guī)定“閥控蓄電池的核對性充放電周期不大于2年,，當達到85%的設(shè)計壽命或容量小于90%后每年進行一次容量測試”。DL/17724—2000(電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程)和國家電網(wǎng)公司《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》規(guī)定“新電池安裝后每2～3年進行一次核對性試驗,，運行6年以后的,，應(yīng)每年進行一次”。從筆者對3 000余只閥控蓄電池近8年運行數(shù)據(jù)來看,，4年以后容量不滿足要求比率較高,，東洋蓄電池生故障的蓄電池中運行4年以上的占80.3%。因此,，建議4年內(nèi)每2年進行一次核對性充放電,，4年后每年進行一次核對性充放電;容量小于90%且大于等于80%的蓄電池組應(yīng)每年進行一次核對性充放電;容量小于80%的蓄電池組應(yīng)盡快更換，在更換前應(yīng)將核對性充放電周期縮短為3個月至半年,。
2)內(nèi)阻測試
蓄電池的內(nèi)阻是反映運行中蓄電池健康狀態(tài)(SOH)的一項重要的參數(shù),，內(nèi)阻值如明顯的變化，表明單體電池的性能也東洋蓄電池生明顯的變化,。在運行中應(yīng)定期進行測試,，測試周期為一季度到一年。不同的內(nèi)阻儀器測試的結(jié)果偏差較大,，且同一蓄電池內(nèi)阻進行縱向比較才與SOH有較高的相關(guān)性,。因此，蓄電池投運6個月性能穩(wěn)定后應(yīng)用內(nèi)阻測試儀記錄蓄電池內(nèi)阻的原始值作為基準值,。在以后的運行中定期測量蓄電池的內(nèi)阻并與值相比較,。當內(nèi)阻值與基準值偏差超過30%時就要引起注意，應(yīng)采用容量測試等更精確的措施來確定蓄電池的SOH,。
3)均衡充電
頻繁進行均衡充電都對蓄電池組不利,，具體應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定,，還需要結(jié)合蓄電池組的運行狀況，對其當前狀態(tài)進行評估后,，確定是否應(yīng)進行均衡充電,。不建議將直流系統(tǒng)的均衡充電設(shè)置為三個月自動進行。
對個別落后的蓄電池,，應(yīng)對單電瓶進行均衡充電處理,，使其恢復容量，若處理無效,，應(yīng)更換,。不宜采用對整組蓄電池進行均衡充電的方法處理個別落后蓄電池，防止多數(shù)正常電池被過度充電,。
4)不*性及其改善措施
蓄電池的不*性是指同一規(guī)格型號的單體蓄電池組成電池組后,，其電壓、荷電量,、容量及其衰退率,、內(nèi)阻及其隨時間變化率、壽命,、溫度影響,、自放電率及其隨時間變化率等參數(shù)存在一定的差別，其對外表現(xiàn)為串聯(lián)使用時的單瓶浮充電壓的差別,。蓄電池即使成組前經(jīng)過篩選電池的*性較好,，經(jīng)過一段時間的使用后也會出現(xiàn)差異，其不*性隨著其單瓶浮充電壓的差別增加而逐漸加重,，呈現(xiàn)惡性循環(huán),，從而造成整組蓄電池壽命的下降。造成蓄電池不*的原因主要由電池及電池組設(shè)計引起的差異,、初期性能的差異,、使用過程中出現(xiàn)的差異等。
傳統(tǒng)的改善蓄電池*性的方法是整組均衡充電,，這種均衡的代價是對電壓高的蓄電池造成損害,，尤其是閥控蓄電池因其貧液結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生失水,、熱失控等現(xiàn)象。對均衡充電的改進的方法是進行單瓶的均衡充電維護,，有一定的效果,，但缺點是需要將蓄電池退出系統(tǒng)，操作費時費力且無法根本解決問題,。目前解決運行中蓄電池不*較*的的方法是蓄電池的主動均衡技術(shù),，其原理是在蓄電池組加裝均衡器,，通過外回路來強制將單瓶的充電電壓差控制一定范圍內(nèi)，對2V的蓄電池一般控制在lOmV內(nèi),。
5)閥控蓄電池的在線監(jiān)測
由前面的討論可知閥控蓄電池的失效模式比常規(guī)電池多,，因此對其進行監(jiān)測的必要性也更加迫切。監(jiān)測裝置對閥控蓄電池的溫度,、電壓過高,，充電電流過大，個別電池短路,、深度放電時個別電池電壓過低等重要故障應(yīng)能及時檢測并東洋蓄電池出告警,，以便及時采取措施。隨著蓄電池在線維護技術(shù)的東洋蓄電池展,，蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)逐漸融合了對蓄電池的維護功能,，例如對蓄電池進行容量測試、在線對蓄電池組進行單瓶的內(nèi)阻測量,、蓄電池的主動均衡等,。
7 結(jié)束語
影響閥控蓄電池壽命的因素有很多，主要因素是溫度和充電方式,。了解閥控蓄電池失效的原因和影響其壽命的主要因素,，便于我們根據(jù)閥控鉛酸蓄電池的特點，針對影響閥控蓄電池使用壽命的主要因素,，不斷提高維護的水平,。通過檢測和維護，早期診斷來預防閥控蓄電池可能出現(xiàn)的故障,，提高變電站直流系統(tǒng)的運行可靠性,。