深圳科士達UPS電源公司解讀-科士達蓄電池技術與維護
一、 閥控式密封鉛酸蓄電池在通信電源系統中的作用
1． 后備電源，包括直流供電系統和UPS系統
2． 濾波
3． 調節系統電壓
4． 動力設備啟動電源
圖1：電池作用示意圖
二、 固定型鉛酸蓄電池的類型
防酸隔爆式電池（GF或GFD電池）
固定型鉛酸蓄電池
AGM—陰極吸收式（貧液式）
閥控式密封電池（VRLA電池）
GEL—膠體式
1．VRLA電池與GF電池相比較，VRLA電池具有以下特點：
（1） 在使用過程中，不需要添加水、調整酸的比例。
（2） 不漏液，無酸霧，無環境污染。
（3） 自放電小。
（4） 結構緊湊，密封良好，抗震，比能量高。
（5） 不存在記憶效應。
（6） 使用范圍廣。
圖2： VRLA電池與GF電池（左）的比較
2． 陰極吸收式VRLA電池與膠體電池的比較：
（1） AGM電池使用初期無氣體逸出，GEL電池在使用初期需安裝排風裝置。
（2） AGM電池內阻小，大電流放電特性優于GEL電池。
（3） AGM電池的一致性和均一性較好，因電解液的擴散性和均勻性優于GEL電池。
（4） GEL電池，（特別是管狀電極）使用壽命較長，不易熱失控。
三、 VRLA電池的工作原理
1．電池的充/放原理：
鉛酸蓄電池的基本電極反應是鉛（Pb）和二價鉛（Pb2+）及四價鉛（Pb4+）之間的轉化。
放電過程：負極：Pb→Pb2+正極：Pb4+→Pb2+（
（+） PbO2 + 3H+ + HSO4 －+ 2e 放<═══>充 PbSO4 + 2H2
電子得失為：負失正得即負氧化正還原
充電過程：負極：Pb2+→Pb正極：Pb2+→ Pb4+
（－）Pb + HSO4 － 放<═══>充 PbSO4 + H＋ + 2e
電子得失為：負得正失即負還原正氧化
電池的充放電反應
電池總反應：Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4
2．VRLA電池的密封原理：
（1）電池內部氣體產生的原因：
電池在過充電時電池分解水，正極產生O2，負極產生H2
正極板柵腐蝕的同時產生H2
電池自放電時正極產生O2，負極產生H2
（2）氧復合原理（氧循環原理）：
電池在充電過程中，正極除了有PbSO4轉變為PbO2以外，還有氧析出反應，特別是電池的充電后期，當電池容量達到80%時，氧的析出反應更為劇烈，兩極的氣體析出反應如下：
（+）2H2O → O2 + 4H+ + 4e (--) 2H+ + 2e → H2
對于浮充使用的VRLA電池，即使是浮充電流很小，但在長期浮充狀態下，除浮充電流一部分用于電池自放電生成的PbSO4轉為正負極活性物資以外，不避免的，浮充電流另一部分則用于水的電解，使正極析出氧氣，負極析出氫氣。
氧和氫氣的產生使電池內部失水，電解液密度發生變化，也使電池難以密封。從鉛酸蓄電池誕生以來，人們都一直在尋求電池的密封，以此減少對電池的維護。VRLA電池的出現，實現了電池的密封，電池密封的關鍵技術是氧在電池內部的再復合實現氧的循環，以及采用AGM隔板吸收電解液，使電池內部沒有流動的電解液，氧的復合原理如圖3、4所示：
圖3：密封原理示意圖
圖4：氧循環原理圖
從圖3、4看出，正極充電過程中因電解水析出的氧氣，通過AGM隔板的孔隙，迅速擴散到負極，與負極活性物質海綿狀鉛發生反應生成氧化鉛（PbO），負極表面的PbO遇到電解液H2SO4發生化學反應生成PbSO4和H2O，其中PbSO4再充電而轉變為海綿狀Pb，生成的H2O又回到電解液，因氧氣的再復合，避免了水的損失，從而實現了電池的密封。
科士達UPS不間斷電源生產廠家
鉛酸蓄電池實現密封的措施：
1) 選擇高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，為氧的復合提供通道
2) 采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收電解液以后，仍有5—10%的孔隙率未被電解液充滿，因此VRLA電池又稱為貧液式電池。
3) 過量的負極活性物資，正、負極板的容量比一般為1：1.1~1：1.2，這樣在正極充足電以后，負極仍未充足電，以防止氫在負極析出，若氫氣大量析出是無法復合的。
4) 電池集群的緊裝配，采取集群預壓縮技術，將裝配壓在40—60Kpa之間，以保證AGM隔板與正負極板表面能夠良好接觸，因為VRLA電池的電解液主要靠AGM隔板提供。
5) 高純度Pb—Ca—Sn—Al無銻板柵合金，因為Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氫過電位，從而能夠降低因板柵腐蝕而析出氫氣的可能性。
6) 開閉閥壓力穩定可靠的安全閥，通信用VRLA電池的標準要求開閥壓10—35Kpa，閉閥壓3—15Kpa,開閉閥壓力較接近，可減少氣體排放和水的損失。
7) 采用恒壓限流的充電方式，VRLA電池對過充電較為敏感，過充電會加速電流的損壞，恒壓限流充電可防止過充電和熱失控。
3．VRLA蓄電池的自放電原理：
電池自放電原因：
1） 正極活性物質與電解液的反應；
2） 正極活性物質與板柵合金之間的反應；
3） 正極活性物質與負極析出氫氣的反應。
四．VRLA電池的兩大類技術
應用同樣的氧復合原理，但由于采用不同的固定電解液技術和不同的氧復合通道技術，因此可分為兩大類型的VRLA電池，即AGM技術和GEL技術（膠體），故又稱為AGM電池和膠體電池。這兩類電池各有優劣，目前在電信、電力等市場上應用的仍以AGM電池為主。
1． AGM技術
采用AGM技術的VRLA電池，AGM隔板采用U形包覆法（也可采用S形包覆法）。采用AGM技術的VRLA電池的特點：內阻小，以超細玻璃棉隔板吸取電解液，使電池內沒有電解液，AGM隔板具有93%以上的孔隙率，而其中10%左右的孔隙作為由正極析出的O2到負極再復合的通道，以實現氧的循環，達到電池密封的目的。
2． Gel技術（膠體技術）
以我公司采用Gel技術生產的PKG膠體電池為典型代表。
膠體電池的特點：內阻較大，采用觸變性SiO2膠體吸收電解液，使電解液不流動。
以膠體的微裂紋O2的復合通道。膠體電池使用初期由于膠體未能形成大量微裂紋，氧的復合效率較低。
五、VRLA電池的失效模式
VRLA電池盡管有許多的優點，但它和所有電池一樣也存在可靠性和壽命問題。VRL電池文獻報道：其使用壽命為15年左右（25℃浮充使用）。但國內外的VRLA電池在實際使用過程中，均出現過提前失效的現象。目前造成VRLA電池的失效模式主要有板柵的腐蝕與增長、電解液干涸、負極硫酸鹽化、早期容量損失（PCL）、熱失控等。
六、VLRA電池的使用和維護
1、VLRA電池的選型
VLRA電池在使用前必須正確的選擇型號，以保證電池有足夠的放電容量，使通信設備能夠正常運行；另外選擇合理的容量能夠避免選擇容量過大而造成浪費。
選型方法有兩種： 1)計算法 ２）、曲線查找法。
2、VLRA電池的安裝使用及注意事項
在安裝和使用電池之前，首先應仔細閱讀產品說明書，按要求進行安裝和使用。安裝時，應特別注意以下幾個方面：
１）、安裝方案應根據地點、條件制訂，如地面負荷、通風環境、陽光照射、腐蝕和有機溶劑、機房布局、維修是否方便等。
２）、安裝時新舊蓄電池一般不能混用，不同類型的電池或不同容量的電池決不可混合使用。
3）、電池均為100﹪荷電出廠，必須小心操作，忌短路，安裝時應采用絕緣工具，戴絕緣手套，防止電擊。
4）、電池在安裝使用前，在0～35℃的環境下存放，儲存期限為3個月，若超過3個月，就應按使用書給定標準對電池進行補充電。
5）、按規定的串并聯線路，連接列間、層間、面板端子的電池連接，在安裝末端連接件和整個電源系統導通前，應認真檢查正負極性及測量系統電壓。并注意：在符合設計截面積的前提下，引出線應盡可能短，以減少大電流放電時的壓降；兩組以上電池并聯時，每組電池至負載的電纜線最好等長，以利于電池充放電時各組電池電流均衡。
6）、電池連接時，螺絲必須緊固，但也要防止擰緊力過大而使極柱嵌銅間損壞。
7）、安裝結束后應再次檢查系統電壓和電池正負極方向 ，以確保電池安裝的正確。
8）、可用肥皂水浸濕軟布清潔電池殼、蓋、面板和連接線，不能用有機溶劑清洗，以免腐蝕電池蓋及其它部件。
3、VRLA電池的維護
1）、閥控式密封鉛酸蓄電池的安放
閥控式密封鉛酸蓄電池不必專設電池室，可與通信設備同裝一室？莎B放組合或安裝在機架上。
2）、經常檢查的項目
a、 浮充電壓，環境溫度；
b、 連接處有無松動、腐蝕現象；
c、 電池殼體有無滲漏和變形；
d、 極柱、安全閥周圍是否有酸霧溢出；
3）、補充電
a、 電池系統安裝完畢，對電池組進行補充充電；
b、 電池擱置停用時間超過三個月；
蓄電池的放電
a、每年應以實際負荷做一次核對性放電試驗，放出額定容量的30%-40%；
b、每三年做一次容量試驗，到使用六年后應每年做一次；
4）、蓄電池容量的測量
方法1：離線式測量法
a、將脫離供電系統的蓄電池組充滿電后靜置1—24h，在環境溫度為25℃±5℃的條件下開始放電；
b、放電開始前應測蓄電池的端電壓，放電期間應測記蓄電池的放電電流，時間及環境溫度，放電電流波動不得超過規定值的1%；
c、放電期間應測蓄電池端電壓及室溫，測量時間間隔為：10h率放電1h，3h率放電0.5h，1h率放電10min，在放電末期要隨時測量，以便準確地確定達到放電終止電壓的時間；
d、放電電流乘以放電時間即為蓄電池組的容量，蓄電池不按10小時率放電時或環境
溫度不是25℃時，則應將實際測量的容量換算成25℃時的容量；
e、放電結束后，要對蓄電池組充電，充入電量應是放電電量的1.2倍。
方法2：在線式測量法
a、在供電系統中，關掉整流器由蓄電池組放電供給通信設備，在蓄電池組放電時找出蓄電池組中電壓最低，容量最差的一只電池來作為容量試驗的對象；
b、打開整流器對蓄電池組進行充電，等蓄電池組充滿后穩定1小時以上；
c、對a中放電時找出的最差的那只電池進行10小時率放電試驗，放電前后要測量該只電池的端電壓、溫度、放電時間和室溫。以后每隔1h測試一次，放電快到終止電壓時，應隨時測試，以便準確記錄放電時間：
d、放電時間乘以放電電流即為該電池的容量，當室溫不是25℃時，應按式（1）換算成25℃時的容量；
e、放電試驗結束后用充電機對該只電池進行充電，恢復其容量；
f、根據測量的數據繪制放電曲線；
方法3：核對性容量試驗法
為了能隨時掌握蓄電池組的大致容量，進行核對性放電試驗是必要的，其方法是：
a、在直流供電系統中，關閉開關電源，讓蓄電池對通信設備供電，蓄電池組放電前后要測試每只電池的端壓、溫度、比重、室溫和放電時間、放出額定容量的30%—40%為止；
b、放電結束后，要對蓄電池充電；
c、根據測試的數據作出放電曲線，留作以再次測試時做比較；
注意事項：
上述3種蓄電池的容量試驗方法，是日常維護中常用的方法，但無論哪種方法，在容量測試期間通信安全都會受到一定的威脅。因此在做容量試驗時要防止市電中斷，備用發電組應處于良好狀態
5）、周期維護項目
月度保養
每月完成下列檢查：
1、保持電池房清潔衛生；
2、測量和記錄電池房內環境溫度；
3、逐個檢查電池的清潔度、端子的損傷及發熱痕跡、外殼及蓋的損壞或過熱痕跡：
4、測量和記錄電池系統的總電壓、浮充電流；
季度保養
1、重復各項月度檢查；
2、測量和記錄各在線電池的浮充電壓，若經過溫度校正有兩只以上電池電壓低于2.18V，請與廠家聯系。
年度保養
1、重復季度所有保養、檢查；
2、每年檢查連接部分是否有松動；
3、每年電池組以實際負荷進行一次核對性放電試驗，放出額定容量的30%—40%；
三年保養
每三年進行一次容量試驗，到使用六年后每年做一次，若該組電池實放容量低于額定容量的80%，則認為該電池組壽命終止。
