關(guān)鍵詞：蓄電池；浮充；電池容量

蓄電池自1859年由法國(guó)人發(fā)明使用至今已有143年歷史。1957年英國(guó)首先發(fā)明了再化合免維護(hù)汽車蓄電池，德國(guó)陽(yáng)光公司發(fā)明了觸變性凝膠工業(yè)用鉛電池，1983年美國(guó)GNB公司發(fā)明并生產(chǎn)了I型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池，1985年日本YUASA公司開(kāi)始生產(chǎn)MSE系列大型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池。 隨之英國(guó)制訂出標(biāo)準(zhǔn)BS6290第四部分（1987）鉛酸固定型單體蓄電池和蓄電池組（閥控密封規(guī)范）；IEC制訂出IEC896—2（1991）固定型鉛蓄電池一般要求和試驗(yàn)方式，第二部分：閥控式；日本制訂出了JISC8707—1992密封式固定型陰極吸收式鉛蓄電池；中國(guó)郵電部制訂出YD/T799—1996通信用閥控式密封鉛酸蓄電池技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法；中國(guó)電力部制訂出DL/T637—1997閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件。以上標(biāo)準(zhǔn)成為產(chǎn)品質(zhì)量考核的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

上世紀(jì)80年代起，國(guó)外生產(chǎn)類似產(chǎn)品的企業(yè)大量發(fā)展，1988年深圳華達(dá)電源系統(tǒng)有限公司引進(jìn)了美國(guó)GNB公司的技術(shù)，在消化吸收后開(kāi)始生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池，通過(guò)并聯(lián)組合最大容量可達(dá)12960Ah。20世紀(jì)90年代我國(guó)生產(chǎn)類似產(chǎn)品的廠家遍及全國(guó)。

1閥控式鉛酸電池的工作原理

閥控式鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)原理是把所需份量的電解液注入極板和隔板中，沒(méi)有游離的電解液，通過(guò)負(fù)極板潮濕來(lái)提高吸收氧的能力，為防止電解液減少把蓄電池密封，故閥控式鉛酸蓄電池又稱“貧液電池”。

閥控式鉛酸蓄電池的極柵主要采用鉛鈣合金，以提高其正負(fù)極析氣（H2和O2）過(guò)電位，達(dá)到減少其充電過(guò)程中析氣量的目的。正極板在充電達(dá)到70％時(shí)，氧氣就開(kāi)始發(fā)生，而負(fù)極板達(dá)到90％時(shí)才開(kāi)始發(fā)生氧氣。在生產(chǎn)工藝上，一般情況下正負(fù)極板的厚度之比=6：4，根據(jù)這一正、負(fù)極活性物質(zhì)量比的變化，當(dāng)負(fù)極上絨狀Pb達(dá)到90％時(shí)，正極上的PbO2接近90％，再經(jīng)少許的充電，正、負(fù)極上的活性物質(zhì)分別氧化還原達(dá)95％，接近完全充電，這樣可使H2、O2氣體析出減少。采用超細(xì)玻璃纖維（或硅膠）來(lái)吸儲(chǔ)電解液，并同時(shí)為正極上析出的氧氣向負(fù)極擴(kuò)散提供通道。這樣，氧一旦擴(kuò)散到負(fù)極上，立即為負(fù)極吸收，從而抑制了負(fù)極上氧氣的產(chǎn)生，導(dǎo)致浮充電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體90％以上被消除（少量氣體通過(guò)安全閥排放出去）。

2閥控式鉛酸蓄電池的特性

2.1浮充電壓

浮充電壓=開(kāi)路電壓＋極化電壓

圖1氣體再化合效率

=（電解液比重＋0.85）＋(0.10～0.18)V

=（1.30＋0.85）＋(0.10～0.18)V

=2.15V＋0.10V

=2.25V

例如，美國(guó)圣帝公司的電池電解液比重為1.240g/cm3,所以它的浮充電壓為2.19V。日本YUASA公司的浮充電壓為2.23V。

2.2浮充電流

固定型防酸隔爆蓄電池的浮充電流有兩個(gè)作用：

1）補(bǔ)充蓄電池自放電的損失；

2）向日常性負(fù)載提供電流。

閥控式鉛酸蓄電池的浮充電流有三個(gè)作用：

1）補(bǔ)充蓄電池自放電的損失；

2）向日常性負(fù)載提供電流；

3）浮充電流足以維持電池內(nèi)氧循環(huán)。

2.3端電壓的偏差（靜態(tài)偏差與動(dòng)態(tài)偏差）

動(dòng)態(tài)偏差在浮充運(yùn)行初期較大。實(shí)際上，剛出廠的蓄電池可能是因?yàn)椴糠蛛姵刂刑幱陔娊庖猴柡蜖顟B(tài)而影響了氧復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行，從而使浮充電壓過(guò)高，電解液飽和的電池會(huì)因不斷的充電使水分解而“自動(dòng)調(diào)整”至非飽和狀態(tài)，6個(gè)月后端電壓偏差逐漸減小。但偏差較大也不排除與有的制造商制造質(zhì)量有關(guān)。

我國(guó)GB13337.1－Q1及德國(guó)DJN43539－84規(guī)定固定型電池靜態(tài)偏差范圍為電壓平均值的＋0.1～0.05V。

郵電部YD/T799－1996規(guī)定，靜態(tài)時(shí)，最高電壓與最低電壓值偏差為20mV，動(dòng)態(tài)時(shí)，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過(guò)50mV。

電力部DL/T637－1997規(guī)定，靜態(tài)時(shí)，最高電壓與最低電壓值偏差為30mV，動(dòng)態(tài)時(shí)，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過(guò)50mV。

2.4氣體的復(fù)合

在正常浮充電電壓下，電流在0.02C以下時(shí)，氣體100％復(fù)合，正極析出的氧擴(kuò)散到負(fù)極表面。100％在負(fù)極還原，負(fù)極周圍無(wú)盈余的氧氣，負(fù)極析出的氫氣是微量的。若提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流徒升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，在0.05C時(shí)復(fù)合率為90％，當(dāng)電流在0.1C時(shí)，氣體再化合效率近似為零。如圖1所示，這時(shí)聚集在負(fù)極的氧氣和負(fù)極表面析出的氫氣很多，電池內(nèi)壓徒升，排氣閥開(kāi)啟，造成蓄電池嚴(yán)重缺水。 2.5溫度的影響

電池充電時(shí)其內(nèi)部氣體復(fù)合本身就是放熱反應(yīng),使電池溫度升高，浮充電流增大，析氣量增大，促使電池溫度升得更高，電池本身是“貧液”，裝配緊密，內(nèi)部散熱困難，如不及時(shí)將熱量排除，將造成熱失控。浮充末期電壓太高，電池周圍環(huán)境溫度升高，都會(huì)使電池?zé)崾Э丶觿　?/P>

溫度每升高1℃,電池電壓下降約3mV/單電池，致使浮充電流升高，使溫度進(jìn)一步升高。溫度高于50℃會(huì)使電池槽變形。

溫度低于－40℃時(shí)，閥控式鉛酸蓄電池還能正常工作，但蓄電池容量會(huì)減小。

閥控式鉛酸蓄電池由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題對(duì)溫度要求很高，這一點(diǎn)大家都注意到了，為此，在設(shè)計(jì)充電設(shè)備時(shí)都考慮了溫度補(bǔ)償措施，但溫度采樣點(diǎn)的選取至關(guān)重要，它直接關(guān)系著補(bǔ)償?shù)男Ч囟炔蓸狱c(diǎn)有三處，即蓄電池附近的空氣溫度、蓄電池外殼的表面溫度及蓄電池內(nèi)部電解液溫度。第一處最容易，目前基本都采用此法，但這種方法很不準(zhǔn)確，因?yàn)橛捎谀撤N原因使蓄電池溫度升高，但蓄電池溫度的升高很難引起蓄電池附近的空氣溫度的升高，因此這種補(bǔ)償措施基本無(wú)用；第三處最能反應(yīng)蓄電池的實(shí)際情況，但較難實(shí)現(xiàn)；第二處最實(shí)際，也較容易實(shí)現(xiàn)，目前已有企業(yè)根據(jù)第二處的采樣設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償單元。 2.6種類

閥控式鉛酸蓄電池分為三類，即大型、中性、小型。單體在200Ah及以上為大型，20～200Ah為中型，20Ah以下為小型。

電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上一般均選用大型鉛酸蓄電池,而UPS電源在設(shè)計(jì)上則選用中型鉛酸蓄電池。

2.7電池容量

鉛酸蓄電池的極板在制造過(guò)程中，對(duì)生極板進(jìn)行充電化成，使正極板上的鉛變成二氧化鉛，負(fù)極板上的鉛變成海綿狀鉛。但由于在制造廠對(duì)極板進(jìn)行化

閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù)

()

表1每個(gè)電池在1.67V最終電壓時(shí)放電的瓦特?cái)?shù)151015202530354045601201803004806007201440
UXL33?1220817913110486.774.766.359.754.650.440.42316.410.87.36.15.32.7
44?1227723917513811699.688.479.672.867.253.830.721.814.49.88.173.6
55?1234729921917314512511199.5918467.338.427.31812.210.18.84.5
66?641636926320717314913311910910180.74632.821.614.612.110.55.5
88?655447835027621119917715014613410861.443.728.819.515.2147.6
110?669359843834528924922119918216813576.754.63624.420.217.59.1
165?274160150142236732629026424322619111684.955.837.530.526.213.6
220?298780166956348943438735232330225415411374.45040.634.918.1
330?21481120110038447336515805264864523812311701127560.952.327.1
550?224682002167114061222108596787981075363538628318612510287.245.2
1100?24937400333432813244411701933175716181506127077156637225020317490.4
1550?2740560055014421936663255290026362429225919051157849558375305262136
2200?29874800666865626488843403866351432383012254015421132744500406349181
3300?214811120091002984397332651057995271485745183810231316981116750609523271

時(shí)間min

蓄電池型號(hào)

W

成的時(shí)間有限，不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，為此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新電池達(dá)到90％容量為合格，只有在今后的日常使用中，容量逐漸達(dá)到正常值，安裝2年后要求達(dá)到100％。

我國(guó)、日本、德國(guó)工業(yè)用電池采用10小時(shí)率，美國(guó)的工業(yè)用電池標(biāo)準(zhǔn)為8小時(shí)率。

我國(guó)電力、郵電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，10小時(shí)率電池，1小時(shí)率時(shí)容量為0.55C10。

日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定2V，10小時(shí)率電池，1小時(shí)率時(shí)容量為0.65C10；6V、12V，10小時(shí)率電池，1小時(shí)率時(shí)容量為0.6C10。20小時(shí)率電池，10小時(shí)率時(shí)容量為0.93C20，1小時(shí)率時(shí)容量為0.56C20。

電力系統(tǒng)一般在設(shè)計(jì)上均選用10小時(shí)率鉛酸蓄電池,而UPS電源在設(shè)計(jì)上則選用20小時(shí)率鉛酸蓄電池。

2.8壽命

工業(yè)電池可分為兩類：一類為深循環(huán)使用的電池，另一類為浮充使用的“備用電源”電池。循環(huán)使用的電池以深循環(huán)次數(shù)來(lái)表示其使用壽命，以0.8C10深度充放電循環(huán)使用的電池，其壽命達(dá)到1200次以上；而浮充使用的電池，年限可達(dá)到10～12年，有的可達(dá)到15～20年。蓄電池只有80％容量時(shí)認(rèn)為壽命終止。

3閥控式鉛酸蓄電池的應(yīng)用

3.1UPS電池的選擇

例如：某UPS的功率輸出為50kVA，其

直流電壓范圍330～480V；

放電時(shí)間30min；

單體終止電壓1.67V；

UPS效率0.90；

功率因數(shù)0.95。

計(jì)算與選擇

1）將UPS的kVA數(shù)轉(zhuǎn)換為kW數(shù)

50/（0.9×0.95）=58.48kW

2）決定所需電池個(gè)數(shù)n

n=330V/1.67V=198

3）確定電池電壓不超過(guò)直流電壓范圍

198×2.27=449.46V<480V

4）決定每單元所承受的功率

58480W/198=295.35W

由于蓄電池使用壽命終止的條件為電池放電容量的80％，因此應(yīng)使用此時(shí)的容量作為初次選擇的條件，則

295.35W/0.8=369.19W

5）從YUASA說(shuō)明書的功率資料找出適當(dāng)?shù)慕K止電壓（1.67V）放電時(shí)間（30min）。

從表1找出型號(hào)UXL220—2可承受387W>369.19W的功率，設(shè)計(jì)壽命15年。

3.2電力系統(tǒng)蓄電池的選擇

例如：某220kV變電所220V直流負(fù)荷為

經(jīng)常負(fù)荷16.0A;

事故照明18.2A;

通信電源9.1A;

表2GFM型蓄電池不同時(shí)間放電率及不同放電終止電壓容量換算系數(shù)和容量系數(shù)表終止電壓V容量換算系數(shù)容量系數(shù)不同放電時(shí)間（min）的Kc和Kcc
1/121293059608990120150180240300360390420479480
1.75Kc1.541.531.000.9840.6200.6150.4820.4790.3870.3370.2890.2340.1950.1690.1610.1530.1360.135
Kcc0.4920.6150.7190.7740.8430.8670.9360.9751.0141.0471.0711.080
1.80Kc1.451.430.920.9000.6000.5980.4760.4720.3740.3240.2800.2240.1900.1660.1580.1500.1320.132
Kcc0.4500.5980.7080.7480.8100.8400.8960.9500.9961.0271.0501.056
1.83Kc1.381.330.8430.8230.5700.5650.4580.4550.3570.3160.2700.2170.1840.1600.1530.1450.1270.127
Kcc0.4120.5650.6830.7140.7900.8100.8680.9200.9600.9951.0151.016
1.85Kc1.341.240.8000.7800.5580.5400.4320.4280.3440.3060.2620.2140.1800.1570.1480.1400.1230.123
Kcc0.3900.5400.6420.6880.7650.7860.8560.9000.9420.9430.9800.984
1.87Kc1.271.180.7640.7550.5480.5200.4130.4080.3340.2980.2580.2090.1770.1550.1460.1370.1200.120
Kcc0.3780.5200.6120.6680.7450.7740.8360.8850.9300.9490.9590.960
1.90Kc1.191.120.6850.6760.4950.4900.3830.3810.3210.2890.2530.2000.1700.1500.1400.1310.1180.118
Kcc0.3380.4900.5720.6420.7230.7590.8000.8500.9000.9100.9170.944
容量換算系數(shù)Kc=I/C10(1/h)容量系數(shù)Kcc=Kc·h

遠(yuǎn)動(dòng)電源4.5A;

電流統(tǒng)計(jì)47.8A;

1小時(shí)容量統(tǒng)計(jì)47.8Ah。

計(jì)算與選擇

1）根據(jù)最高電壓確定蓄電池個(gè)數(shù)n

n=1.05×額定電壓/浮充電壓

=1.05×220/2.25

=102.67取n=102個(gè)

2）蓄電池放電終止電壓UZ

UZ≥0.85×額定電壓/n

=0.85×220/102

=1.83V

3）蓄電池容量選擇CC

CC=KK×CS/KCC

=可靠系數(shù)×放電容量/容量系數(shù)

=1.4×47.8/0.656

=102Ah

（容量系數(shù)可從表2查出）。

選擇蓄電池的標(biāo)稱容量C10=200Ah。

注：可靠系數(shù)取1.4,其中已考慮低溫對(duì)蓄電池的影響、電池的參數(shù)不一致的影響及當(dāng)電池容量低80％時(shí)為壽命終止。4使用注意事項(xiàng)

閥控式密封鉛酸蓄電池也有人稱之為“免維護(hù)電池”，由于使用方便，近幾年來(lái)在電力及郵電通信部門得到廣泛的應(yīng)用，但由于不了解閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，往往幾年就報(bào)廢了，給企業(yè)造成極大的損失。

首先將“免維護(hù)電池”當(dāng)作不用維護(hù)就錯(cuò)了，“免維護(hù)電池”只是制造商的廣告用語(yǔ)。閥控式密封鉛酸蓄電池在使用中應(yīng)注意觀察電池的溫度情況，隨時(shí)注意觀察浮充電壓，若充電設(shè)備沒(méi)有補(bǔ)償溫度的功能，就應(yīng)按溫度每上升1℃，每單體電池浮充電壓下降3mV進(jìn)行修正。

由于觀察不到閥控式密封鉛酸蓄電池內(nèi)部的情況，因此在使用中應(yīng)定期對(duì)其進(jìn)行放電試驗(yàn)，以檢測(cè)蓄電池容量，避免因其容量下降而起不到備用電源的作用。需要注意的是蓄電池在放電時(shí)不要過(guò)放電，放電后必須在12h內(nèi)補(bǔ)充電，否則將造成蓄電池的永久損壞。 注意選用閥控式密封鉛酸蓄電池的容量與電池的類型，同樣兩組100Ah220V日本湯淺電池，實(shí)際情況是：一組100Ah，36節(jié)電池，10小時(shí)率100Ah，1小時(shí)率時(shí)60Ah，15年壽命；另一組100Ah，18節(jié)電池，20小時(shí)率100Ah，1小時(shí)率時(shí)56Ah，3年壽命。可見(jiàn)在容量上有差別，在壽命上亦有差別，在價(jià)格上的差別竟是4～5倍。