铅酸蓄电池的发展历史已有100余年,随着科技的进步和生产工艺的不断提升,铅酸蓄电池的容量、效率、寿命和易于维护性都有了显著的提升。凭借自身非常好的性价比和高放电效率,被广泛应用到了诸多领域。例如UPS、电信基站、光伏/风能储能等各行各业。然而,由于铅酸蓄电池行业中的专业人员相对较少,而终端用户又来自各行各业,难免会因为缺乏使用经验和相关的专业知识,对蓄电池造成了不可逆的损坏。本文希望通过实际案例的分析,使用最通俗易懂的语言,使非专业人员也能够对蓄电池故障形式有一定的了解,以及掌握早期判定的方法,及时和厂家或专业技术人员联系,避免更大的事故和造成不可逆的损失。
　　
　　1 铅酸蓄电池的内阻
　　
　　由于铅酸蓄电池本身的化学特性,在铅酸蓄电池成品之时,硫酸盐化就已经开始了。而随着时间的推移,硫酸盐化逐渐增多,从而致使蓄电池容量降低,最直接的反应就是内阻上升。当内阻超过标称值的50%时,蓄电池的容量将会降到标称值的80%。当内阻继续上升,蓄电池容量快速下降。
　　
　　例如某铅酸蓄电池的内阻标称值是5.0mΩ,标称容量为80Ah(C10),当内阻升高50%,即等于7.5mΩ时,容量仅为64Ah(C10)左右(标称容量的80%)。所以,周期性地对蓄电池进行内阻检查是不可缺少的,发现内阻大于标称值50%的电池应及时更换或与相关技术人员沟通,这样才能保证整个电池组的稳定,保证系统后备时间符合设计标准。图1给出了随着蓄电池内阻(阻抗@60Hz)的增高,容量降低,当容量降到额定容量的80%时,蓄电池的寿命告终,应及时更换。
　　
　　2 开路电压与浮充电压
　　
　　开路电压与浮充电压是两个不同的概念,需要区别对待。
　　
　　(1)开路电压(OpenCircuitVoltage)
　　
　　电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池在断路时(即没有电流通过两极时),电池正极的电极电势与负极的电极电势之差。以理士UPS电池LCP系列为例,LCP12-300是12V的蓄电池,标称电压为12V,当冲满电时,电池电压应大于12.8V,此电压即为“开路电压”。开路电压的高低也可以反映电池状态,当开路电压小于12.7V时,即认为电池处于未充满电状态,此时在安装前需要给电池进行补电,否则极有可能出现在UPS放电回冲后,出现浮充电压不均的情况,或是频繁出现个别电池内阻上升的情况,给后期维护和系统稳定造成隐患。当开路电压小于12V时,如果充电后仍未大于12.7V,此时极有可能是电池内部出现了故障,应及时给予更换或和相关技术人员联系。这种电池绝对不能再次使用,如果接入电池组,将会造成其它的电池浮充电压增高,以致出现过充情况,甚至引起整串电池的“热失控”。
　　
　　(2)浮充电压(FloatVoltage)
　　
　　当电池处于充满状态时,充电器不会停止充电,仍会提供恒定的浮充电压与很小浮充电流供给电池,此时的电流大约在0.0002～0.005C左右。这个电流就是为了补偿蓄电池的自放电情况,实时处于充满状态,随时可投入后备运行。理士推荐的浮充电压在13.5～13.8V@25℃。如果蓄电池的浮充电压低于13.3V时,在蓄电池某间隔内可能发生了短路。此时需要对蓄电池进行及时更换或和相关技术人员联系。图2给出了某铅酸蓄电池的浮充特性。
　　
　　3 故障案例分析
　　
　　(1)故障案例分析1
　　
　　某东南亚终端用户反馈,未满一年的电池已经不能放电(投诉报废)。并且反馈,在UPS运行期间未出现过停电,浮充电压正常,维护记录齐全。再与客户沟通后,取得了电池的开路电压和内阻。记录显示,所有电池的开路电压全部小于11V,内阻均超过标称值100%以上。对这种开路电压异常的情况,首先对电池半电压进行测量。结果显示电池半电压正常,未超过最大范围的±0.05V。电池半电压正常说明电池内部未出现短路情况。
　　
　　虽尝试对送回样品进行恒电流恢复性充电。但在充电后,电池的开路电压仍小于11V。由此可判定,电池已经损坏,用常规手段已经无法恢复,需要进行进一步的专业检查。
　　
　　通过专业手段,取出电池的所有间隔,在用PH试纸检查后发现,部分间隔内的液体呈现中性,证明已无酸存在;对正极板检查后发现,正极板已严重软化,轻微弯折后板栅即已折断;正负极板硫酸盐化超过标准10倍以上。由此可以确认,电池故障是由于长期欠充电所造成的。属于用户使用不当所致。最后,客户对此结论无任何异议。图3为该故障电池的正、负极板损坏情况及测试结果。
　　
　　(2)故障案例分析2
　　
　　某东南亚终端用户反馈,他们的很多组电池出现了严重臌胀,测量设备显示电池内阻无穷大,开路电压小于2V。积极和终端客户取得联系后,客户同意送回部分电池进行检查。初步检查发现,电池的安全阀已经严重变形,电池上部严重臌胀,并且边角已经开裂,并有烧灼的痕迹。
　　
　　以专业手段打开电池后发现,电池内部已经完全干涸、变形。电池已经完全损坏再无恢复的可能性。
　　
　　再进一步与客户沟通后得知,因为缺乏维护经验,当某个电池出现低浮充电压时,未能及时更换。因为电池串是串联电路,当一个电池退网后,这些电压会分给其它的电池,这样同串其它电池就会处于高电压充电状态。以此反复,最终造成恶性循环,进而引起热失控,以至于整串所有的电池损坏报废。用户对此结论表示无异议。图4为该故障电池的损坏情况。
　　
　　后期,在征得用户同意后,并且为了减少未来使用隐患,厂家对客户进行了相关培训,并且协助客户检查了其余的电池,消除了再次出现同类事故的发生。
　　
　　4 结束语
　　
　　铅酸蓄电池的内阻、开路电压和浮充电压是判断蓄电池发生故障的重要参数,应定期监测蓄电池的性能参数。当一个电池失效时,应及时更换,否则会殃及整串电池。
　　
　　作者简介
　　
　　赵亮(1980-),本科学历。就职于理士电池-新加坡有限公司,区域技术支持工程师,负责东南亚区域的售后服务与技术支持。
　　
　　编辑：Harris