文中介绍了VRLA蓄电池容量过早丢失的失效形式,论述了VRLA蓄电池前期失效的原因及VRLA蓄电池前期容量丢失(PCL)的修正办法。
1 VRLA蓄电池容量过早丢失的失效形式
VRLA蓄电池(Valve Regulated Lead Acid,简称VRLA电池)前期失效指的是一些VRLA蓄电池组在运用过程中,其容量仅在数个月或1年就低于额定值的80%;或整组VRLA蓄电池尽管遍及很好,但其间单个VRLA蓄电池的功能急剧变差。因为在VRLA蓄电池极板规划中,选用了低锑或无锑的板栅合金,使其前期容量丢失简单在以下条件下产生: ①不适宜的循环条件,比如接连高速率放电、深放电、充电开始时低电流密度;②缺少特别添加剂,如Sb、Sn、H3PO4;③低速率放电时,高的活性物质利用率、电解液过剩,极板过薄等;④活性物质视密度过低,安装压力过低一级。
关于运用不到6个月循环寿数就提早中止的VRLA蓄电池,经解析发现80%以上的VRLA蓄电池的单元开路电压(OCV)、内部电阻(IR)均正常,用电感耦合等离子发射光谱(ICP)剖析电解液中各种金属含量均正常,因而判别VRLA蓄电池自身没有制作缺点。在对VRLA蓄电池进行单元放电,发现VRLA蓄电池的容量低是由正极板的容量低下所决议的。经过解析发现毫无破例地存在着正极板活性物质软化现象,其间程度严峻的正极板活性物质现已大面积掉落。对容量衰减的VRLA蓄电池的正极板和制作初期品的正极板进行了X射线剖析,发现和制作初期品比较,不良VRLA蓄电池的正极板中β-PbO2份额显着增多。
依据上述成果,剖析这些VRLA蓄电池是因为长时刻过充电构成其循环寿数提早中止的,其机理是正极活性物质中的α-PbO2和β-PbO2的相对含量随放电循环而改变,即放电时α-PbO2逐步转化为PbSO4,PbSO4充电时转化为β-PbO2,跟着循环,β-PbO2份额添加,假如过充电,β-PbO2份额便会快速添加,因为β-PbO2的硬度较低,所以β-PbO2添加会引起活性物质之间的结合逐步削弱,正极活性物质在充电过程中分出O2的冲击下,密度下降,最终软化掉落,导致VRLA蓄电池的寿数提早中止。解析VRLA蓄电池时,发现正极板活性物质软化。在做X射线剖析时,发现正极板中β-PbO2份额增多,都验证了上述揣度的正确性。
VRLA蓄电池组中,若有单个VRLA蓄电池落后,那么在恒电流充电时,一是电压会敏捷升高,即在整组VRLA蓄电池没有足够电时,落后VRLA蓄电池已处于过充电状况,落后VRLA蓄电池的温度升高导致失水速度加大,并导致整组VRLA蓄电池充电电压升高;二是会引起整组VRLA蓄电池充电电流下降,延伸充电时刻。
若单个VRLA蓄电池呈现内部短路时,其充电电压就低于其他VRLA蓄电池,当整组VRLA蓄电池已足够电时,该落后的VRLA蓄电池却没有充好。长此下去就会呈现恶性循环,影响整组VRLA蓄电池的功能。
在多组并联运用的VRLA蓄电池中,若有一组VRLA蓄电池失效,则在充电时会呈现各组VRLA蓄电池充电电流不匀(即偏流)现象。若发展下去,会导致正常的VRLA蓄电池组提早失效。
研讨发现一组正常的VRLA蓄电池极板,要充入和放出悉数电容量,有必要确保极板表层到深层的化学通道的疏通,其孔隙通道的微观几许尺度越大,孔隙越多,放出的容量就越高,电流就大。而这个条件一旦被损坏,容量就会下降,电流会减小,即便是新的VRLA蓄电池也不破例。电化学剖析标明,即便正负极板悉数转化成了氧化铅和二氧化铅,其容量依旧会大幅度下降,这种状况是—种典型的前期容量衰竭的特征。
经过电化学剖析标明,若VRLA蓄电池一天只要30～60min左右的时刻在放电,其他时刻都在充电。VRLA蓄电池极板50%～70%左右的氧化铅终年不参加作业,可是每次VRLA蓄电池充电时的氧化复原反响的游离产品都会对VRLA蓄电池极板的深层通道产生堆积,经过数百次的接连堆积,极板的深层通道便被阻塞,VRLA蓄电池容量就仅剩余常常运用的那一部分了,一起因为极板终年处于临界高电压过充状况,因而氧化铅和二氧化铅产生严峻的晶格变异并构成许多β型氧化铅结构,构成了足够电便是放不出来的现象。
2 前期失效的原因
构成VRLA蓄电池前期失效首要有以下原因:①VRLA蓄电池规划欠妥。实践标明,在VRLA蓄电池中,正负极板跟玻璃纤维隔板中电解液脱离触摸是导致VRLA蓄电池前期失效的根本原因。为此,应当恰当进步极群拼装压力,使AGM隔板压缩率到达15%～20%;一起恰当添加电解液量,并在VRLA蓄电池外壳强度答应的条件下,恰当进步安全阀的敞开压力,以削减安全阀敞开次数和失水;②出产工艺和原材料。一组VRLA蓄电池中呈现单个前期失效的VRLA蓄电池,一般是因为出产过程中的单个偶尔要素引起的。比如在焊接极群组时有细小铅粒落入极群组中、加酸量操控不严、不合格部件装入、某些原材料不合格等。为此,有必要在VRLA蓄电池的出产中严格操控各工序的质量;③保护作业跟不上。曩昔有人把VRLA蓄电池称之为“免保护”蓄电池,在运用过程中不去留意保护,使VRLA蓄电池功能敏捷变差。所以应当消除这一误解,清晰VRLA蓄电池仅仅削减了保护作业量,并不是不需要日常保护作业。为防止VRLA蓄电池组中混入前期失效的单体VRLA蓄电池,应在新VRLA蓄电池装入体系之前进行一次查看性深放电,即以10h率放电电放逐至1.80V(相关于2V的VRLA蓄电池)左右,然后再足够电进入体系中运转。假如各个VRLA蓄电池在放电中止前的电压不同不大,比较均匀,则本组VRLA蓄电池功能必定不错;若其间有单个VRLA蓄电池电压下降很快,则很可能是落后的VRLA蓄电池,有必要查明原因采纳办法。
VRLA蓄电池的前期容量丢失(Premature Capacity Lose,PCL)常常在VRLA蓄电池深循环条件下产生,容量跟着循环衰减很快。影响PCL程度的要素许多,在规划和制作VRLA蓄电池时,以下原因可以引起PCL:①运用Pb-Ca合金板栅时含锡量缺乏,一般以为含锡量0.2%～0.4%的正极栅可以防止,在深循环充放电条件下要求锡的质量分数在1.2%以上;②极板太薄;③铅膏视密度低;④安装压力缺乏;⑤电解液未起到约束容量的效果。
在运用过程中,下述状况往往会引发PCL:①循环开始充电的电流密度低;②深度放电;③过充电大于120%;④恒压浮充电时,充电电压不够高;⑤长时刻储存;⑥过高的活性物质利用率。
铅钙合金系列VRLA蓄电池在运用过程中,常常不可思议的呈现几只VRLA蓄电池容量下降,其首要原因是因VRLA蓄电池失衡引起的,因为选用铅钙合金系列的VRLA蓄电池的足够电压较高,一般12V的VRLA蓄电池充电电压大于16V。当充电电压过低时,就易引起VRLA蓄电池失衡。当各单格VRLA蓄电池拼装在一起运用时,因为各单格VRLA蓄电池的自放电不可能肯定持平,自放电大一点的VRLA蓄电池,若选用恒压充电时,都不能彻底足够电,未足够电的单格VRLA蓄电池未呈现析气反响,极板触摸电解液的相对面积就大,自放电就大。而自放电小的单格VRLA蓄电池,每次都能足够电,当足够电后未能及时中止充电,将构成过充电,即呈现析气反响,生成气体,极板触摸电解液面相对减小,自放电就减小,一起充电电压升高,导致过充电加重。其成果是自放电小、电压高的单格VRLA蓄电池自放电越来越小,每次都能足够电,而自放电大的单格VRLA蓄电池自放电越来越大,每次都不能足够电,并且是容量越用越小,长时刻充电缺乏就会致使VRLA蓄电池硫化而失效。
PCL现象的呈现,使VRLA蓄电池寿数缩短,可靠性变差。如规划寿数可达20年的浮充用VRLA蓄电池,实践运用寿数仅有2～3年,大多数VRLA蓄电池的运用寿数也只要5年左右,而规划寿数为2～5年的动力用VRLA蓄电池只能用几个月。引起PCL的首要原因有3种形式:
①PCL-1(触摸问题)。在10～50次循环中,VRLA蓄电池容量忽然丢失,VRLA蓄电池的功能下降,这种状况被称为“无Sb效应”。呈现PCL-1的首要原因是板栅构成阻挡层引起的,这种不良导电层具有高的电阻,约束了活性物质的放电。经过对腐蚀层性质的研讨,改进了蓄电池的制作工艺,在很大程度上可解决此类问题。
在PbCa合金中参加Sn能显著地改进正板栅的腐蚀电阻,当Sn的参加量为1.5%时,极化电阻最低。Sn的效果机理是在板栅的次鸿沟上偏析以及被氧化成SnO,深化PbO中的SnO不产生化学反响,然后为充电时供给导电途径。许多添加Sn的含量可使板栅的抗腐才能添加,但却使出产成本上升,也会使板栅在涂板、固化和化成时构成结合力下降;
②PCL-2(活性物质的影响)。PCL-2是因为活性物质之间的触摸恶化,电阻添加而导致VRLA蓄电池容量丢失。在循环中,正极板活性物质胀大,放电越深、越快,活性物质胀大越快,容量丢失越快,跟着高倍率的放电和许多的过充电,使PCL-2现象变得更严峻。其原因不是一般所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质掉落,而是由多孔活性物质胀大引起颗粒之间相互阻隔构成的;
③PCL-3(负极影响)。PCL-3现象首要是因为负极充电困难,充电缺乏,构成负极板底部1/3处硫酸盐化,然后导致VRLA蓄电池容量丢失。PCL-3现象一般产生在200～250次循环时,导致VRLA蓄电池的低电压,这时过充电氧气生成、传输、化合都添加,使负极产生去极化效果,负极的极化电位下降。
跟着VRLA蓄电池技术研讨的不断深化,PCL问题在必定程度上得到缓解。温度对PCL也有必定的影响,但其影响机理及程度巨细,现在还不清楚,仍在进一步研讨中。但高温时,会使VRLA蓄电池中添加剂氧化失效,引起活性物质的表面积削减,使VRLA蓄电池容量下降加快。
3 容量过早的丢失(PCL)的修正办法
对容量过早丢失的VRLA蓄电池在规划制作过程中的解决办法是:操控正极板锡的含量。关于深循环的VRLA蓄电池,基本上选用1.5%～2%的锡含量。进步安装压力,电解液酸的含量不宜过高,不要经过过高的活性物质利用率来进步VRLA蓄电池容量。在运用中应防止开始充电电流接连过低,削减深度放电;防止过充电太多。
对产生前期容量丢失的VRLA蓄电池的康复办法是,首先是将开始充电电流添加到0.3C～0.5C,然后选用小电流补足充电,以小于0.05C的小电放逐电到0V。VRLA蓄电池电压到达标称电压一半今后的放电会很慢。这样重复几回,蓄电池的容量还可以康复,其次充满电的VRLA蓄电池最好放置在40～60℃条件下储存。
选用该办法前,必定要辨别VRLA蓄电池前期容量丢失是否是在前20个循环产生,假如关于中后期产生容量下降的VRLA蓄电池,选用这个办法只可以损坏蓄电池的正极板,而导致正极板软化。
4 结束语
蓄电池是UPS的核心部件,VRLA蓄电池的前期容量衰竭问题,是VRLA蓄电池呈现后的一种特别的铅酸蓄电池毛病,国内关于这一问题深化研讨进行的不多。本文经过剖析了VRLA蓄电池前期失效的原因,并提出VRLA蓄电池前期容量丢失(PCL)的修正办法,为防止UPS用VRLA蓄电池前期失效供给了对策,也为UPS用VRLA蓄电池安全运转供给了技术支持。
