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    湯淺蓄電池

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    公司新聞

    廣東湯淺電池放電試驗

    廣東湯淺電池放電試驗
    (1)放電試驗的必要性  
      放電試驗,也就是所謂核對湯淺蓄電池剩余容量的試驗。尤其是采用閥控電池后,是否需要,爭論較大。據我們所知,國外一些國家的直流系統設計無論是電力、航天、郵電等部門都有放電試驗回路。我國郵電系統對閥控電池的運行經驗及投運時間均比電力系統豐富和更早,也都有規定進行定期放電試驗?! ?/span>
      閥控電池由于酸比重較高和相應的浮充電壓也較高,從而導致極板的腐蝕速率可能高于非閥控鉛酸蓄電池。此外,閥控電池的水份損耗雖然較小,但畢竟還是要蒸發,而損失后卻又不能和普通電池一樣加水??紤]到極板的腐蝕和水份的蒸發是影響湯淺蓄電池壽命的二個主要因素,因此,閥控電池的浮充運行壽命將有可能縮短。當然,這里僅僅是講它的可能性?! ?/span>
      另外,由于制造工藝標準控制不嚴,板柵材料重量不等,涂膏層厚薄不勻,添加劑中有害雜質過多等等因素,也將會造成個別落后電池自放電率過大,從而影響湯淺蓄電池的壽命。由此可見,定期核對蓄電池剩余容量對閥控電池也是有意義的。從另一個角度來看,通過放電試驗,除了可以檢測蓄電池剩余容量外,還可以恢復個別落后電池容量,以達到減少電池間電壓的偏差值。由此看來,對閥控電池來說,檢測剩余容量的必要性大于防酸式鉛酸蓄電池,宜每年進行一至二次。
       ?。?)放電試驗的判據核對性放電的目的,是核對浮充運行電池的剩余容量?! ?/span>
      閥控電池放電時電壓若大于1.80V/個,而實放容量大于80%C10時,即認為該電池剩余容量大于80%C10,可繼續在線運行。即:以0.1I10A的放電電流連續放電8小時,其電壓大于1.80V/個,則可停止放電試驗,沒有必要進行100%的深放電?! ?/span>
      放電方法主要有二種,電阻放電法和反饋放電法?! ?/span>
     ?。?)電阻放電法  
      電阻放電法采用的電阻有水電阻和固態電阻兩種?! ?/span>
      水電阻雖然設備簡單,水和水缸及鹽,但每次放電時,操作進行比較復雜,大電流持續放電難度較大,一般只在中、小型容量的湯淺蓄電池回路中使用?! ?/span>
      但是一組專用的持續大電流固態放電電阻,其體積也不小,設備也繁簡不一,簡單的可采用電阻絲甚至大功率燈泡串并聯組成,再加上一些調壓器、電流表等。但放電試驗時,要有專人看管?! ?/span>
     ?。?)反饋放電法反饋放電法,早在70年代國內已有此產品,利用可控硅組成的逆變回路,將放電能量反饋到交流電源系統中去。但由于產品質量原因,該產品幾十年來很少有人使用。
    廣東湯淺電池放電試驗
    近年來,閥控式鉛酸蓄電池已經廣泛應用于各種大型數據中心作為大型UPS的后備電源。影響閥控式鉛酸湯淺蓄電池的壽命因素很多,其中,負極匯流排腐蝕最容易被忽視,但是它所產生的后果卻往往是最嚴重的。本文從負極匯流排腐蝕的危害、產生的原因和腐蝕機理進行探討,以引起對負極匯流排腐蝕問題的重視,并尋找出其有效的解決方法。  
      1 負極匯流排腐蝕現象及其原因  
      (1)負極匯流排腐蝕的現象與危害  
      負極匯流排腐蝕(Negative group bar corrosion,NGBC)指的是閥控式鉛酸蓄電池的負極匯流排脫落或斷裂引起蓄電池失效。  
      負極匯流排腐蝕主要發生在蓄電池連續充電期間(浮充電期間),因此其發生時間往往是在電池使用15~48個月之內。由于負極匯流排的腐蝕期比較長,這會導致電池失效不能被及時發現,往往會出現電池突然失效的情況,由此造成的損失是不可挽回的。
     其主要表現為:  
     ?、匐姵厥褂闷谙蕹^18~20個月;  
     ?、谌萘客蝗黄?尤其在高倍率放電時;③浮充電壓偏高;  
     ?、荛_路時的內阻偏高,電壓偏低;當有以上幾個表現時,湯淺蓄電池有發生匯流排腐蝕的可能性。在分析具體失效原因時,需要對電池進  
      行解剖,才能更加準確地判斷是否發生了負極匯流排腐蝕?! ?/span>
      (2)引起負極匯流排腐蝕的原因  
      負極匯流排常出現在閥控式鉛酸電池中,而產生的原因主要有以下幾種:  
     ?、偈R流排陰極防腐保護  
      由于“陰極腐蝕保護”的存在,電池在浮充期間負極板柵以及與其相連的極耳、匯流排等導電部件都不會被腐蝕。因為,在Pb/PbSO4平衡電位下,在此電位區間內Pb是穩定的,負極不會產生Pb+2。要保持這種平衡狀態,必須將匯流排與極耳浸沒在電解液之中?! ?/span>
      然而,閥控湯淺蓄電池是電解液固定的,匯流排不能浸在電解液中,使得負極匯流排由于失去“陰極腐蝕保護”而被腐蝕?! ?/span>
     ?、趨R流排中摻雜的雜質  
      當匯流排合金中摻雜著過多含量的雜質后,則會降低匯流排的合金Pb/PbSO4的過電位,使得負極匯流排腐蝕加劇?!?/span>
     ?、鄱嗫椎你U基結構  
      多孔性的鉛基結構會使電解液滲入到匯流排與極耳之中,由于負極失去了“陰極腐蝕保護”的作用,使得腐蝕現象不僅發生在匯流排的表面,而且發生在匯流排內部?! ?/span>
     ?、芎附拥牟痪鶆蛐浴 ?/span>
      手工焊接的不均勻性,產生內部結構的不均勻性,同時,合金成分也會發生不均勻性問題。結構和成分的不均勻性會嚴重導致匯流排的整體電位的不一致,從而導致了匯流排發生腐蝕。另外,手工焊接是非整體焊接技術,在匯流排與極耳之間存在著間隙,而往往沿著這些間隙發生腐蝕,使得匯流排腐蝕而斷裂。
    2 負極匯流排腐蝕機理解析  
      閥控式鉛酸湯淺蓄電池的電解液固定,電解液爬升到匯流排表面的距離也將大大伸長,而匯流排表面的氧氣加劇了氧化還原反應,使得原先的陰極腐蝕保護失去作用。圖2給出了負極匯流排腐蝕機理的解析圖。
    廣東湯淺電池放電試驗
    區域(1)  
      Pb相對于電解液膜的電位低于Pb/PbSO4的平衡電位。此時,鉛的價態是穩定的,在此區域內只會發生由正極擴散過來的O2與H+離子之間的氧化還原反應,見式(1)  
      氧還原 O2+4H++4e-→2H2O(1)  
      由于匯流排或者極耳處發生了氧化還原反應,因此,沿著電解液潤濕膜產生了相應的電流,在此區域內產生了一個電壓降,從而導致了電位沿著電解液膜上部電位向較負的電位偏移?! ?/span>
      區域(2)  
      此區域內,當鉛(Pb)和電解液膜之間的電位達到甚至高過Pb/PbSO4的平衡電位時,Pb的價態將不再穩定,氧化還原反應的平衡將偏向PbSO4的方向,見式(2)  
      氧還原O2+4H++4e-→2H2O  
      鉛腐蝕2Pb+2H2SO4→2PbSO4+4H++4e-  
      總反應2Pb+O2+2H2SO4→2PbSO4+2H2O  
      (2)此區域內不僅有氧氣與鉛的氧化還原反應,導致電位沿著電解液膜往上變得越來越正(文獻表明,增加了200mV之多),最嚴重時將超過Pb/PbSO4的平衡電位。因此,持續不斷地腐蝕將加劇反應,使得負極的鉛不斷地參與反應?! ?/span>
      區域(3)  
      此區域內,由于缺少HSO4-離子,不能生成PbSO4,所以Pb只能被氧化,生成PbO,見式(3)  
      氧還原O2+4H++4e-→2H2O  
      鉛腐蝕2Pb+2H2O→2Pb(OH)2+4H++4e-  
      總反應2Pb+O2+2H2O→2Pb(OH)2  
      (3)由于缺少電解液,接近中性區域的氣體使得Pb(OH)2轉化成PbO,并最終停止進一步氧化?! ?/span>
      3 解決負極匯流排腐蝕的方法  
      在閥控式鉛酸蓄電池中,由于其本身的結構與特性決定了負極匯流排腐蝕很難被有效地徹底改進。目前,解決這一問題的方法主要有以下幾種?! ?/span>
      (1)采用鑄焊技術  
      鑄造匯流排并將極耳、極柱等部件組合地焊接在一起,這種加工稱做鑄焊(Castonstraps,簡稱COS技術)。由于COS技術采用整體焊接的方式,能夠有效地保證負極匯流排的整體結構與合金成分的均勻性,可以避免在匯流排與極耳焊接處與匯流排內部的腐蝕?! ?/span>
      (2)耐腐蝕合金技術  
      由于銻能促進氧的氧化還原反應,而匯流排中如果添加銻,則會加速這種腐蝕反應,因此往往采用無銻合金,主要采用鉛錫合金,這樣也能明顯地減少腐蝕作用?! ?/span>
      (3)放置潤濕酸液的隔板或者氈片  
      為了能夠產生使匯流排表面有“陰極腐蝕保護”,可以在蓄電池制造過程中,在負極匯流排的表面放置一片浸有酸液的隔板,使得湯淺蓄電池表面保持一定的酸度,在負極產生“陰極腐蝕保護”的作用?! ?/span>
      采用方法(3)只是一種補救的辦法,并不能徹底解決負極匯流排腐蝕的問題,而采用方法(1)與(2)則將會從原理上解決這一難題?! ?/span>
      4 結束語  
      目前,在大型數據中心中,蓄電池基本上都處于長期浮充中,而且其放電是高倍率放電,這些條件都使得在大型數據中心中蓄電池的負極匯流排腐蝕問題更不能被忽視。因此,在大型數據中心的蓄電池應用中,應該重視電池制造上是否擁有解決這些問題的技術,從而提高湯淺蓄電池的使用壽命。
     

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