蓄電池是UPS、EPS、直流屏等系統中的一個重要組成部分,如果能夠正確使用和維護,就會延長其使用壽命,反之壽命會大大縮短,給用戶造成不必要的損失。
1 蓄電池的種類
1.1 按用途分
①啟動用蓄電池,供各種汽車、拖拉機、柴油機起動和點火、照明用。起動時要求大電流放電,要求能低溫起動、電池內阻小;
②固定型防酸式蓄電池,用于發電廠、變電所、通訊、醫院等作為保護、自動控制、事故照明、通訊等備用電源。電解液稀、壽命長、浮充使用;
③牽引用蓄電池,用于各種蓄電池車、****車、鏟車、礦用電機車等。作為電動牽引及照明電源用;要求厚極板、容量大、以3～5h率充放電循環使用;
④其它用蓄電池，大小容量不等,放電率多種多樣。
1.2 按鉛酸蓄電池的荷電狀態分
①干放電態(極板為放電態,放在無電解液的蓄電池槽中;開始使用時應灌入電解液,并進行較長時間的初充電后方可使用);
②干荷電態(極板處于干燥的充電態的無電解液的蓄電池槽中,使用時灌入電解液,不需初充電即可使用);
③帶液充電態(充電態帶電液的蓄電池);
④濕荷電態(充電態,部分電解液吸附在極板和隔膜中,使用時灌入電液,不需要充電。貯存時間不及干荷電態蓄電池時間長);
⑤免維護蓄電池(充電態帶液電池,在規定的工作壽命期間不需要維護加水,自放電率很小);
⑥少維護蓄電池(充電態帶液電池,在規定的工作壽命期間只需要少量維護,較長時間內加一次水)
1.3 按電池蓋和排氣栓的結構分
①開口式(無永久性蓋子,產生的氣體可以自由逸出,只裝有與殼體不固定的蓋板,以減少酸霧,現幾乎被淘汰)；
②排氣式(電池殼體與電池蓋固定在一起;蓋的注酸口裝有排氣栓);
③防酸隔爆式(電池蓋上裝有防酸阻火栓,允許電池排氣,但酸霧不逸出,遇有外界火源時電池內部不燃燒、不爆炸);
④防酸消氫式(裝有催化栓,可使電池析出的氫氧重新化合為水,返回電池。同時具有防酸防暴功能)；
⑤閥控式密閉蓄電池(蓄電池密閉,不需要加水,裝有安全閥,電池內壓力過大時可排出氣體,外界氣體不能進入電池內部,該種蓄電池是免維護蓄電池)。
2 鉛酸蓄電池的使用
UPS、EPS、直流屏等一些設備考慮到負載條件、使用環境、使用壽命及成本等因素,一般會選擇鉛酸免維護蓄電池,如德國陽光、德國松樹、GNB、廣東湯淺、廣東志成冠軍、沈陽松下、上海大力神等或其他品牌優質免維護電池。千萬不要貪圖便宜選用劣質電池,這樣會影響整個系統的可靠性,并可能因此造成更大的損失。
2.1 鉛酸免維護蓄電池使用前的檢查
鉛酸免維護蓄電池有自放電現象,如果長期放置不用(一般放置六個月以上,自放電為50%),會使能量損失掉,因此需定期進行充放電。維護人員可以通過測量電池開路電壓來判斷電池的好壞,以12V電池為例,若開路電壓高于12.5V,則表示電池儲能還有80%以上,須充電10小時以上;若開路電壓為12～12.5V之間,則應該立刻進行補充充電,須充電13～24小時;若開路電壓低于12V,則表示電池存儲電能不到20%,須充電48小時以上。充電完后測開路電壓應在13V左右。故存放時,建議用戶不要放置太長時間，有條件的用戶建議3個月做一次充放電，以保證電池的容量達到理想值。使用前,查看外表,看看接線柱是否被氧化，是否需要打磨;再看看蓄電池外表是否干凈,如有灰塵應用干布擦干凈。
2.2 鉛酸免維護蓄電池使用中的檢查
免維護電池由于采用吸收式電解液系統,在正常使用時不會產生任何氣體,但是如果用戶使用不當,造成電池過充電,就會產生氣體,此時電池內壓就會增大,會將電池上的壓力閥頂開,嚴重的會使電池鼓脹、變形、漏液甚至破裂,這些現象都可以從外觀上判斷出來,如發現上述情況應立即更換電池。如果有條件,可以裝上蓄電池在線檢測系統,用以查看電池的電壓、內阻、溫度等變化。
2.3 鉛酸免維護蓄電池使用中的保養
雖然免維護電池在使用時不需要人工進行專門的維護工作,但是在使用時還是有一定的要求,如果使用不當會影響電池的使用壽命。影響電池使用壽命的因素有以下幾點:安裝、溫度、充放電電流、充電電壓、放電深度和長期充電等。
①電池安裝
電池應盡可能安裝在清潔、陰涼、通風、干燥的地方,并免受陽光、加熱器或其他輻射熱源的影響。電池應正立放置,不可傾斜角度。每個電池間端子連接要牢固。連接時不同容量、不同性能、不同新舊、不同廠家的蓄電池不應連接在一起使用。電池在連接時,應該使用絕緣工具,以防意外造成正負極短路,燒毀電池。蓄電池與充電器或負載聯接時,電路開關一定要處于斷開位置。連接用的螺母、螺栓、墊圈與連接線應松緊適度、均勻,避免螺絲松動和過緊。
②環境溫度
環境溫度對電池的影響較大,環境溫度過高,會使電池過充電產生氣體;環境溫度過低,則會使電池充電不足,一般要求環境溫度在25℃左右。
③充電
充電分為初充電、正常充電、均衡充電等幾種。
初充電,新電池的首次充電稱為初充電,目的在于使電池在裝配過程中被氧化的極板活性物質還原,增加活性物質含量,提高電池的放電性能。
正常充電,對已經放過電的電池進行充電稱為正常充電。
浮充電,電池組與充電電源并聯后連接到負載上,當交流電源正常時,整流器將交流電整流為直流電后,一面給蓄電池充電,一面經逆變器將直流電再轉換為交流電為負載供電。當交流電源中斷時,蓄電池的直流電立即經逆變器轉換為交流電給負載供電,以保證供電的連續性。這種蓄電池充電稱為浮充電。
均衡充電,電池在使用的過程中,往往會產生比重、容量、電壓等不均衡現象。導致電池組輸出電壓過低,輸出電量過小。為此,對電池組進行過充電,使電池組中的每個單體電池都處于充足電狀態,這一充電過程稱為均衡充電。
無論使用那種充電方法,都應該注意按照廠家產品說明,控制充電電壓和電流,以防過壓和過流導致蓄電池性能下降和壽命縮短或損壞。
在電源系統中,電池總是在線備用工作的,這樣電池基本上處于長期的浮充狀態中,浮充電壓的選取對電池的長期可靠運行起著至關重要的作用,正如前面說到的,偏高的浮充電壓會造成電池緩慢失水并產生熱失控使電池失效;偏低的浮充電壓會造成電池長期處于充不飽的狀態,使電池發生硫酸化而導致電池失效。正確的浮充電壓一般應選在2.23V/單體,并應隨同電池工作溫度進行相應調整,由于電池生產廠家的不同,這一參數會有一些差異,應嚴格按照廠家提供的參數選取。
在一個電池組中,電池總是串聯充電的,由于電池存在個體差異，每個電池的端電壓不會嚴格一致，為保證電池組中每個電池的長期安全運行,必須保證電池組中每個電池的浮充電壓都處于正常的范圍。均衡充電是經常采用的方法,通過適當的過充電來保證電池組中落后電池充足電。這一方法由于要對電池組過充電,應限制使用,應使用單個電池補充充電代替均衡充電，如果必須對電池組進行均衡充電，必須嚴格控制均衡充電電壓。均衡充電的電壓應嚴格按照電池生產廠的規定選取。
④放電
放電電流不宜過大,更要避免短路放電。一般按C10～C20安時數放電,具體講,如50Ah的電池,用C10(5安培的電流)進行放電,放10小時截止,能達到充分活化電池的目的,同時能檢驗電池的容量是否足夠(有些電池廠家要求用C20方式放電,相應放電時間延長一倍)。
放電時,蓄電池端電壓不要低于終止電壓,以防蓄電池過度放電導致蓄電池性能下降和壽命縮短。放電后,應該及時充電。不允許蓄電池在放電狀態下長時間擱置。
⑤放電深度
放電深度對電池使用壽命的影響非常大,電池放電深度越深,其循環使用次數就越少,因此在使用時應避免深度放電。
⑥定期保養
電池在使用一定時間后應進行定期檢查,如觀察其外觀有否異常,測量各電池的電壓是否均衡等;如果市電長期不停電,電池會一直處于浮充電狀態,這樣會使電池的活性變差,因此即使不停電,UPS也需要定期進行放電試驗以便保持電池活性。條件允許的話放電試驗可安排三到六個月進行一次,做法是UPS帶載(最好在50%以上),然后斷開市電,使UPS處于電池放電狀態,放電持續時間視電池容量而言一般為幾分鐘至幾十分鐘,放電后恢復市電供電,繼續對電池充電。
3 鉛酸蓄電池的失效機理
3.1 電池失水
鉛酸蓄電池失水會導致電解液比重增高,導致電池正極柵板的腐蝕,使電池的活性物質減少,從而使電池的容量降低而失效。
鉛酸蓄電池密封的難點就是充電時水的電解。當充電達到一定電壓時(一般在2.30V/單體以上)在蓄電池的正極板上放出氧氣,負極板上放出氫氣。一方面釋放氣體帶出酸霧污染環境,另一方面電解液中水份減少,必須隔一段時間進行補加水。閥控式鉛酸蓄電池就是為克服這些缺點而研制的產品,其產品特點為:
①采用多元優質板柵合金,提高氣體釋放的過電位。即普通蓄電池板柵合金在2.30V/單體(25℃)以上時釋放氣體。采用優質多元合金后,在2.35V/單體(25℃)以上時釋放氣體,從而相對減少了氣體釋放量。
②讓負極有多余的容量,即比正極多出10%的容量。充電后期正極釋放的氧氣與負極接觸,發生反應,重新生成水,使負極由于氧氣的作用處于欠充電狀態,因而不產生氫氣。這種正極的氧氣被負極鉛吸收,再進一步化合成水的過程,即所謂陰極吸收。
③為了讓正極釋放的氧氣盡快流通到負極，必須采用和普通鉛酸蓄電池所采用的微孔橡膠隔板不同的新超細玻璃纖維隔板。其孔率由橡膠隔板的50%提高到90%以上，從而使氧氣易于流通到負極,再化合成水。另外，超細玻璃纖維板具有吸附硫酸電解液的功能，因此閥控式密封鉛酸蓄電池采用貧液式設計，即使電池傾倒，也無電解液溢出。
④采用密封式閥控濾酸結構,使酸霧不能逸出,達到安全、保護環境的目的。
在上述陰極吸收過程中,由于產生的水在密封情況下不能溢出,因此閥控式密封鉛酸蓄電池可免除補加水維護,這也是閥控式密封鉛酸蓄電池稱為免維電池的由來。
閥控式密封鉛酸蓄電池均加有濾酸墊，能有效防止酸霧逸出。但密封蓄電池不逸出氣體是有條件的，即:電池在存放期間內應無氣體逸出;充電電壓在2.35V/單體(25℃)以下應無氣體逸出;放電期間內應無氣體逸出。但當充電電壓超過2.35V/單體時就有可能使氣體逸出。因為此時電池體內短時間產生了大量氣體來不及被負極吸收，壓力超過某個值時，便開始通過單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經過濾酸墊濾掉了酸霧，但必竟使電池損失了氣體，所以閥控式密封鉛酸蓄電池對充電電壓的要求是非常嚴格的，不能造成過充電。
3.2 負極板硫酸化
電池負極柵板的主要活性物質是海棉狀鉛，當閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時，電池的負極柵板上的海棉狀鉛會失去活性，不能再參與化學反應，這一現象稱為活性物質的硫酸化，硫酸化使電池的活性物質減少，降低電池的有效容量,也影響電池的氣體吸收能力，久之就會使電池失效。
為防止硫酸化的形成,電池必須經常保持在充足電的狀態。
3.3 正極板腐蝕
由于電池失水,造成電解液比重增高,過強的電解液酸性加劇正極板腐蝕,使正極板孔隙率增高,電解液相對變少,極板活性物質變少,電池容量變低。防止極板腐蝕必須注意防止電池失水現象發生。
3.4 熱失控
熱失控是指蓄電池在恒壓充電時,充電電流和電池溫度發生一種累積性的增強作用,并逐步損壞蓄電池。造成熱失控的根本原因是:
普通富液型鉛酸蓄電池由于在正負極板間充滿了液體,無間隙,所以在充電過程中正極產生的氧氣不能到達負極,從而負極未能去極化,較易產生氫氣,隨同氧氣逸出電池。因為不能通過失水的方式散發熱量,閥控式密封鉛酸蓄電池過充電過程中產生的熱量多于富液型鉛酸蓄電池,所以較易發生熱失控。
浮充電壓是蓄電池長期使用的充電電壓,是影響電池壽命至關重要的參數。一般情況下,浮充電壓定為2.23V/單體(25℃)比較合適。如果不按此浮充范圍工作,而是采用2.35V/單體(25℃),則連續充電4個月就會出現熱失控;或者采用2.30V/單體(25℃),連續充電6～8個月也會出現熱失控;要是采用2.28V/單體(25℃),則連續充電12～18個月就會出現嚴重的容量下降,進而導致熱失控。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣,電池容量下降,最后失效。