閥控密封式鉛酸蓄電池(以下簡稱為閥控蓄電池)，具有體積小、使用安全性高、放電性能好、維護量小等特點，使其在很多應(yīng)用領(lǐng)域迅速取代了傳統(tǒng)的防酸隔爆式蓄電池。閥控蓄電池的設(shè)計壽命一般大于5年，長可以達到20年以上，由于其結(jié)構(gòu)特點，閥控蓄電池的效率和壽命比傳統(tǒng)的防酸隔爆蓄電池更容易受環(huán)境的變化、使用條件等因素的影響。MICHAEL R．MOORE通過對超過7萬5千只閥控蓄電池近10年的研究表明，閥控蓄電池的實際使用壽命為4～8年，遠低于其10～20年的設(shè)計使用壽命。有必要從閥控蓄電池的原理出發(fā)，論述各種影響蓄電池容量和壽命的因素，以便可以對蓄電池進行更好地維護，延長其使用壽命，降低因蓄電池失效所帶來的安全風(fēng)險。NP100-12

l 閥控蓄電池發(fā)展

MF、SLA、VRLA都是國內(nèi)外對閥控蓄電池陸續(xù)使用過的稱謂。MF(Maintenance—Free)是免維護蓄電池的簡稱；SLA(Sealed Lead—AcidBattery)是密封鉛酸蓄電池的簡稱；VRLA(ValveRegulated Lead—Acid Battery)直譯應(yīng)為閥控式鉛酸蓄電池，在一些文獻中也采用了其直譯名稱，國標GBT 19638．2—2005固定型閥控密封式鉛酸蓄電池中譯為閥控密封式鉛酸蓄電池。這是閥控蓄電池的當(dāng)今的名稱。從MF、SLA到VRLA，不僅是名稱的改變，也說明了閥控蓄電池的發(fā)展歷程。

早期的“免維護蓄電池”MF，是指蓄電池所用期不需加水、補酸。蓄電池免維護技術(shù)的應(yīng)用可追溯到20世紀30年代。1935年美國為的目的，將Pb—Ca合金柵應(yīng)用于需要低自放電率(浮充)場合。70年代中期，美國的Gates公司推出了現(xiàn)代MF電池。80年代，由于先進的冶金、化工新技術(shù)引入電池行業(yè)中使MF電池更加完善，出現(xiàn)了SLA一密封鉛酸蓄電池的稱謂。SLA除了采用電池內(nèi)部氣體復(fù)合技術(shù)外，還對電池結(jié)構(gòu)進行了改進，采用單向氣閥，使電池達到密封。隨著排氣閥(安全閥)的日益完善，特別是有比較準確的開、閉閥壓力，閥成了氣體復(fù)合與防泄漏、密封的主要部件。稱為VRLA(ValVe Regulated Lead—Acid Battery)閥控密封式鉛酸蓄電池

2 運行維護標準

閥控蓄電池的運行維護標準主要有IEEE標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)1996年發(fā)布了IEEE標準1188一1996 IEEE推薦的對固定使用的閥控蓄電池的維護、試驗和更換標準，2005年對該標準進行了修訂后重新發(fā)布。修訂改動內(nèi)容不多，主要對其中蓄電池核定性充放電周期、內(nèi)阻(電導(dǎo))測試等部分做了調(diào)整。我國2000年發(fā)布了電力行業(yè)標準，DL／T724—2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程。國家電網(wǎng)公司2004年底發(fā)布了企業(yè)內(nèi)部的《直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范》，其中包含了對閥控蓄電池的運行維護的規(guī)定。

3 原理、結(jié)構(gòu)及其特點

1)閥控蓄電池的結(jié)構(gòu)和原理

閥控蓄電池由極板、隔板、防爆帽、外殼等部分組成，采用全密封、貧液式結(jié)構(gòu)和陰極吸附式原理，在電池內(nèi)部通過實現(xiàn)氧氣與氫氣的再化合，達到全密封的效果。閥控蓄電池按固定硫酸電解液的方式不同而分為兩類，即采用超細玻璃纖維隔板(AGM)來吸附電解液的吸液式電池和采用硅凝膠電解質(zhì)(GEL)的膠體電池。這兩類閥控蓄電池都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。所謂陰極吸收是讓電池的負極比正極有多余的容量。當(dāng)蓄電池充電時，正極會析出氧氣，負極會析出氫氣，正極析氧是在正極充電量達到70％時就開始了，負極析氫則要在充電到90%時方開始，析出的氧到達負極，跟負極起下述反應(yīng)：2Pb+O2=2PbO；2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。通過這兩個反應(yīng)，達到陰極吸收的目的。再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。AGM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液，隔膜保持有10％的孔隙不被電解液占有，正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。Gel膠體密封鉛蓄電池內(nèi)的硅凝膠的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要收縮，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負極板之間，給正極析出的氧提供了到達負極的通道。兩種閥控蓄電池遵循相同的氧循環(huán)機理，所不同的僅是為氧達到負極建立通道的方式不同。

2)閥控蓄電池的特點

與防酸隔爆式蓄電池相比，閥控蓄電池有以下特點：

(1)固定的電解液，增進氧氣從正極向負極的擴散。

(2)內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)和自動開關(guān)的安全閥。蓄電池在內(nèi)部壓力下工作，以促進氧氣的再化合。蓄電池內(nèi)部壓力增加到一定程度時，安全閥自動打開排氣；而當(dāng)氣壓將低到規(guī)定限度以下時，安全閥自動關(guān)閉。

(3)改進的板柵材料。閥控蓄電池的正極板用高純度的鉛銻合金制成，負極板用高純度的鉛鈣合金支撐，這樣的結(jié)構(gòu)可減少電腐蝕的程度

(4)較堅硬的外殼。由于閥控蓄電池的外殼要承受一定的內(nèi)部壓力，故外殼采用高強度耐壓防爆的材料制成，使得外殼更加堅固耐用。

(5)不需加水、補酸。閥控蓄電池的閥控密封結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的氧循環(huán)機制使得其電解液損失小，在使用期間無需加水、補酸。

(6)安裝占用空間小，可分層安裝在電池架上或電池屏內(nèi)。

(7)對環(huán)境污染小。運行期間酸霧和可燃氣體逸出少。

(8)對使用環(huán)境要求較高，受環(huán)境溫度影響大。

4 失效的機制

閥控蓄電池是一個復(fù)雜的電化學(xué)體系，其性能和壽命取決于制備電極的材料、工藝、活性物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)、電池運行狀態(tài)和條件等。它的失效因素主要有如下幾種。

1)正極板的腐蝕

對浮充電使用的電池，板柵腐蝕是限定電池壽命的重要因素。在電池過充電狀態(tài)下，正負極板上反應(yīng)如下\

3)均衡充電

頻繁進行均衡充電都對蓄電池組不利，具體應(yīng)遵守制造廠的規(guī)定，還需要結(jié)合蓄電池組的運行狀況，對其當(dāng)前狀態(tài)進行評估后，確定是否應(yīng)進行均衡充電。不建議將直流系統(tǒng)的均衡充電設(shè)置為三個月自動進行。

對個別落后的蓄電池，應(yīng)對單電瓶進行均衡充電處理，使其恢復(fù)容量，若處理無效，應(yīng)更換。不宜采用對整組蓄電池進行均衡充電的方法處理個別落后蓄電池，防止多數(shù)正常電池被過度充電。

4)不一致性及其改善措施

蓄電池的不一致性是指同一規(guī)格型號的單體蓄電池組成電池組后，其電壓、荷電量、容量及其衰退率、內(nèi)阻及其隨時間變化率、壽命、溫度影響、自放電率及其隨時間變化率等參數(shù)存在一定的差別，其對外表現(xiàn)為串聯(lián)使用時的單瓶浮充電壓的差別。蓄電池成組前經(jīng)過篩選電池的一致性較好，經(jīng)過一段時間的使用后也會出現(xiàn)差異，其不一致性隨著其單瓶浮充電壓的差別增加而逐漸加重，呈現(xiàn)惡性循環(huán)，從而造成整組蓄電池壽命的下降。造成蓄電池不一致的原因主要由電池及電池組設(shè)計引起的差異、初期性能的差異、使用過程中出現(xiàn)的差異等。

傳統(tǒng)的改善蓄電池一致性的方法是整組均衡充電，這種均衡的代價是對電壓高的蓄電池造成損害，尤其是閥控蓄電池因其貧液結(jié)構(gòu)，易產(chǎn)生失水、熱失控等現(xiàn)象。對均衡充電的改進的方法是進行單瓶的均衡充電維護，有一定的效果，但缺點是需要將蓄電池退出系統(tǒng)，操作費時費力且無法根本解決問題。目前解決運行中蓄電池不一致較先進的的方法是蓄電池的主動均衡技術(shù)，其原理是在蓄電池組加裝均衡器，通過外回路來強制將單瓶的充電電壓差控制一定范圍內(nèi)，對2V的蓄電池一般控制在lOmV內(nèi)。

5)閥控蓄電池的在線監(jiān)測

由前面的討論可知閥控蓄電池的失效模式比常規(guī)電池多，對其進行監(jiān)測的必要性也更加迫切。監(jiān)測裝置對閥控蓄電池的溫度、電壓過高，充電電流過大，個別電池短路、深度放電時個別電池電壓過低等重要故障應(yīng)能及時檢測并發(fā)出告警，以便及時采取措施。隨著蓄電池在線維護技術(shù)的發(fā)展，蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)逐漸融合了對蓄電池的維護功能，例如對蓄電池進行容量測試、在線對蓄電池組進行單瓶的內(nèi)阻測量、蓄電池的主動均衡等。

7 結(jié)束語

影響閥控蓄電池壽命的因素有很多，主要因素是溫度和充電方式。了解閥控蓄電池失效的原因和影響其壽命的主要因素，便于我們根據(jù)閥控鉛酸蓄電池的特點，針對影響閥控蓄電池使用壽命的主要因素，不斷提高維護的水平。通過檢測和維護，早期診斷來預(yù)防閥控蓄電池可能出現(xiàn)的故障，提高變電站直流系統(tǒng)的運行可靠性。