閥控鉛酸蓄電池幾種常見故障的分析與處理

宋 莉

（西安電信分公司，陜西 西安710004）

通信電源是向通信設備提供交流、直流的電能源，是整個通信網的能量保證，通常被稱為通信設備的心臟，具有無可比擬的重要地位。通信系統中絕大部分設備所需的是直流電源，并要求安全、可靠、高效、穩定、不間斷向通信設備提供能量。直流供電是整個通信電源系統中的核心。而在直流供電系統中，閥控鉛酸蓄電池組的供電是直流供電系統最后的屏障，所以閥控鉛酸蓄電池組維護的好壞是整個直流供電系統的重要保障。筆者根據在通信電源實際維護工作中的經驗，就閥控鉛酸蓄電池經常出現的一些故障進行分析和探討。

1 VRLA蓄電池早期失效故障分析與處理

早期失效故障指的是一些VRLA蓄電池組僅使用數月，其容量就已低于額定容量的80%，提前終止了VRLA蓄電池的使用。早期失效的原因主要有兩個方面：

（1）VRLA蓄電池設計欠妥，生產工藝和原材料不合格。

（2）維護工作跟不上，在VRLA電池使用過程中不注意維護，使其性能迅速變差。

在維護工作中，為了避免VRLA蓄電池早期失效故障，通常在新蓄電池組裝入系統之前進行一次檢查性深度放電，即以10小時率放電電流放電至1.8 V（2 V的VRLA蓄電池）或10.8 V（12 V的VRLA蓄電池）左右，然后再給VRLA蓄電池組充足電，將其并入直流供電系統中運行。如果該組中每只蓄電池放電終止前的電壓差別不大，比較均勻，則該組蓄電池的性能一定不錯；若其中有個別蓄電池端電壓下降得很快，則它很可能是落后的蓄電池，必須查明原因并采取措施。

對于早期容量損失的VRLA蓄電池的恢復方法是：首先將起始充電電流增大到0.3～0.5 C／A，當單只蓄電池的端電壓到2.35～2.38 V（2 V的VRLA蓄電池）后，采用0.05 C／A小電流補充充足電，再以小于0.05 C／A小電流放電到0，反復幾次，蓄電池的容量可以恢復。采用該方法的VRLA蓄電池的早期容量損失是在前20個循環內發生的，對于使用中壽命后期發生容量損失的蓄電池，不可以采用此方法。采用此方法后將破壞蓄電池正極板，導致正極板軟化。

2 VRLA蓄電池變形故障的分析與處理

VRLA蓄電池變形是由于蓄電池內部氣體壓力過高造成的。

VRLA蓄電池在充電時發生如下反應，

隨著充電的進行，VRLA蓄電池電極電位逐漸上升，硫酸濃度逐漸升高。當充電到容量的80%左右時，進入高壓充電區，這時在正極板上首先析出氧氣，氧氣通過隔板中的孔隙到達負極，在負極發生氧復合反應；

反應時產生大量熱量，當充電容量達到90%以上時，氧氣發生量越來越大，負極也開始產生氫氣，氣體量增加，使得VRLA蓄電池內部壓力超過安全閥開閥壓力，安全閥打開，氣體逸出，最終表現為失水。

隨著循環次數的增加，水分子逐漸減少，其結果VRLA蓄電池就會出現：

（1）氧氣“通道”變得暢通，正極產生的氧氣很容易經過“通道”到達負極。

（2）在VRLA蓄電池中熱容最大的是水，水損失后熱容大大減小，充電時產生的熱量使蓄電池的溫度升高很快。

（3）失水后，VRLA蓄電池中的隔板會發生收縮現象，它與正極的附著力變差，部分區域出現脫落現象，使得蓄電池內阻加大。在充放電過程中發熱量加大，而蓄電池內部產生的熱量只能經過殼體向外散發，如散發的熱量小于發熱量，溫度快速上升形成熱失控，當溫度達到80℃以上時，VRLA蓄電池的殼體將會變形。

若是一組VRLA蓄電池同時變形，應著重檢查充電時充電參數。若一組VRLA蓄電池中只有一只或兩只變形，其原因：

（1）該只蓄電池因過充電而引起的變形。

（2）該蓄電池出現極板不可逆硫化，內阻增加充電時發熱而引起的變形。

解決VRLA蓄電池變形的方法：

（1）在保證不漏液的前提下盡可能多加電解液，以延遲或避免熱失控現象的產生，確保在正常使用壽命期間電解液的飽和度。

（2）避免產生內部短路，微短路或帶有短路傾向的產生。

（3）檢查充電參數，在使用過程中應防止過充電發生，盡量縮短蓄電池在“高電壓區”的充電時間。

（4）保證VRLA蓄電池有一個良好的散熱環境，有效的預防其殼體變形。

（5）要保證VRLA蓄電池使用過程中安全閥動作的可靠性。

3 VRLA蓄電池漏液故障的分析與處理

VRLA蓄電池發生漏液故障除了運輸、搬運造成的機械損傷外，主要是由于制造缺陷引起的，如電解液注入量過多，密封不嚴，密封材料不合格和密封材料老化等。

通過長期對蓄電池的使用和觀察，發現已投入使用的VRLA蓄電池易漏部位主要在殼蓋之間的密封處，安全閥處以及極柱端子密封處。

常見的漏液現象有：

（1）上蓋與底槽之間密封不好或因碰撞而使封口膠開裂造成的漏液。

（2）安全閥滲酸漏液。

（3）接線端處滲酸漏液。

（4）其他部位出現的滲酸漏液。

VRLA蓄電池發生漏液故障的解決方法：

（1）由于VRLA蓄電池在充電后期有氧氣生成，在一定壓力下，上蓋與底槽之間密封不好或封口膠開裂，氧氣就會帶著酸霧通過細微的通道逸出，產生漏液。出現這種現象時，將表面清潔干凈，先采用熱熔方式密封，再用密封膠密封，使殼蓋融為一體，密封更加可靠。

（2）對于安全閥漏液，一是采用耐老化的橡膠墊，二是定期更換安全閥，保證安全閥的可靠性，一般為每三年更換一次較為適宜。

（3）極柱漏液，這是最常見的故障現象。VRLA蓄電池在安裝一年以上時，就會有個別極柱端產生漏液，使用3～5年后極柱端產生漏液就比較多了。通過解析發現極柱已被腐蝕，硫酸沿著腐蝕通道在內部氣壓作用下流到端子表面產生漏液，腐蝕產生的氧化鉛和硫酸鉛堆積在極柱下方，正極柱腐蝕速度大于負極柱，正極漏液嚴重。目前的處理方法是，首先將極柱表面的腐蝕物處理干凈，一是增加密封膠層高度，延緩腐蝕漏液時間。二是采用橡膠壓緊密封，阻斷氧氣通道，減緩腐蝕速度，使VRLA蓄電池在使用壽命期內漏液現象減少。

4 VRLA蓄電池失水及干涸失效故障分析與處理

失水是VRLA蓄電池特有的故障，這與它的貧液結構有關。在理想情況下VRLA蓄電池在充電時正極板產生的氧氣可通過隔板通道傳送到負極表面還原為水，重新回到系統中，實現氧的循環復合，無需添加水。但是，在實際使用中，水分的損失是不可避免的，其原因為：

（1）氣體復合不完全，有2%～3%的氧氣從蓄電池內部析出，其量雖小，但是數年累計下來其量就很可觀，蓄電池中酸量就相對增加，氣體復合率會進一步降低。

（2）VRLA蓄電池密封不好或安全閥開啟壓力設置得過低是造成充電時氧氣逸出的重要原因。

（3）VRLA蓄電池一直在浮充狀態下工作，浮充電壓選得偏高或蓄電池溫度升高時沒有及時將浮充電壓調下來，使得蓄電池浮充電壓過高，充電電流過大，就會降低氧復合反應效率，導致水分損失，加速VRLA蓄電池失水過程。

（4）使用環境溫度較高，會使VRLA蓄電池在充電過程中產生的熱量無法及時擴散到空氣中去，加速了電解液的損失。

（5）隔板中的水分減少，使VRLA蓄電池的內阻加大，造成蓄電池充電過程中的熱量增加，從而引起蓄電池失水、干涸。

為了減少VRLA蓄電池的失水和干涸，應采取如下方法：

（1）正確選擇并及時調整浮充電壓。浮充電壓過高，電解液反應加劇，析氣速度快，失水量增加；浮充電壓過低，雖然可降低失水速度，但是易引起充電不足極板硫化，因而必須根據溫度不同，調整浮充電壓。不同溫度下的浮充電壓如表1。

表1 不同溫度下的浮充電壓

（2）定期檢測VRLA蓄電池的內阻，一旦發現內阻異常增大，則很可能是失水、干涸所致，其結果必定導致蓄電池的容量下降。

解決失水、干涸的方法是采用專用工具打開VRLA蓄電池的安全閥，加入純水，使其處于富液狀態，目的是降低電解液比重，采用反復充放電的方法進行恢復。補充加入水時，一般請生產廠家的技術人員進行，加入水后要及時將VRLA蓄電池密封。

5 VRLA蓄電池極板硫化故障的分析與處理

VRLA蓄電池的硫化現象是指極板被硫酸鉛晶體覆蓋，導致蓄電池容量下降或功能衰竭。

VRLA蓄電池硫化的原因是：在正常的充放電電化反應過程中，放電時在極板上生成的硫酸鉛，充電時被還原為氧化鉛和鉛，此反應是循環可逆的電化反應。如果鉛酸蓄電池在使用或維護不善時，如浮充電壓偏低，長時間充電不足或放電后未及時充電，失水嚴重等，在極板上易結晶成硫酸鉛。這種硫酸鉛抱成團，結成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛就形成了惰性的硫酸鉛晶體，這就破壞了原本可逆的循環，導致部分硫酸鉛不可逆。

VRLA蓄電池硫化后表現為：

（1）蓄電池內阻增大。

（2）充電時，單體蓄電池電壓很快達到2.9～3.1 V，充電時間很短就會產生氣體，并且蓄電池溫度上升過快。

（3）放電時，電壓迅速下降，很快就降至1.8 V，甚至更低。

（4）極板顏色和狀態不正常，打開安全閥可看見極板表面出現一層白色結晶，并且極板粗糙堅硬。

對于輕微的極板硫化，可反復充放電數次恢復，對于嚴重的極板硫化，則無法恢復，只能報廢處理。

在維護工作中要時刻預防蓄電池極板硫化，應做到：

（1）發現VRLA蓄電池虧電后，及時進行補充充電，定期對蓄電池進行均衡充電。

（2）對暫時不用的VRLA蓄電池，充足電后再放置，在放置期間每隔1～2個月，應進行一次補充充電。

（3）每次放電后，應及時補充充電，且要充足電，尤其是大電流放電后，一定要及時補充充電。在小電流放電時，盡量控制放電的深度，因為小電流深度放電時，產生的硫酸鉛過于致密，這種放電后，應采用小電流長時間充電，采取多充電量30%的方法來恢復容量。

6 VRLA蓄電池內部短路故障的分析與處理

短路故障發生后主要表現：

（1）正常充電或均衡充電時，蓄電池端電壓很低，單體2 V蓄電池的端電壓低于2 V。

（2）充電末期氣體少或無氣體生成。

（3）充電時，蓄電池溫度上升很快。

（4）蓄電池的開路電壓低，放電時過早降至終止電壓。

（5）自放電嚴重，不能放出正常容量。

造成VRLA蓄電池短路的主要原因：

（1）活性物質脫落、變異，使隔板損壞或擊穿，造成正負極板間發生短路。

（2）正負極板彎曲或負極板邊緣生成的鉛絨較多，使得蓄電池底部的沉淀物過多，從而造成正負極板之間發生短路。

（3）電解液不純，雜質結晶引起短路。

（4）在裝配過程中極群焊接后，正負極群匯流排邊緣的鉛余物清潔得不干凈，或在測試過程中，蓄電池槽內落入導電物體。

蓄電池短路故障的處理方法，主要是更換電解液，更換隔板，清除沉淀物和導電物。若故障嚴重時，蓄電池只能報廢處理。對于蓄電池短路故障，可采用短路打火法檢測，如無火花或火花較弱，即可判斷為VRLA蓄電池內部短路。