VRLA蓄電池常見故障及其診斷處理方法

王秋虹，任開春，劉 凡，吳釗銘

（重慶通信學院，重慶400035）

1 概 述

貧液式閥控密封鉛蓄電池（VRLAB）采用超細玻璃纖維隔膜、貧電解液、緊裝配方式和單向排氣閥等特殊結構，在維護過程中無法給電池補水和觀察電解液的液面和密度的變化，這一方面決定了VRLAB對環境溫度、浮充電壓的調節等使用條件和維護工作的要求更高［1］，且故障的類型也更多；另一方面，給這類電池的故障診斷和修復帶來難度。VRLAB的故障種類多，有些是可以修復的，但可能因充不進電被誤以為無法修復，因此造成不必要的損失。本文將結合實例，對VRLAB常見故障的形成原因、診斷處理方法進行介紹。

2 常見故障及原因

VRLAB常見的故障有硫化、失水、短路、正極板柵腐蝕、熱失控和早期容量損失（PCL）等，其中失水、熱失控和PCL是普通富液式鉛蓄電池所沒有的故障。因此，VRLAB發生上述故障的原因除了使用維護不當之外，還與其結構［2］有關。表1列出了引起VRLAB常見故障的原因［3］。由表1可見，VRLAB的故障存在伴生現象，這是因為：①短路和失水電池的缺水，部分活性物質因無法完成充電反應而長期處于放完電的狀態，致使極板發生硫化；②硫化電池在充電電壓超過2．3 V時，負極不僅會析氫，而且對氧氣的復合能力下降，失水就因此而產生；③短路電池充電時，其溫度較高會引起電池失水；④正極板柵腐蝕發生時有水參與反應，會引起電解液中水的減少；⑤熱失控是指電池在恒壓充電時發生了電池溫度和電流之間的相互增長作用，如果長時間失控會引起正極板柵腐蝕和失水，甚至生成鉛枝晶引起電池微短路；⑥VRLAB的結構特點導致其熱容量小和散熱不良，如果發生失水，其散熱能力下降更容易引起熱失控。

表1 引起VRLAB常見故障的原因

3 故障診斷方法

無論電池發生何種故障，都會表現出開路電壓低、放電電壓低和放電容量小的現象，所以只能通過充電現象對故障進行診斷，表2列出了VRLAB發生上述幾種常見故障后在充電（先恒流后恒壓法）時可能出現的現象。

表2 VRLAB常見故障的充電現象

圖1 VRLAB故障診斷流程圖

表2中沒有列出熱失控，是因為熱失控不是故障而是現象。熱失控會引起整組電池的溫度和充電電流（或浮充電流）失控，甚至電池出現開裂和鼓包的現象，嚴重影響電池的壽命。熱失控電池本身可能有故障或者因熱失控出現表2中的某種故障。

根據表2所列充電現象可首先將短路電池鑒別出來，并予以淘汰。對于正極板柵腐蝕的電池，腐蝕不太嚴重時基本不會影響電池的正常工作。只有當板柵腐蝕到很細甚至斷裂時，因其電池內阻會很大，導致充電現象與硫化電池的充電現象一樣，但與硫化電池不同的是，正極板柵嚴重腐蝕的電池是無法修復的。

在VRLAB的上述幾種故障中，硫化、失水和早期容量損失是可以進行修復的。在排除短路電池和因熱失控出現開裂、鼓包的電池后，通過加水和處理硫化，可將正極板柵嚴重腐蝕的電池診斷出來，修復好的電池即是硫化和失水的電池。在反復充放電過程中發生容量不升反降現象的為PCL。故障診斷步驟如圖1所示。

4 故障處理方法

如前所述，VRLAB的常見故障中，短路電池和正極板柵嚴重腐蝕的電池是不能修復的。熱失控的電池只要沒有發生開裂、鼓包和短路，就可以按照處理硫化和失水的方法進行修復。早期容量損失的修復［4，5］，可采用大電流充電后高溫（40～60℃）擱置或高率（3C10）充電和低率放電（0．1C10放至0V）循環。本文只對失水和硫化的電池進行修復。

4．1 失水的處理

4．1．1 打開電池外蓋：VRLAB的電池外蓋與殼體之間留有縫隙供多余氣體逸出。電池外蓋有板式和小圓蓋式兩種，前者通過粘合劑在數個點位將其與殼體結合在一起，后者則是通過卡式或螺旋［6］結構與殼體相結合。板式或卡式外蓋必須借助起子等工具，先試探找到結合點再小心將其打開。

4．1．2 制作注水器：打開外蓋后，揭開安全閥即露出排氣孔。由于排氣孔較小，無法觀測到水位且加水不易，所以可將塑料吸管套在醫用注射器（去掉針頭）上制成注水器。

4．1．3 加水：加水時應注意兩點，一是只能加蒸餾水，二是水量以剛好浸沒到極板上沿為宜。檢測水量的方法是：每注射完一次水，等水充分地往下滲透后，再用注射器抽取一下，如果能抽取到極板上沿的電解液，就說明加水量已經足夠。

4．2 硫化的處理

采用反復充放電法處理硫化的電池，如表3所示。表中的說明如下：

（1）因為硫化電池的極化內阻非常大，恒流充電時電壓上升很快，在很短時間內就能上升至2．35 V并進入恒壓充電階段，同樣是因為極化內阻大的原因，使恒壓階段的充電電流快速下降至充電終止的電流，即充不進電。所以將電壓提高至2．60～3．00V／只，在高電壓下，先有較小的電流通過電池（硫化嚴重時需要充電數分鐘后才會有電流），然后會逐漸增大至設定的電流。當電流增大后，電池的電壓會逐漸下降如圖2所示。如果還是無法充進去電，說明電池有失水故障，則需加水再按上述方法進行充電。

表3 處理VRLAB硫化的方法

圖2 硫化電池在充電初期的充電曲線

（2）電池加水后處于開放狀態，就可以小電流恒流充電以消除硫化。需注意的是：①恒流充電時電池的電壓較高，有氣體產生，產生的氣體能讓電解液的密度上下均勻一致，同時也會讓電解液的液面往上移；②當充電結束后或放電時，液面會下降，需用注水器檢查液面，低者補水；③首次循環的充電容量不要超過120%～140%C10。

（3）小電流充電和過量充電對硫化的修復是有利的，但在實驗中觀察到硫化消除后又出現了容量衰減現象，這可能與充電初期的小電流充電和過量充電引起PCL有關。所以從第二次循環開始，充電初期的電流應設置為0．1C10A，每次循環的充電總容量不要超過120%C10。

（4）如果發生硫化的VRLAB沒有正極板柵嚴重腐蝕，則在上述充放電循環過程中，其放電容量應該逐次增大。當容量不再上升時，最后一次的放電容量即為硫化消除后電池所具有的容量。容量恢復至80%C10以上的電池按原樣密封后即可投入使用。

5 實 例

對三只型號為GMF－300的失效電池進行了診斷和處理。三只電池均經過加水處理，其中1#電池在加水之后的硫化處理過程中出現短路，2#和3#電池經過兩三次循環即恢復正常，其過程和結果如表4所示。值得一提的是，3#電池從第四次循環開始出現了容量衰減現象，這可能與過量充電引起PCL有關，所以每次循環時充電量以不超過120%C10為宜。

表4 三只失效GMF－300電池的處理及結果

6 結 論

（1）VRLAB常見的故障有硫化、短路、失水、正極板板柵嚴重腐蝕、PCL和熱失控等。引起故障的原因除了使用不當之外還與其結構有關。

（2）上述故障中只有失水、硫化和早期容量損失是可以修復的；發生熱失控的電池本身可能會有某種故障，只要其沒有開裂鼓包，也無短路和正極板柵嚴重腐蝕，則可以修復。

（3）VRLAB的故障有伴生現象，故障診斷也只能結合故障處理來進行。充電時有發熱和電壓不升反降現象的為短路電池；能充進電，但放電容量不斷衰減的電池為PCL；充不進電則需要加水處理硫化，容量能恢復的電池故障為失水伴硫化，反之則為正極板柵嚴重腐蝕。

（4）用反復充放電法處理硫化時，從第二次循環開始，充電容量應控制在120%C10之內，充電初始的電流不得小于0．1C10A。

［1］ 張紀元．閥控密封鉛蓄電池的使用與維護 ［J］．電池，1998，（6）：278－281．

［2］ 王秋虹，王華清．VRLAB的失效模式及其影響因素［J］．蓄電池，2005，（3）：108－111．

［3］ 楊貴恒，王秋虹，曹均燦，等．現代電源技術手冊［M］．北京：化學工業出版社，2012：352－362．

［4］ 朱松然，韓佐清，陳延禧．PCL蓄電池容量恢復的研究［J］．電源技術，1999，（1）：19－21，28．

［5］ 朱品才，魏 杰，馬荷琴．通信用閥控密封鉛酸蓄電池的早期容量損失［J］．電源技術，2004，（1）：38－42．

［6］ 段萬普．影響VRLA蓄電池使用壽命的原因分析［J］．電池工業，2011，（6）：323－328．