蓄電池的活化

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

蓄電池的活化

朱新宇

（中海石油（中國）有限公司上海分公司，上海 200030）

介紹了鎳鎘蓄電池的結構、工作原理、判斷好壞的五個重要參數，以及蓄電池活化的方法及意義。

鎳鎘蓄電池；容量；單體電壓；內阻；活化

海油平臺上的很多設備都配置了蓄電池，如透平發電機，應急發電機、中控系統、吊車、消防系統等，以便失電后備用，另外還必須配備主UPS系統，保證平臺完全失電后應急使用。因此作為平臺電氣的管理人員，必須加強對蓄電池的保養，而活化則是其中最有效的一種方式。平臺主要有兩種蓄電池，一種為普通的免維護閥控式鉛酸蓄電池，另一種則是鎳鎘蓄電池，而后者在平臺應用較多。

一、結構及工作原理

鎳鎘蓄電池的正極材料為氫氧化亞鎳和石墨粉的混合物，負極材料為海綿狀鎘粉和氧化鎘粉，電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。當環境溫度較高時，使用密度為1.17～1.19（15℃時）的氫氧化鈉溶液。當環境溫度較低時，使用密度為1.19～1.21（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為兼顧低溫性能和荷電保持能力，密封鎳鎘蓄電池采用密度為1.40（15℃時）的氫氧化鉀溶液。為了增加蓄電池的容量和循環壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰（大約每升電解液加15～20g）。

鎳鎘蓄電池充電后，正極板上的活性物質變為氫氧化鎳〔NiOOH〕，負極板上的活性物質變為金屬鎘；鎳鎘電池放電后，正極板上的活性物質變為氫氧化亞鎳，負極板上的活性物質變為氫氧化鎘。

二、鎳鎘蓄電池的重要參數

蓄電池的五個主要參數為：電池的容量、標稱電壓、內阻、放電終止電壓和充電終止電壓。電池的容量通常用Ah（安時）表示，1Ah就是能在1A的電流下放電1h。單元電池內活性物質的數量決定單元電池含有的電荷量，而活性物質的含量則由電池使用的材料和體積決定，因此，通常電池體積越大，容量越高。與電池容量相關的一個參數是蓄電池的充電電流。蓄電池的充電電流通常用充電速率C表示，C為蓄電池的額定容量。

電池出廠時正負極間的電勢差稱為標稱電壓。標稱電壓由極板材料的電極電位和內部電解液的濃度決定。當環境溫度、使用時間和工作狀態變化時，單元電池的輸出電壓略有變化，此外，電池的輸出電壓與電池的剩余電量有一定關系。單元鎳鎘電池的標稱電壓約1.2V。

電池的內阻決定于極板的電阻和離子流的阻抗。在充放電過程中，極板的電阻是不變的，但是，離子流的阻抗將隨電解液濃度的變化和帶電離子的增減而變化。

蓄電池充足電時，極板上的活性物質已達到飽和狀態，再繼續充電，蓄電池的電壓也不會上升，此時的電壓稱為充電終止電壓。鎳鎘電池的充電終止電壓為1.75～1.8V，放電終止電壓是指蓄電池放電時允許的最低電壓。如果電壓低于放電終止電壓后蓄電池繼續放電，電池兩端電壓會迅速下降，形成深度放電，這樣，極板上形成的生成物在正常充電時就不易再恢復，從而影響電池的壽命。放電終止電壓和放電率有關。鎳鎘電池的放電終止電壓和放電速率的關系如表1所列。

表1 鎳鎘電池不同放電率時的放電終止電壓

三、影響蓄電池使用壽命的主要因素

1.環境溫度

過高的環境溫度是導致蓄電池使用壽命縮短的首要原因。其一，環境溫度升高時，蓄電池所允許浮充電壓的閥值將逐漸下降，若采用固定浮充電壓的設計方案，溫度升高時，勢必將蓄電池置于過壓充電工作狀態，因而，宜采用浮充電壓隨環境溫度變化的最佳浮充電規律。其二，當環境溫度升高時，蓄電池組本身固有的存儲壽命會逐漸縮短，因此，即使采用溫度補償的充電浮充電規律，仍然需要對蓄電池的環境溫度進行充分考慮。當環境溫度偏低時，盡管不會對蓄電池的使用壽命造成不利影響，但它卻使蓄電池所能提供的有效容量下降。

2.深度放電

蓄電池被深度放電是造成蓄電池使用壽命縮短的另一個重要原因。這種情況發生在交流停電后，蓄電池組為負載供電期間。現有的操作電源都監視蓄電池組的端電壓，當端電壓低于某一設定值時，斷開蓄電池總開關，停止蓄電池對負載放電。但事實上，蓄電池所允許的放電末期電壓與實際放電電流有關，在大電流放電時，其末期電壓比小電流放電時要低許多。因此，固定放電末期電壓的設計方法，使小電流放電時，易出現深度放電現象，應采用末期電壓隨放電電流變化的設計方案。

3.浮充電狀態

目前，蓄電池大多數處于長期浮充電狀態下，只充電不放電。這是一種極不合理的工作狀態。大量運行統計資料表明，這樣會造成蓄電池的陽極極板鈍化，使蓄電池內阻急劇增大，使蓄電池的實際容量大大低于其標稱容量，從而導致蓄電池所可能提供的實際后備供電時間大大縮短。在這種情況下，出現合閘合不上或停電，蓄電池為負載供電極短時間，即因電壓過低，總開關自動斷開，失去其實際功能。因此，宜采用先恒流充電到一定電壓值后轉恒壓均充電，當充電電流小于某一數值后，再自動進入恒壓浮充電狀態，然后每隔一段時間進行一次活化放電的蓄電池管理設計方案。與傳統的連續浮充充電方式相比，可延長蓄電池使用壽命50%以上。

4.記憶效應

鎳鎘電池使用過程中，如果電量沒有全部放完就開始充電，下次再放電時，就不能放出全部電量。比如，鎳鎘電池只放出80%的電量后就開始充電，充足電后，該電池也只能放出80%的電量，這種現象稱為記憶效應。電池全部放完電后，極板上的結晶體很小。電池部分放電后，氫氧化亞鎳沒有完全變為氫氧化鎳，剩余的氫氧化亞鎳將結合在一起，形成較大的結晶體。結晶體變大是鎳鎘電池產生記憶效應的主要原因。

四、活化定義

蓄電池的活化是通過對蓄電池多次充放電提高其能力的一種方式。由于蓄電池組在長期串聯充放電運行過程中，絕對一致的充、放電電流和絕對不一致的單體蓄電池端電壓，對長期積分所造成的單體蓄電池充電能量的差異越來越大導致有些單體蓄電池長期過飽和充電或長期虧電，容量和壽命均受到很大的影響。另外由于沒有有效的維護方法及手段，蓄電池的壽命也銳減。因此有必要對蓄電池進行定期活化，彌補日常管理中的不足。

五、活化步驟

1.材料及工具準備

臨時備用蓄電池組、電解質、純水，真空泵、抽吸組合器、PP塑料桶、電液式比重計、PP塑料提桶、塑料勺、塑料量筒、燒杯、酒精柱溫度計、數字萬用表、電磁爐、電子秤、移動電纜盤、提液式比重計、內阻儀、放電機、充電機、扳手等相關裝拆工具、銅銹等清理污物用的工具和器皿等等。

2.活化前檢查

檢查環境溫度、環境通風、臨時備用蓄電池組荷電處于充足電狀態，并將扳手等長柄相關裝拆工具的把手端用絕緣包布包緊，以防電池短路。

3.操作過程

（1）電池組退出前，先要做的事項

①系統電池組本身是“雙”組互備配置的，系統先均衡充電一次（若系統充電機本身只有一種浮充電方式除外），選出相對差的電池組退出系統（同時保證了在線那組充足了電）。在均衡充電電壓穩定后，檢查、記錄單體電池的電壓、電解液比重、液面，為下步活化作準備。②系統電池組本身是“單”組配置的，系統電池組先均衡充電（若系統充電機本身只有一種浮充電方式除外），在均衡充電電壓穩定后，檢查、記錄單體電池的電壓、電解液比重、液面，為下步活化做準備。③同時把臨時備用蓄電池組按系統電壓等級串聯成組，并檢查電池單體正負極性、和整組極性須于系統電池組正負極性一致。正確后，并聯接入系統。

（2）系統電池組退出后按下列順序操作

①系統電池組先均衡充電。②檢查、記錄單體電池的電壓、電解液比重、液面。③在均衡充電時補水液至略低于上液面線。④調整電池的電液比重1.20g/ml。⑤均衡充電目標電壓1.52～1.55V/單體。⑥采用5小時率放電，終止電壓1.0V/單體。正常不宜采用大電流，短時間放電方法，以更好地活化極板，進一步提升容量。⑦如⑥步全放電容量不合格，則再做一次全充全放電。⑧如⑥、⑦步全放電容量合格，則放電后直接拆除連接排。清潔電池外表，清潔極柱與連接排上的“爬堿”金屬銹。⑨重新連接聯結排，電池極柱與連接線涂上凡士林。檢查連接排緊固。⑩恢復充電。以上狀況和參數都應記錄。收集廢液、污垢進專用箱，送到陸地處理。

如系統電池放電不合格，則需徹底活化，即更換電解液后再進行兩次以上的充放電。如果容量還是無法恢復到額定的80%，則必須考慮更換蓄電池。

六、結語

為提高蓄電池維護的效率、延長蓄電池使用壽命，除每月檢查測試外，還需定期進行一般活化，甚至徹底活化，提高可靠性。有條件的也可以考慮在線活化方案，能夠準備找到單體電壓落后電池并對其進行均充和放電，解決蓄電池組的一致性，提高蓄電池組整體供電能力。

TM912

：B

：1671-0711（2014）09-0033-02

2014-05-14）