談礦用鉛酸蓄電池及其維護

方新明

(淮北礦業集團青東煤礦信息中心運管辦,安徽淮北 235000)

談礦用鉛酸蓄電池及其維護

方新明

(淮北礦業集團青東煤礦信息中心運管辦,安徽淮北 235000)

礦用電機車作為重要的煤礦機電運輸裝備,一直在我國煤礦發展中起到重要作用。鉛酸蓄電池在現今的礦用電機車中應用比較廣泛。其技術成熟,價格便宜,安全性能基本滿足要求;但其電池能量密度低,壽命短,深度循環壽命只有300次左右,因此需要經常得到維護。

礦用鉛酸蓄電池;結構;工作原理;維護方法

1 礦用鉛酸蓄電池的結構與工作原理

1.1 礦用鉛酸蓄電池的結構

電池組采用雙極柱焊接結構,每個極柱都能獨立承受滿負荷時最大回路電流,極柱加蓋了橡膠絕緣套,有效防止極間短路。蓄電池正極板為管式極板,采用抗氧化、耐腐蝕玻璃絲灌注Pb O2制成,負極板為涂膏式極板。排氣口采用特殊排氣栓即鋼玉帽,具有毛細孔結構,既能夠有效防止酸霧外逸及酸液濺出,使蓄電池內部氫氣不能集聚;又能在通排氣的同時,防止外部污物進入蓄電池內部。

1.2 礦用鉛酸蓄電池的工作原理

礦用鉛酸蓄電池的正常充放電化學方程式為：

PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O,這是理想化的原理方程式。鉛酸蓄電池在充電時,正極PbSO4轉化為Pb O2后把電能轉化為化學能存在正極板中;負極由PbSO4轉化為海綿狀Pb后把電能轉化為化學能儲存在負極板中。

鉛酸蓄電池在放電時,正極由PbO2變成PbSO4后把化學能轉換成電能向負載供電,負極則由海綿狀Pb變成Pb-SO4后把化學能轉換成電能給負載供電。

鉛酸蓄電池在進行充放電過程中,正極和負極必須同時以同當量、同狀態進行電化學反應才能實現充電或放電過程。因此,其在任何情況下都不能由正極或者負極單獨完成上述電化學反應。當方程式從左向右進行時,為鉛酸蓄電池的放電過程;從右向左進行時,為充電過程。

鉛酸蓄電池在充電過程中會產生氣體析出,方程式為：2H++2HO-=2 H2↑+O2↑。

鉛酸蓄電池電解液中含有Pb+、H+、HO-、SO42-等離子,在充電末期鉛酸蓄電池正極還原成Pb O2,負極還原成Pb,部分H+、HO-會在充電時產生H2和O2。

2 礦用鉛酸蓄電池維護的必要性

2.1 電池本身無法避免的硫化使其必須要經常得到維護

通過工作原理的分析,可以看出：鉛酸蓄電池充電時,硫酸鉛形成氧化鉛,放電時氧化鉛又還原為硫酸鉛。而硫酸鉛是一種非常容易結晶的物質,當電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態閑置時間過長時會結成小晶體。這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛,就象滾雪球一樣形成大的惰性結晶。結晶后的硫酸鉛充電時不但不能再還原成氧化鉛,還會沉淀附著在電極板上,造成電極板工作面積下降。這一現象叫硫化,也就是常說的老化。這時電池容量會逐漸下降,直至無法使用。當硫酸鉛大量堆集時還會吸引鉛微粒形成鉛枝,正負極板間的鉛枝搭橋就會造成電池短路。如果極板表面或密封塑殼有縫隙,硫酸鉛結晶就會在這些縫隙內堆積,并產生膨脹張力,最終使極板斷裂脫落或外殼破裂,造成電池不可修復性的物理損壞。所以,導致鉛酸蓄電池失效和損壞的主要機理就是電池本身無法避免的硫化。

2.2 礦用蓄電池的工作特點使其必須要經常得到維護

礦用機車蓄電池的工作特點一是使用頻率高,使用頻率高就會導致其高頻率地沖放電,從而會加快電池的硫化程度,降低電池的使用壽命;二是極群組裝,單體電池數量大,容易產生虛焊;三是過充電,其會使蓄電池活性物質脫落、溫度升高,縮短使用壽命;四是過放電,其會導致正負極板上的PbSO4結晶,使極板扭曲變形,甚至產生短路,導致不可逆性損壞。另外,超速超載時的大電流、補液不及時、硫酸比重失調等,都會降低整組電池的壽命。

因此,為保障礦井安全生產,加強礦用電機車鉛酸蓄電池的日常維護和保養具有十分重要的意義。

3 礦用鉛酸蓄電池的維護

3.1 科學使用

(1)科學配制電解液。配制電解液時,蒸餾水和硫酸體積比為3：1的比例。將濃硫酸(1.98g/ml)緩緩注入蒸餾水中,并不斷攪拌散熱,操作人員防護用具要齊全。容器及攪拌用具應當使用耐酸塑料等,嚴禁使用鐵等金屬容器,嚴禁將蒸餾水注入硫酸內,以防硫酸飛濺傷人。電解液密度以20℃時的密度(1.250g/ml)為準,否則應換算為20℃時密度。換算公式為：D20=Dt+0.0007(t-20),D20——換算成20℃時的比重(密度),Dt——溫度為t度時實測的密度,t——測定時的溫度,0.0007——密度之溫度系數。

(2)科學進行初充電。將準備初充電的鉛酸蓄電池的剛玉帽旋開,把配制好的電解液緩緩注入、加滿,待一段時間極板吸收后,再加注一次。觀察測量溫度情況,如果溫度控制在45℃以下,注液后應靜置6-8小時,即可用額定容量10%的電流開始充電,初充電容量應為額定容量的3 -5倍。如果溫度超過45℃應采用風冷或循環水冷進行降溫。初充電分兩階段進行,第一階段為其額定容量的10%,時間為25-30小時;第二階段為第一階段電流的一半,時間約為30-40小時。以DXT-90蓄電池為例,其容量為385A,初充電第一階段充電電流為38A,時間30小時。充電過程中,每2小時測量一次溫度及電解液密度(比重)并記錄。第一階段末期,蓄電池比重可達到1.265g/ml ;如果溫度超過45℃應暫停充電,但不得超過2小時,之后相應延長充電時間。第二階段電流降至19A,充電40小時左右,臨近充電末期,測量電解液比重,大部分比重應達到1.280g/ml;如果部分低于或高于該數值,用事先配制好的比重為1.400g/ml硫酸或蒸餾水對不合格的部分進行調整,直至充電2小時內比重穩定不變為止。

(3)科學進行普通充電。當電解液的比重下降到1.18 g/ml以下或電源裝置總電壓下降至V=K×1.75伏時(式中V——組合電池總電壓,K——單體電池數),必須對該電源裝置進行充電;否則會造成過放電,影響蓄電池壽命。充電時所充的電量應為放出電量的1.3—1.5倍。每次充電需檢查電解液的液面高度,以高出防護板10—20mm為佳,否則應適當補充蒸餾水。充電完成后,旋緊特殊排氣栓,用清水沖洗溢出的酸液,靜置1—2小時待溫度降下后,即可使用。

3.2 日常檢查

(1)每七天左右檢查一次電壓、電解液高度及比重,并作好記錄。如低于規定值應及時補充蒸餾水或電解液并進行充電,然后清潔表面。

(2)不經常使用的蓄電池,每月至少檢查一次,并進行補充電。

(3)蓄電池表面,每小班用水沖刷一次。每月進行一次徹底清潔。清潔時先用干凈布擦除接頭處的氧化物,然后再涂上凡士林,以防止氧化。

3.3 細節維護

(1)開鍋。蓄電池在使用壽命到限后,部分蓄電池會在放電過程中嚴重發熱,俗稱開鍋。這是因為其提前完成放電,起到相反的作用,好比是在電池組中串入一個電阻。此時,應使用同時期的蓄電池,替換該蓄電池,而不宜使用新蓄電池進行替換。

(2)液面測量。測量時,用一根粗一些的透明吸管(尖端要剪平),垂直插入蓄電池加液孔內極板的上平面處,大拇指按緊玻璃管上端,使管口密封;然后提起玻璃管,迅速用尺測量管內的液面高度,或用淺色的干木條垂直插入孔內極板的上平面處,然后取出用尺量取痕跡的高度。其高度標準應在10-20mm之間。若液面過高,用吸入式比重計吸至標準液面;若液面過低,一般應添加蒸餾水至標準液面。

(3)測比重。將一定量的電解液吸入比重計內,使浮子處于吸管的中部,不能觸及吸管的頂部、底部及玻璃壁,液面所在的刻度即為液體的比重值。或根據浮子上的紅、綠、黃三色標簽,粗略判斷比重值的高低,紅色區域為1.1 -1.15,綠色區域為1.15-1.25,黃色區域為1.25-1.30。從測得的電解液比重,就可以粗略估算出蓄電池放電程度。需要注意的是在大電流放電或剛加注蒸餾水的蓄電池,不可立即測量電解液比重,因為此時電解液混合不均。

(4)清洗剛玉帽。每班清洗一次,保持其憎水性、透氣性符合要求;每月用壓風吹洗一次,以保持其透氣性能良好;每月檢查一次憎水性,用水滴在剛玉帽上,以形成水珠不滲入帽內為合格。如發現帽體與底座粘合處有裂紋、松動或脫落、酸蝕掉砂等現象時應及時更換。

(5)檢查連接線。定期對連接線和鑄頭進行檢查,發現溫升異常時要及時處理。極柱護套應齊全、完好,發現極柱氧化時要用棉紗和細砂紙仔細處理,并涂上凡士林。如發現極柱接頭有松動、裂紋、脫落或短路等現象時,要及時重新焊接。

[1] 國家安全生產監督管理總局,國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程[S].北京：煤炭工業出版社,2012.

[2] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.蓄電池用硫酸規定(HG/2692)[S].北京：化學工業出版社,2007.

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.蓄電池用水規定(HG/2692)[S].北京：化學工業出版社,2007.

[4] 李先鋒.窄軌電機車司機機車維修工[M].北京：煤炭工業出版社,2007.

[5] 秦鳴峰.蓄電池的使用與維護：第2版[M].北京：化學工業出版社,2011.

責任編輯：為 恒

TM912

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1671-8275(2014)01-0113-02

2013-11-28

方新明(1979-),男,安徽滁州人,淮北礦業集團青東煤礦信息中心運管辦主任。