淺談蓄電池的使用與維護(hù)

摘 要：文章通過對鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)、工作原理、檢測方法的簡要分析，并對鐵路運輸公司在蓄電池使用維護(hù)過程中存在問題提出了相關(guān)改進(jìn)措施和方法。希望通過文章的分析，為相關(guān)工作提供借監(jiān)。

關(guān)鍵詞：蓄電池；容量；檢測；維護(hù)

1鐵運公司蓄電池應(yīng)用概述

近年來，隨著鐵路運輸公司內(nèi)燃機車、通信電源、信號應(yīng)急電源、列尾等各類型機電設(shè)備的大量使用，蓄電池的使用量也逐年增多，在日常走動式管理中發(fā)現(xiàn)，維護(hù)人員對蓄電池的使用和維護(hù)在認(rèn)識上存在一些誤區(qū)，主要表現(xiàn)為：一是認(rèn)為檢測蓄電池好壞就是只用萬用表檢測蓄電池端電壓高低，不需要精確檢測；二是認(rèn)為免維護(hù)蓄電池就是不維護(hù)或維護(hù)周期長，一般是到蓄電池?zé)o法使用時才發(fā)現(xiàn)。

蓄電池是供電系統(tǒng)的重要組成部分，一般是作為備用電源使用，在市電異常或在交流供電不工作的情況下，由蓄電池單獨供電或逆變后對設(shè)備供電。如果使用維護(hù)不當(dāng)，將造成整組蓄電池提前報廢，或者是在蓄電池容量減少時影響設(shè)備正常使用。

2 閥控式鉛酸蓄電池的構(gòu)成與分類

以往鉛酸蓄電池多為開口式或防酸隔爆式，這類電池維護(hù)難度大、充電時會釋放出酸霧，腐蝕環(huán)境，進(jìn)入20世紀(jì)九十年代，閥控式密封鉛酸蓄電池（簡稱VARL）出現(xiàn)后，因為它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、使用壽命長、無需對電解液調(diào)整維護(hù)、可以和設(shè)備一起安裝等諸多優(yōu)點，得到了迅速發(fā)展應(yīng)用，目前在鐵運公司使用的各類鉛酸蓄電池均為閥控式鉛酸蓄電池。

VARL電池主要由正負(fù)極板、隔板、電解液、安全閥、殼體及極柱組成。按極板結(jié)構(gòu)分為涂膏式、化成式、半化成式和玻璃絲管式等；按不同用途和外形結(jié)構(gòu)分為固定式和移動式兩類；按電解液數(shù)量可分為貧液式和富液式。

3 蓄電池工作原理

VARL電池正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛，負(fù)極板上的活性物質(zhì)是鉛，電解液由蒸餾水和純硫酸按比例配置而成。因為正負(fù)極板上活性物質(zhì)的性質(zhì)是不同的，當(dāng)兩種極板放置在同一硫酸溶液中時，各自發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生不同的電極電位。在電池內(nèi)部，正極和負(fù)極通過電解質(zhì)構(gòu)成電池的內(nèi)電路；在電池外部接通兩級導(dǎo)線線和負(fù)載構(gòu)成電池外部電路。

蓄電池充放電原理是在蓄電池放電時，兩極活性物質(zhì)與硫酸溶液發(fā)生作用，都變成硫酸化合物-硫酸鉛；而充電時，兩個電極上的硫酸鉛又分別恢復(fù)為原來的物質(zhì)鉛和二氧化鉛，而且這種轉(zhuǎn)化過程是可逆的，其總的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O（向右反應(yīng)是放電，向左反應(yīng)是充電），這樣充電和放電過程能夠循環(huán)進(jìn)行，可以重復(fù)多次，直到鉛酸蓄電池壽命終結(jié)為止。

4 蓄電池容量檢測

電池容量是電池存儲電量多少的標(biāo)志，有理論容量、額定容量、和實際容量之分。理論容量就是假設(shè)活性物質(zhì)全部反應(yīng)放出的電量；額定容量是指電池制造時，規(guī)定電池在一定放電率條件下，應(yīng)該放出最低限度的電量。如固定型鉛酸蓄電池規(guī)定在25℃環(huán)境下，以10小時率電流放電至終了電壓所能達(dá)到的容量叫額定容量；所謂電池實際容量，是指在特定的放電電流、電解液溫度和放電終了電壓等條件下，蓄電池實際放出的電量。

蓄電池組所有的技術(shù)指標(biāo)中，最根本的指標(biāo)為電池容量。對常規(guī)指標(biāo)的測量其最終目的是為了直接或間接地監(jiān)測電池容量、維持電池容量。電池維護(hù)規(guī)程中規(guī)定，如果電池容量小于額定容量的80%時，電池可以申請報廢。否則當(dāng)電池容量不足，一旦交流停電就很容易供電中斷事故。

電池容量的測試，對應(yīng)防酸隔爆型電池可通過觀察電池極板，測量電解液比重和液位高低來估計電池容量的多少；對于密封閥控電池，除了測量電池端電壓外，目前只能通過放電才能知道它容量大小。電池容量的檢測方式根據(jù)電池是否與直流系統(tǒng)脫離可以分為離線式和在線式，根據(jù)放電時放出容量的多少，可以分成全放電法、核對性容量試驗法和單個電池核對性容量試驗法。實際中根據(jù)直流供電的情況靈活組合。

蓄電池組容量測量最常用的工具儀表是直流鉗形表、萬用表、恒流放電負(fù)載箱、計時器和溫度計等。如果進(jìn)行標(biāo)示電池核對性容量實驗，則需要單體電池充電器。

由于VARL電池端電壓與放電能力無關(guān)，電池組在運行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，實踐證明，整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準(zhǔn)，而不是以平均值或額定值（初始值）為準(zhǔn)，當(dāng)電池的實際容量下降到其本身額定容量的90%以下時，電池便進(jìn)入衰退期，當(dāng)電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進(jìn)入急劇的衰退狀況，衰退期很短，而且蓄電池組都是串連起來，如電池組內(nèi)有一個或幾個內(nèi)阻變大的老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿。電池組將以老化電池的容量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充放電，經(jīng)多次浮充——放電——均充——放電——浮充的惡性循環(huán)，容量不斷下降，電池后備時間縮短，則整組都將失效，這時電池組已存在極大的事故隱患。

目前還出現(xiàn)了一種便攜式蓄電池內(nèi)阻測試儀，它攜帶方便，2-3秒可測試一節(jié)電池，可以在線檢測，不影響電源系統(tǒng)工作，值得在鐵運公司推廣應(yīng)用。

蓄電池容量特性在電路上表現(xiàn)為含有一定內(nèi)阻的穩(wěn)壓源，根據(jù)內(nèi)阻大小可以初步判斷蓄電池容量的大小和蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的好壞。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測試一般有兩種方法：使用直流測內(nèi)阻和使用交流測內(nèi)阻。

（1）直流方法

直流方法是在電池組兩端接入放電負(fù)載，根據(jù)在不同電流I1、I2下的電壓變化U1、U2來計算內(nèi)阻值，由E-I1*r=U1、E-I2*r=U2得：r=（U1-U2）/（I2-I1）。

直流方法優(yōu)點是：測試準(zhǔn)確、一致性好，缺點是：測試電流大，必須把探頭與蓄電池極柱穩(wěn)定連接，如果接觸不好會打出電弧，存在安全隱患。

（2）交流方法

在電池兩端加上交流電壓，測量由此信號產(chǎn)生的電流變化即可測得電池的內(nèi)阻。交流方法優(yōu)點是：測試方法簡單，不會影響蓄電池的工作狀態(tài)，也不會產(chǎn)生安全隱患。缺點是：存在著易受充電器紋波電流和其它噪聲源干擾的問題。

5 蓄電池維護(hù)改進(jìn)措施

閥控式鉛酸蓄電池盡管有許多優(yōu)點，但和所有電池一樣存在可靠性和壽命問題，理論上VARL電池使用壽命是15-20年，但在實際使用中，電池會出現(xiàn)提前失效的現(xiàn)象，容量降為額定容量的80%以下。針對鐵運公司目前在維護(hù)蓄電池工作中存在的不足，相關(guān)維護(hù)管理人員應(yīng)該改變閥控式免維護(hù)電池在維護(hù)方面的誤區(qū)，并采取以下改進(jìn)措施：

5.1 盡快配備蓄電池容量檢測器材，尤其是蓄電池內(nèi)阻測試儀進(jìn)行定時檢測，找出落后的標(biāo)示電池給予調(diào)整，避免電池組的容量變小，壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運行。

5.2 蓄電池的配置容量最好在8-10小時率比較合適，頻繁的大電流放電會使蓄電池使用壽命縮短。

5.3 每月應(yīng)定期對蓄電池的單體和電池組的浮充電壓進(jìn)行檢測，定期檢查電池的儲備容量和進(jìn)行核對性容量測試。對發(fā)現(xiàn)的落后電池必須及時予以更換。