．麓 ｗｗｗ．ｂａｔｔｅｒｙｃｈｎ．ｃｏｍ］ 浮充电压对阀控式铅酸蓄电池寿命的影晌 胡杰 ，吴喜攀 ，陈文艺 ｆ１．泉州市圣能电源科技有限公司，福建泉州３６２４４２； ２．沈阳君威新能科技有限公司，辽宁沈阳１ １００３６） 摘要：通过对阀控式铅酸蓄电池浮充使用寿命失效原因的分析，发现浮充电压过低会造成蓄电 池硫酸盐化的积累，使活性物质不可逆，最终导致蓄电池失效。过低的浮充电压也是造成蓄电 池使用寿命缩短的原因之一。 关键词：阀控式铅酸蓄电池；浮充电压；寿命；硫酸盐化 中图分类号：ＴＭ９１２．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００６—０８４７（２０１１）０１—３１—０５ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｏａｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｆＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ＨＵ Ｊｉｅ ．ＷＵ Ｘｉ－ｐａｎ ．ＣＨＥＮ Ｗｅｎ－ｙｉ 《１．Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｓｔ．ｃａｒｔ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｕａｎｚｈｏｕ Ｆｕｊｉ帆３６２４４２； ２．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｊｕｎｗｅｉ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｏｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１００３６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ＶＲＬＡ ｂａｔｔｅｒｙ ｄｕｅ ｔｏ ｆｌｏａｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ，ｗｅ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙ ｌｏｗ ｌｏａｔｆ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｌｅａｄ ｓｕｌｐｈａｔｅ，ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ｌｏｗ ｆｌｏａｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖａｌｖｅ——ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｙ；ｆｌｏａｔ ｖｏｌｔａｇｅ；ｌｉｆｅ；ｓｕｌｐｈａｔｉｏｎ １ 前言 个环节，其重要性日益显现。 ＥＰＳ和ＵＰＳ在系统设备中，主要用途还是应 急和备用，蓄电池作为能源，在其整个寿命期间要 保证一定的储备容量，这样就要求对蓄电池进行长 期的浮充电，可谓“养兵千日，用兵一时”。但在 工作实践中，往往一些ＥＰＳ和ＵＰＳ用蓄电池的使 用年限短，寿命不到一、二年甚至更短，蓄电池达 不到系统设备要求的延时时间，给用户带来了损 失，也增加了蓄电池制造厂售后服务的压力。 ２故障现象 在目前应急电源（ＥＰＳ）和不间断电源（ＵＰＳ）的 应用领域，主要是用固定型阀控式铅酸蓄电池（以 下简称蓄电池）作为储备能源。一旦遇上某些突发 事件或自然灾害，市电停止，一些消防设施、事故 照明、应急照明、电脑外设等就靠这些ＥＰＳ或 ＵＰＳ提供持续、稳定、不问断的电力，供应其重要 的设备。另外，随着社会的信息化，ＥＰＳ和ＵＰＳ 亦广泛地应用于信息采集、传送、处理、储存的各 收稿日期：２０１０—０８—１０ 某证券公司营业部电脑主机房配置了２４０ Ｖ ．｛Ｃｈｉｎｅｓｅ ＬＡＢＡＴ Ｍａｎ ｌ １０ ｋＶＡ的ＵＰＳ机一台，其蓄电池组由４０只ｌ２ Ｖ １００Ａｈ的蓄电池构成，每２０只串联为一串，两串 并联，要求延时４ ｈ，其蓄电池组的工作电流为４０ Ａ，终止电压为２１０ Ｖ。２００８年５月安装调试，延 工况，将蓄电池进行放电测试。按要求放电时间要 达４ ｈ，所以１００ Ａｈ蓄电池应以０．２Ｃ。。（２０ Ａ）放电， 终止电压１．７５ Ｖ／单体。４０只蓄电池中每１０只为 一组，分４组进行放电测试，放电前，蓄电池按照 时４小时１３分钟，符合使用要求。２０１０年３月用 户反映，该ＵＰＳ设备只能延时２小时零７分钟， 达不到使用要求。 要求进行全充电。表１～４为４组蓄电池放电实测 数据。这４组蓄电池，每组以１０５ Ｖ为截止条件， 记录放电时间和每只蓄电池电压。通过测试，证明 这４０只蓄电池被退回工厂，模拟ＵＰＳ设备的 表１蓄电池放电实测数据 表３蓄电池放电实测数据 ３原因分析 通过以上的测试，４组蓄电池放电截止时最高 用户反映情况属实，蓄电池达不到使用要求。 表２蓄电池放电实测数据 表４蓄电池放电实测数据 电Ｎ（１０．６６ Ｖ）和最低电压（１Ｏ．２２ Ｖ）之差为０．４４ Ｖ， 基本符合要求（要求压差＜０．５ Ｖ），说明蓄电池一致 性尚可。为什么蓄电池的使用寿命不到两年，容量 就衰减５０％以上呢？经过与用户的咨询和沟通， 证实在两年不到的时间内，蓄电池共使用过３次， 第１次可延时４ ｈ多，后２次延时不到４ ｈ；放电 时，实际充入量不到放出量的９０％，剩下的１０％ 以上容量在浮充（２．２７ Ｖ／单体）状态下应该得到充 足。但此蓄电池组的浮充电压过低，只有２６６ Ｖ 结束后充电模式为：限流２０ Ａ充至２７６ Ｖ（蓄电池 端测量）停充，转２６６ Ｖ（蓄电池端测量）长期浮充， 浮充电流＜０．５ Ａ。 （２．２２ Ｖ／单体），达不到正极２．２７ Ｖ／单体（２７２ Ｖ）的 众所周知，阀控式铅酸蓄电池的基本原理是 析氧电压，虽然此电压能使正极ＰｂＯ 氧化反应完 成，但负极不能完成氧复合，Ｐｈ还原得不够彻底。 实际上２．２７ Ｖ／单体的浮充值不但有利于蓄电池内 部氧循环的正常进行，而且也有利于正、负极的氧 化还原反应的彻底性。 氧复合，在浮充时正极上析氧速率与浮充电压成 正比。正极析氧电压２．２５～２．３０ Ｖ／单体（△２．２７ Ｖ／ 单体），且不会失水，因此在浮充条件下，正极析 氧不可避免。当正极上析出的氧扩散并穿过未饱 和的ＡＧＭ隔板到达负极时，与负板发生化学反 应，生成ＰＢＯ；ＰｂＯ又与Ｈ２Ｓ０ 反应生成Ｈ Ｏ和 ＰｂＳＯ ，新生的ＰｂＳＯ 在充电状态下最终被还原成 由于蓄电池长期在２６６ Ｖ（２．２２ Ｖ／单体）下进行 浮充充电，氧复合效率降低，负极还原不彻底， ＰｂＳＯ 长时间积累形成不可逆的晶体，负板逐渐钝 化，最终导至容量大幅衰减。 为了证明以上的分析原因，抽取了３只蓄电池 Ｐｂ；正、负极完成了循环过程，在充电末期负极 上进行的还原反应有两个： （１）ＰｂＳＯ４＋Ｈ ＋２ｅ—（２）２Ｈ ＋２ｅ——＋Ｈ２ Ｐｂ＋ＨＳ０４＿ 进行解剖。解剖前将蓄电池完全充电，然后每只蓄 电池分别取出正、负极板各数片，烘干，分析化验 活性物质含量。表５是化验结果。 通过化验数据分析，可以判断蓄电池是由于长 此蓄电池组用２０ Ａ充至２７６ Ｖ（２．３０ Ｖ／单体） 期欠充电，低于２．２７ Ｖ／单体的正常浮充值，造成 表５极板分析化验数据 负极不可逆硫酸盐化，蓄电池寿命衰减。为了进一 后进行放电。放电结束后，按常规完全充电法以上 述方式再活化一次，再进行放电。表６是两次活化 步验证分析原因，将１０只蓄电池进行活化处理。 根据蓄电池原理，负极硫酸盐化实际上是硫酸根离 子不能从负极中迁移出来，活化的目的就是让硫酸 后的放电实测数据。第一次活化后的放电时间为２ 小时４８分钟，第二次活化后的放电时间为３小时 ２５分钟。 要特别注意的是，在充电活化过程中，蓄电池 根离子尽量从负极中出迁移出来，其方法是：将 １０只蓄电池充足电后，每单格加去离子水２０ ｍＬ， 再加Ｃ活化剂５ ｍＬ，液面呈富液态；不放电，用 ０．１５Ｃ 。（Ａ）电流过充电３ ｈ，带电抽为贫液式；再按 上述方法加液，改用０．１０Ｃ。。ｆＡ）电流过充电２ ｈ，带 有发热现象，原因是一部分电能消耗在阻热上，所 以要将电池放人循环冷却水浴槽中散热充电，使蓄 电池内电解液的温度不超过４０℃，这样可以提高 电抽为贫液式；再加液，改用０．０５Ｃ 。（Ａ）电流过充 蓄电池活化的效率。尽管活化方法过于繁杂，但可 以说明负极硫酸盐化的程度。 电１ ｈ（期问将游离电解液抽至贫液态）后停止，然 表６第１、２次活化后放电实测数据 通过以上的实验数据分析，造成蓄电池寿命失 效的原因是长期欠充电引起的负极硫酸盐化。通过 活化可恢复蓄电池容量的９０％，但恢复到１００％ 容量还是有一定难度的，原因是ＰｂＳＯ 经过长期积 累，一部分已形成了非常艰硬且不可溶的物质。恢 使蓄电池充电不足。同样，若环境温度高于２５ ｃｃ 太多，浮充电压仍定为２．２７ Ｖ／单体，则会使蓄电 池过充电，这都会影响蓄电池的使用寿命。 ４．２充电模式 蓄电池组在放电深度达８０％以上时，还是采 用浮充电模式，同样可能会对蓄电池造成充电不 足。在深放电的情况下，充电模式定为恒压２．３５～ 复容量后的蓄电池，在按要求使用和维护好浮充电 压的同时，还是可以保证使用一定年限的。 按规定对浮充电超过３～６个月或搁置３个月 ２．４０ Ｖ／单体（２５℃），且限流≤０．２５Ｃ。。（Ａ）较适合， 充足后再转入２．２７ ｖ／单体的浮充状态。均衡充电 模式可以消除蓄电池在长期浮充状态下极板的过度 没用的蓄电池，都应进行均衡充电，充电电压为 ２．３０ Ｖ／单体（２５ ），充电电流≤０．２５Ｃ 。（Ａ），充电 时问８～１０ ｈ；以上蓄电池组在使用过程中，根本 没有进行均衡充电，这更加速了极板硫化的速率。 ４影响浮充电压的因素 硫化，当浮充超过３个月以上的蓄电池组，都应进 行均衡充电模式。 ４３维护保养 大多数的ＥＰＳ和ＵＰＳ机房都是相对独立的， 为了得到最佳的可靠性，用户应每季度定期保养检 大多数ＥＰＳ和ＵＰＳ所使用的蓄电池基本处于 查一次蓄电池系统。检查的项目有：系统的充电电 浮充电状态，目的是补偿蓄电池自身的容量损耗。 应急使用时，蓄电池延时容量是关系到用户系统设 备能否正常运行的关键。但蓄电池的延时容量又与 浮充电压有很大的关系，影响浮充电压的因素主要 压、蓄电池的控制装置、蓄电池间连接线的松紧 度、单节蓄电池的浮充电压、蓄电池系统容量试验 等。维护保养中，单只蓄电池的浮充电压尤为重 要，当环境温度有较大变化时要适当作些调整；当 单只蓄电池的浮充电压相差较大的，要找出原因， 有：环境温度、充电模式、维护保养、线缆损耗和 设备工况等。 ４．１环境温度 浮充电压与温度有着密切的关系。浮充电压 及时调整；合适的浮充电压对蓄电池组的延时寿命 有很好的保证。 ２．２７ Ｖ／单体是２５ 环境下的标准值，温度过高或 过低都对浮充电有影响，这时要给予温度补偿，其 补偿系数为：一３ ｍＶ／￣Ｃ（以２５℃为基点）。不同温度 下浮充电压可通过下式来确定： Ｕ＝２．２７ Ｖ一（卜２５ ｏＣ）Ｘ ３ ｍＶ／￣Ｃ ４．４线路损耗 根据我们的实践经验，对于小型的ＥＰＳ和 ＵＰＳ使用的蓄电池，很少有浮充电压不足引起的容 量衰减。小型机的蓄电池一般在机器里面，线缆短 而粗，基本没有线路损耗（线路压降），对蓄电池有 很好的浮充电压保证。一般大型的ＥＰＳ和ＵＰＳ使 用的蓄电池，其数量多、容量大，有独立的蓄电池 柜，蓄电池和机器用线缆连接起来。线缆的截面和 从上式明显看出，当环境温度低于２５℃太多 时，若蓄电池浮充电压仍定为２．２７ Ｖ／单体，势必 圉 长度如果选择不合适，线路损耗太大，就会影响蓄 电池的浮充电压。 放电状态。经检查是ＵＰＳ的充电模块因雷击而损 坏，不能及时给蓄电池充电，致使蓄电池放电后继 上述证券公司营业部配置２４０ Ｖ １０ ｋＶＡ的 续自放电，造成电压过低。所以，系统设备的工作 状况、浮充电性能都会影响蓄电池的延时寿命。 ５结束语 ＵＰＳ，其机器上的均充电压有２８０ Ｖ（２．３３ Ｖ／单体）、 浮充电压有２７０ Ｖ（２．２５ Ｖ／单体），都不算太低。但 蓄电池组只有２７６ Ｖ（２．３０ Ｖ／单体）和２６６ Ｖ（２．２２ Ｖ／ 单体），线路压降达４ Ｖ，线损过大。这主要是因为 线缆太长且偏细，势必会影响蓄电池的均充和浮 通过实验和数据的分析得知，浮充电压对蓄电 充。我们认为，在考虑线缆安全过电流和散热的前 提下，应尽量缩短线缆长度和选择截面较粗的线 缆，以减少线路损耗。另外，线缆连接的松紧度、 连接螺栓的氧化和锈蚀都是引起浮充电压不稳定的 因素。 ４．５设备工况 池延时寿命有较大影响，为了保证系统设备的正常 运行和蓄电池的延时效率，对机器的维护凸显重 要。但有的企业考虑到运行成本，基本放弃了对系 统设备的维护保养，一旦蓄电池出现故障，完全由 蓄电池厂家承担售后维护。系统设备不能应急使用 同样会给企业带来损失，也增加了生产厂家售后维 ＥＰＳ和ＵＰＳ主机的充电部分逐渐集成化和数 护的成本，因此提高系统设备运行的可靠性是用户 和厂家的共同责任。 参考文献： ［１１王德志，等．阀控密封铅酸蓄电池［ＭＩ．北京：中国 铁道出版社，２００１． 字化，特别在浮充电压方面设计有充电模块，还有 的在温度变化上可进行自动补偿，这些都给系统设 备带来了智能化控制的方便，提高了设备的可靠 性。但有些ＥＰＳ和ＵＰＳ主机设备的工作环境相当 恶劣，通风条件不好，潮湿度大，都会给蓄电池的 寿命带来影响。 在２００９年８月２６日福建京福高速南平段莲花 ［２】朱松然．蓄电池手册［Ｍ］．天津：天津大学出版社， １９９８． 山隧道进行ＵＰＳ用蓄电池的售后服务时，有４台 ６ ｋＶＡ ＵＰＳ主机，每台配ｌ２ ｖ ３８ Ａｈ蓄电池１６只， 共６４只。单台主机终止电压应为１６８～１７０ Ｖ，我 们检查后单台主机的电压只有５７ Ｖ，蓄电池不能 延时，单只电池的电压都只有２～３ Ｖ，呈严重过 【３］伊晓波．铅酸蓄电池制造与过程控制［Ｍ】．北京： 机械工业出版社，２００４． ［４］卢国琪，等．铅酸蓄电池的原理与制造［Ｍ］．北京： 国防工业出版社，１９８８． （上接第９页） Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｏｔ ａｃｔｉｏｎ Ｏ±ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｔｈａｔ ｔａｋｅ ｐｌａｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒ ｍｅｄｉｕｍ—ＨＥＶ ｄｕｔｙ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｏｄｅｄ－ｔｙｐｅ ＵｌｆｔｒａＢａｔｔｅｒｙ ｆｏｒ ｍｉｃｒｏ－ＨＥＶ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｐｌａｔｅｓ ｏｆ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２００９，１９１：５８—７５． ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ１．Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０１０，１９５： １２４１—１２４５． ［２２］Ｂｕｌｌｏｃｋ Ｋ．Ｒ—Ｃａｒｂｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ 【２４】胡信国．超级电池技术［ｃ】．首届全国铅酸电池新 技术研讨会．中国，南京：２０１０：１—４０． 【２５】Ｍ．Ｋｈａｌｉｄ，Ａ．Ｖ．Ｓａｖｋｉｎ．Ａ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｖａｌｖｅ－ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｌｅａｄ－ａｃｉｄ（ＶＲＬＡ）ｂａｔｔｅｒｙ ｃｙｃｌｅ ｌｉｆｅ ｉｎ ｈｉｇｈ－ｒａｔｅ，ｐａｒｔｉａｌ ｓｔａｔｅ－ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｃｙｃｌｉｎｇ［Ｊ］． Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ，２０１０，（１９５）：４５１３—４５１９． ［２３］Ｊ．Ｆｕｒｕｋａｗａａ，Ｔ．Ｔａｋａｄａａ，Ｄ．Ｍｏｎｍａａ，ｅｔ ａ１．Ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＶＲＬＡ——ｔｙｐｅ ＵｌｔｒａＢａｔｔｅｒｖ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ１．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，２０１０，３５：１５２０一Ｉ５２６．