酸蓄電池工作原理

鉛酸蓄電池是一個(gè)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換的裝置,放電時(shí),電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能;充電時(shí)則將電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。其充放電過(guò)程都是由化學(xué)反應(yīng)來(lái)完成的,鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)式如下:

從上面反應(yīng)式可看出當(dāng)蓄電池充電完成后,若再繼續(xù)充電則會(huì)導(dǎo)致電解液中的水份電解,而電解水的結(jié)果將使得電池正極部分出現(xiàn)氧氣,負(fù)極的部分出現(xiàn)氫氣,假如這些氣體不能重新復(fù)合,電池就會(huì)失水干涸。因此是要定期補(bǔ)水維護(hù)的。而閥控式密封鉛酸蓄電池?zé)o需加水維護(hù),最重要的關(guān)鍵在于電池能在電池內(nèi)部氧復(fù)合,同時(shí)抑制氫氣的析出。

蓄電池起火的原因

蓄電池間連接松動(dòng)

根據(jù)能量計(jì)算公式:Q=I2RT(Q代表能量,I代表電流,R電表電阻,T代表時(shí)間)可知,蓄電在放電的過(guò)程中會(huì)放出一定的熱量,放電電流和電阻值越大,放出的熱量也就越大。電池間連接松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接觸電阻增大,并且會(huì)隨著時(shí)間的推移而加大。當(dāng)使用蓄電池進(jìn)行輸出時(shí),電流經(jīng)過(guò)該部位會(huì)引起發(fā)熱,流過(guò)的電流越大,持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)熱量就會(huì)越多,溫度就會(huì)不斷升高。當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí),就會(huì)引起電池端子發(fā)熱導(dǎo)致外殼材料炭化,ABS冒煙起火。連接松動(dòng)引起的火災(zāi)場(chǎng)景見(jiàn)圖2。

圖3是某高校機(jī)房單組中4節(jié)蓄電池的某次放電時(shí)的溫度時(shí)間曲線。蓄電池的電池配置電壓為528V,每組44節(jié),單節(jié)電池規(guī)格為12V100Ah,投運(yùn)時(shí)間為1年。從圖中可以看出,從放電開(kāi)始第39節(jié)蓄電池的溫度就急速上升,當(dāng)放電1h的時(shí)候溫度已經(jīng)接近80℃。放電后經(jīng)檢查,第39節(jié)電池存在連接松動(dòng)的問(wèn)題。由此可見(jiàn)連接松動(dòng)確實(shí)導(dǎo)致電池異常升溫,存在火災(zāi)隱患。

蓄電池?zé)崾Э?/p>

蓄電池的熱失控指的是電池過(guò)充或環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致充電電流過(guò)大,出現(xiàn)的熱量將使電池進(jìn)一步升溫。電池的溫度升高會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻下降,內(nèi)阻的下降又加強(qiáng)了充電電流。溫度升高和電流的增大互相促進(jìn),使電池內(nèi)部溫度可以高達(dá)120℃以上,軟化ABS外殼(ABS軟化點(diǎn)90℃左右),從而發(fā)生電池的膨脹,漏液,起火。

要注意的是正常浮充的電池在壽命中后期也可能會(huì)發(fā)生熱失控,原因是充電末期電池會(huì)發(fā)生電解水反應(yīng),而氧復(fù)合的效率并不能達(dá)到100%,不斷的電解液損耗會(huì)導(dǎo)致隔板的飽和度下降,這會(huì)新增密封蓄電池的氧復(fù)合的電流,不但增大電池的浮充電流,加速了電池的發(fā)熱和進(jìn)一步的失水,并最終引發(fā)熱失控。所以說(shuō)浮充本質(zhì)上也是一種過(guò)充電。

假如電池出現(xiàn)過(guò)充電,電池內(nèi)部電解水的速率將會(huì)加快,這些氣體來(lái)不及被吸收,會(huì)不斷積累,當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過(guò)開(kāi)閥壓后排出氫氧混合易燃易爆氣體,假如站點(diǎn)密封較好,在外部有火花時(shí)即容易引燃引爆。

蓄電池漏液

鉛酸蓄電池漏液指的是電池在使用過(guò)程中,電圖2連接松動(dòng)引起的火災(zāi)池表面有電解液滲出。蓄電池漏酸的原因一般可分為三類(lèi):

①生產(chǎn)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)性密封損傷,如極柱和外殼焊接或粘接面存在未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷。在使用中出現(xiàn)漏液現(xiàn)象;

②運(yùn)輸或者安裝過(guò)程中的不當(dāng)操作,引起的蓄電池外殼顯性或者隱形的損壞,并而未及時(shí)排除;

③充電設(shè)置不合理,使電池組長(zhǎng)期過(guò)充電導(dǎo)致極板生長(zhǎng),外殼破壞,導(dǎo)致的漏液。根源還是過(guò)充電。

圖4為蓄電池漏液的場(chǎng)景。

一般來(lái)說(shuō),UPS的接地系統(tǒng)應(yīng)符合IEC60346標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)低壓接地系統(tǒng)的規(guī)定。這就意味著關(guān)于大部分UPS來(lái)說(shuō),電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當(dāng)電池組中有電池出現(xiàn)漏液,并且漏出的電解液流到電池架時(shí),電池組間就會(huì)形成短路從而引發(fā)事故。

故障的檢測(cè)與預(yù)防

關(guān)于以上故障,比如電池的明顯漏液和電池連接的松動(dòng)可以通過(guò)外觀的查看和定期巡檢發(fā)現(xiàn)。但這些手段終究不能再故障發(fā)生的時(shí)候就立即發(fā)現(xiàn),所以很多時(shí)候發(fā)現(xiàn)問(wèn)題之時(shí)可能也是事故發(fā)生之日。

那么有沒(méi)有辦法從根源上進(jìn)行預(yù)測(cè),或者有效延緩呢?關(guān)于連接條總動(dòng),可以通過(guò)電池的連接電阻和溫度變化來(lái)檢測(cè)。關(guān)于熱失控,從上面的原因分析我們可以得出一個(gè)結(jié)論:引發(fā)這些故障的最重要的一個(gè)原因就是過(guò)充電。假如能延緩或者杜絕過(guò)充電的發(fā)生,那么也就意味著可以做到有效的延緩和提前預(yù)防事故的發(fā)生。而關(guān)于電池漏液,可以通過(guò)監(jiān)測(cè)電池輸出對(duì)地的絕緣性能和電池漏電檢測(cè)來(lái)判斷。

1蓄電池間連接松動(dòng)

圖5中蓄電池是某運(yùn)營(yíng)商分公司單組24節(jié)蓄電池的實(shí)時(shí)采集的電池正常運(yùn)行時(shí)的內(nèi)阻數(shù)據(jù)。從圖中可以看出,蓄電池組單節(jié)電池的內(nèi)阻屬于正常范圍,且一致性較好,內(nèi)阻值均在0.2～0.3m之間。

電池投運(yùn)一段時(shí)間后,假如連接條松動(dòng),會(huì)引起蓄電池的接觸電阻增大,勢(shì)必也會(huì)引內(nèi)阻的測(cè)試值增大。為驗(yàn)證內(nèi)阻(包括連接內(nèi)阻)與連接松動(dòng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將#21電池的螺母擰松后再次測(cè)試電池內(nèi)阻,測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

#21蓄電池內(nèi)阻前后的變化之大,明確了內(nèi)阻(包括連接內(nèi)阻)與連接松動(dòng)的直接關(guān)系。由此可見(jiàn),通過(guò)監(jiān)控電池之間的連接電阻,并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷,可以判斷電池是否有連接松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn),預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

2蓄電池?zé)崾Э?/p>

蓄電池的熱失控重要是由于電池的過(guò)充和高溫引起的,所以只要能夠防止電池過(guò)充以及高溫就能有效的防止電池發(fā)生熱失控。

1、蓄電池智能管理系統(tǒng)7x24h實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池的狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池的浮充電壓過(guò)高或者均充時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的告警推送給相關(guān)運(yùn)維人員,運(yùn)維人員根據(jù)系統(tǒng)的維護(hù)指引進(jìn)行相應(yīng)的處理,可以有效的防止電池過(guò)充電;

2、通過(guò)蓄電池智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的充電管理,系統(tǒng)需準(zhǔn)確測(cè)量并計(jì)算電池的充放電量,當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電池充滿電時(shí),自動(dòng)停止充電,防止造成電池組過(guò)充電。關(guān)于浮充場(chǎng)景,在電池不放電情況下,系統(tǒng)應(yīng)定期補(bǔ)充電來(lái)補(bǔ)償電池因自放電而損失的電量。當(dāng)電池充滿電后,系統(tǒng)自動(dòng)終止充電,防止因持續(xù)浮充電造成的過(guò)充電,使得電池組始終保持其最佳的狀態(tài),并且有效延長(zhǎng)了電池使用壽命;

3、蓄電池智能管理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電池充電進(jìn)行智能管理。當(dāng)電池接近充滿的狀態(tài)下,假如檢測(cè)到環(huán)境溫度出現(xiàn)異常升高的現(xiàn)象,系統(tǒng)下發(fā)指令并通過(guò)智能控制模塊使電池進(jìn)入休眠模式(無(wú)充電電流),當(dāng)電池溫度下降到正常狀態(tài)后,再繼續(xù)對(duì)電池進(jìn)行充電。這樣可以有效的防止溫度和電流的互相促進(jìn)形成的惡性循環(huán),從而杜絕熱失控的發(fā)生。