作為UPS的關鍵部件——閥控式鉛酸電池,在停電或電網異常時,能隨時提供儲備能量供負載設備使用,其重要性不言而喻。由于平常電池處于充電或備用狀態,出現異常不一定能及時發現,在需要的時候才發現,損失已經造成,無法挽回。

電池在使用中,經常出現的失效模式有:容量不足(或放電時間短)、浮充電壓低、漏液、外觀不良、充不進去電、電池鼓脹等。其中漏液原因,可能有以下幾個:安全閥異常、端子爬酸腐蝕、外殼破裂、電池倒置使用。其中,只有外殼破裂屬于比較難發現,且異常時導致的損失可能最大。

本文針對外殼破裂導致的漏液現象進行專業分析,從現象、原因、過程控制、現場處理辦法等入手,并通過物理、技術等多方面提出預防、糾正措施等,確保將問題解決在萌芽狀態,減少安全事故、經濟損失的發生。

閥控式鉛酸電池原理與電解液作用說明

1、閥控式鉛酸電池組成(見圖1)

2、閥控式鉛酸電池充放電原理

蓄電池采用陰極吸收的電化學原理,其化學反應如下:

放電時,正極板中的二氧化鉛和負極板中的海綿狀鉛與電解液中硫酸反應,生成硫酸鉛和水,隨著反應進行,硫酸的濃度逐漸降低,端電壓逐漸下降;反之,在充電時,硫酸鉛又分別轉化成二氧化鉛和海綿鉛,硫酸的濃度也逐漸升高,端電壓也隨之升高。

3、閥控式鉛酸電池中酸液的作用

電解液在蓄電池的化學反應中,起到離子間導電的作用,并參與蓄電池的化學反應。

電解液由純硫酸(H2SO4)與蒸餾水按一定比例配制而成,其密度一般為1.23～1.32g/cm3(20℃)。

電池開路電壓=電池酸密度+0.85(單格2V模塊),如果漏液,電池酸密度達不到1.2,則電池內部無法進行正常的化學反應,電池出現異常,不能正常使用。

4、閥控式鉛電池殼體破裂原因分析

電池外殼通常使用ABS樹脂,但如果廠家材料選擇不合理,如選用的電池外殼是容易破裂的塑料,甚至為了成本,在成型過程中加入二次料,使外殼的強度與韌性不足,隨著內部壓力變化,產生裂紋。

運輸與安裝過程中,操作人員粗魯、大意,隨意拋、撞,極易造成電池外殼破裂。

電池漏液的危害

1、基本功能喪失

從閥控式鉛酸電池原理可以得出,隨著酸液的流失,電池內部無法維護正常的化學反應,即無法轉化與儲存相應的能量,不具備電池的基本功能。當電網異常時,無法釋放足夠的能量,容易造成輸出負載掉電現象,使UPS無法起到保障重要負載電源不間斷的作用。

2、腐蝕風險

電池內部液體含有硫酸,是一種強腐蝕化學品,對人體皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用、蒸氣或霧可引起結膜炎、結膜水腫、角膜混濁,以致失明、引起呼吸道刺激,重者發生呼吸困難和肺水腫等等,甚至造成更多的慢性影響、環境危害、燃爆危險。

3、著火風險

電池漏酸的話,會導致電池內部酸液少,充放電時內阻大,產生極大的熱量,熱量會使浮充電流增大,電流增大會使溫度升高,最后導致熱失控,俗稱鼓肚,長期下去,內部積累的熱量將可能引起燃燒,造成更大的危險。

4、觸電風險

電池通常放置在電池架上,且電池重量重,只能金屬架才能承受相應的重量。而酸液中含有硫酸鉛、金屬鉛,會導電,且電池在實際使用中,通常是與強電連接的。此時,若不小心觸碰電池架/柜的外表,則會有觸電風險,帶來人身安全問題。

漏液檢測與預防措施

1、選擇正規、大品牌的電池

目前市面上充斥著大量山寨、翻新的電池,這種電池最大的優勢是便宜,但風險極大;而且外殼材料可能采用二次料,比較脆、硬,容易破裂,導致漏液;甚至偷工減料,減少投入,外殼厚度不足,耐受不住使用過程中產生的正常壓力或碰撞。

所以,從根本上要保障采購的電池產品是正規來源、大品牌的電池。目前國內市場上,進口一線品牌有湯淺、松下、陽光、荷貝克、非凡等產品;國內品牌有KELONG、雄韜、雙登、南都、光宇等,均有質量保障。

2、選擇有資質的工程安裝人員

安裝環節是極重要的過程,安裝時,必須將電池包裝去除,電池外殼將直接與電池架/柜接觸,加上電池的重量,容易造成磕碰。若要做到輕拿輕放,需要的是極大體力、敬業精神與責任心,否則結果必然很不理想;且安裝造成的電池外殼破裂在驗收時根本看不出來,為后期埋下風險隱患。

建議選擇有資質、管理嚴格、技術過硬及售后有保障的專業施工人員,確保整個施工過程有管控、有保障。

3、物理隔離辦法

消除一切可能的風險,防范于未然才能保證產品、設備的可靠運行,減少風險發現。將電池與電池架/柜隔離是一個有效的辦法。采用不導電的塑料托盤(見圖2),介于電池與架之間,當有漏液現象時,酸液會保留在托盤內,避免與電池架構成帶電整體,可以有效避免觸電。

4、電池實時監測法

原理:漏液時,隨著酸液的流失,電池對于電流傳輸能力下降,內部阻抗增加,最終表現出來的就是電池內阻增加、電壓變化。通過判斷電池內阻及電壓的變化情況,即可判斷電池存在異常。方法:選擇一套合適的電池監測儀系統,實時檢測每節電池的電壓、溫度、內阻,設定好報警值,當有異常時,提供聲光報警,維護人員能夠第一時間發現、處理,避免風險發生。

該設備能24h持續檢測,及時了解電池參數,并能根據電池的歷史數據,分析電池的變化趨勢,及時掌握電池的壽命與狀態,防范于未然。

5、絕緣阻抗監測法

原理:針對電池回路與交流電回路隔離情況下,漏液時,電池酸液必將與電池架/柜接觸,由于電解液的導電作用,此時,電池正負極與電池架之間的阻抗將變小,小到一定值,將產生觸電風險。方法:選擇一個合適的直流絕緣阻抗監測儀,實時檢測電池正/極與電池架/柜的阻抗,設定好報警值,當有異常時,提供聲光報警,維護人員能夠第一時間發現、處理,避免風險發生。目前國內廠家已經有相應的成熟技術,檢測準確、無誤報,且成本較低。

6、定期巡檢法

三個月或半年進行一次檢修、除塵、觀察、阻抗測試等,根據列出的檢查清單,進行相應的檢查、記錄,確保檢查工作有效落實到位。該工作可以由用戶自己安排,也可以委托電源廠家或第三方公司專業的售后服務人員進行。

總結:方法多樣,關鍵是提前預防與定期檢查,以上辦法可以疊加使用(備注:3與5不能同時使用),將使風險發生概率減少多個數量級甚至完全消除。

結束語

近10年發生的電池漏液導致的安全事故,已經有多起,如起火、觸電等問題,造成機房通信中斷、設備損壞、財產損失等災難。通過渠道選擇、人員防范、物理防護、技術手段等方法,或是采用綜合解決方案,將事故消防在萌芽狀態,重點體現在預防措施,能有效避免事故發生。