浅谈VRLA蓄电池的使用寿命与失效原因张炽烽

浅谈VRLA蓄电池的使用寿命与失效原因张炽烽

张炽烽

东莞市东江水务有限公司广东东莞523000

摘要：在供水计量电磁流量计及远传端站的后备电源系统中，广泛使用了VRLA蓄电池。本文根据蓄电池使用情况的数据，对蓄电池使用寿命和内阻进行了统计分析，用蓄电池活化仪对故障蓄电池进行了抽样活化与测试，探讨了蓄电池的失效原因，并对蓄电池的使用与维护提出了改进建议。

关键词：VRLA蓄电池；使用寿命；内阻；失效原因

为确保供水计量电磁流量计及远传端站不间断稳定运行，需为其配备后备电源系统。后备电源系统采用了阀控密封铅酸蓄电池（简称VRLA蓄电池）。由于蓄电池的自然老化以及各种原因导致内阻增大，容量减小，备用时间缩短，每隔一定年限就要更换一次蓄电池。在多年的维护工作中，积累了大量蓄电池使用寿命和内阻的测量数据，通过对数据的分析，可以发现一些规律，为制定蓄电池的更换和维护计划提供参考依据。同时，对故障蓄电池的活化和测试有助于归纳出蓄电池的失效原因并制定有效的改进措施。

1、阀控密封铅酸蓄电池的性能特点

电池内的电解液全部被极板和超细玻璃纤维隔板吸附，电池内部无自由流动的电解液，在正常使用情况下无电解液漏出。正常使用时保持气密和液密状态，当内部气压超过预定值时，安全阀自动开启，释放气体，当内部气压降低后安全阀自动闭合，使蓄电池密封，同时防止外部空气进入蓄电池内部。蓄电池使用期间不需加酸、加水维护，电池为密封结构。

2、后备电源系统情况简介

目前流量计及远传端站的后备电源有三种配置方式：

（1）交流220V供电的流量计，配备UPS和3节串联的100Ah蓄电池组作为后备电源系统。UPS对蓄电池组的浮充电压约为42V。

（2）直流24V供电的流量计，配备开关电源和2节串联的38Ah蓄电池组作为后备电源系统。开关电源对蓄电池组的浮充电压约为27V。

（3）每台流量计均配备远传端站，端站采用开关电源和1节24Ah蓄电池作为后备电源系统。开关电源对蓄电池的浮充电压约为13.6V。

3、蓄电池使用情况

基于日常使用和维护情况的总结，正常情况下，蓄电池的使用寿命24Ah可达9年，38Ah蓄电池组可达6年，100Ah蓄电池组可达5年。但实际上，目前有相当部分的蓄电池投入使用2~3年就开始出现落后电池，条件恶劣的甚至1年就会出现内阻增大、容量明显下降、电压不够等现象。造成这种现象的原因除了蓄电池存在先天缺陷外，还有一部分是由于长期浮充电、过度放电、浮充电压低、电池差异性等。对更换下来的蓄电池测量内阻，发现两种情况，一种是自然老化，内阻逐渐增大，容量逐渐下降；另一种是蓄电池组中其中一节出现异常，内阻明显大于其他节。

对自然老化，到了使用年限更换下来的蓄电池进行数据收集，其中24Ah蓄电池41节，38Ah蓄电池4节，100Ah蓄电池87节，分别统计使用时间和内阻并求平均值，并与内阻基准值进行对比，得到的数据如表1所示。有资料表明，当蓄电池的内阻大于基准值的2倍时，电池的容量将在其额定容量的80％以下。因此，从表1的数据可以得知，到期更换下来的蓄电池容量早已远小于额定容量。

对短期内出现异常，内阻明显偏大，容量严重不足的蓄电池抽样进行检测。一个24Ah蓄电池只使用了短短1年半，内阻已达到59.01mΩ，备用时间只有短短9小时。而按远传端站使用蓄电池供电时的放电电流0.5A计算，24Ah蓄电池能提供48小时的理论备用时间，即使蓄电池容量下降到80%，备用时间也能达到38小时。用蓄电池活化仪对其进行三次充放电循环活化后，内阻依然高达46.29mΩ，基本可以判定该蓄电池已失效。另一个24Ah蓄电池由于使用了一台充电电压只有9.1V的开关电源为其充电，该蓄电池只使用了半年，内阻已达到48.5mΩ，备用时间只有3.5小时。用蓄电池活化仪对其进行三次充放电循环活化后，内阻没有明显变化。

4、蓄电池失效原因分析

（1）长期浮充电

长期浮充电状态下，蓄电池只充电不放电，会使得蓄电池的正极板钝化，Pb被转化为，由于的体积比铅大3.7%，因此将引起正极板栅的变形和拉伸，使得板栅与活性物质的接触面积减少，造成蓄电池的内阻增大，容量减小。当正极板栅增长到4%~7%时，板栅甚至会断裂导致蓄电池容量完全损失。

（2）过度放电

蓄电池过度放电会导致蓄电池内部大量的被吸附到蓄电池的负极表面，造成蓄电池负极的“硫酸盐化”，由于是绝缘体，会使蓄电池的内阻增大，对充放电产生负面影响，并且负极板的硫酸盐杂质越多，结晶颗粒越大，负极板的腐蚀速度会越快。某些开关电源的充电模块异常，充电电压低于蓄电池标称电压，蓄电池一直对开关电源放电，最终导致蓄电池内部损坏，内阻增大，容量急剧下降。

（3）浮充电压低

浮充电压低的蓄电池会因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化。理想情况下，全新的远传开关电源的浮充电压可达到13.6V，蓄电池一般能处于充满的状态。但是随着远传开关电源的老化，浮充电压会逐渐下降。很多使用年限达到8年或以上的开关电源浮充电压只有13V左右，只能把蓄电池充到12.85V左右。

（4）电池差异性

性能不同的VRLA蓄电池组成一组运行时，浮充电压高的蓄电池会因长期过充导致失水和极板腐蚀，浮充电压低的蓄电池则会因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化，所以蓄电池性能的离散性会直接影响到VRLA蓄电池的使用寿命。UPS或流量计开关电源为蓄电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满。充电设备会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电，导致其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次这样的恶性循环，容量不断下降，蓄电池的内阻不断增加，电池后备时间缩短。

5、蓄电池使用与维护的改进建议

（1）对停电后备用时间短的24Ah蓄电池，检查为其充电的远传开关电源的充电模块是否能正常开启，浮充电压是否达到13V以上。特别对使用时间超过8年及维修好返回的远传开关电源，定期检查浮充电压。

（2）对停电后备用时间短的100Ah和38Ah蓄电池组，检查UPS的浮充电压是否达到42V，流量计开关电源的浮充电压是否达到27V。检查蓄电池组每节电池的内阻，如有落后电池，及时更换。

（3）对停电后放电深度较深的蓄电池及时充电，如充满电后检测到内阻较大，使用蓄电池活化仪进行活化。

6、结束语

供水计量电磁流量计和远传端站数量较多，每年到期更换下来的蓄电池数量也相当多。对老化蓄电池的数据进行长期收集和统计分析，能更有效地掌握蓄电池的使用情况，使更换计划更加合理。有计划地对充电设备进行检测，能及时发现故障，避免对蓄电池造成损坏。通过对蓄电池的合理使用和故障处理，确保了后备电源系统的可靠性，为供水计量电磁流量计和远传系统的不间断稳定运行提供了保障。

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