提高一电阀控铅酸蓄电池使用寿命的措施

随着高频开关电源的普及，阀控铅酸蓄电池已在电力系统广泛应用。由于其全密封、无须加水维护，以前曾经被称为“免维护”蓄电池。由于“免维护”这一词的误导，使得用户放松了对阀控铅酸蓄电池的日常维护和管理，造成了蓄电池的早期容量降低和损坏，由于蓄电池容量不足或者失效造成的变电所和发电厂的事故已屡见不鲜。因此，正确使用和维护阀控铅酸蓄电池，提高其使用寿命，具有十分重要的意义。

2、影响阀控铅酸蓄电池使用寿命的主要因素

　　阀控铅酸蓄电池的正常使用寿命在１０年以上，理论上可到２０年，但在实际使用中经常出现容量不足或者早期失效的现象。影响阀控铅酸蓄电池使用寿命的因素很多，主要有：

　　2.1 环境温度的影响

　　蓄电池在２５℃的环境下可获得较长的寿命[1]。温度升高时，蓄电池的极板腐蚀将加剧，同时将消耗更多的水，从而使电池寿命缩短，长期运行温度若升高１０℃，使用寿命约降低一半。阀控铅酸蓄电池的容量是随着温度的变化而变化的，25℃时蓄电池的容量为100%；在25℃以上时，每升高10℃蓄电池的容量会减少一半。

　　因此必须认真做到根据实际温度的变化合理地调整蓄电池的放电电流，同时要控制好蓄电池室的温度使其保持在22℃～25℃以内。

2.2 过度充电的影响

长期过充电状态下，正极因析氧反应，水被消耗，Ｈ＋增加，从而导致正极附近酸度增加，板栅腐蚀加速，使板栅变薄加速电池的腐蚀，使电池容量降低；同时因水损耗加剧，将使蓄电池有干涸的危险，从而影响蓄电池寿命。

2.3 过度放电的影响

蓄电池过度放电主要发生在交流电源停电后，蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被过度放电到其电压过低甚至为零时，会导致电池内部有大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面，在电池的阴极造成“硫酸盐化”。硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对蓄电池的充、放电性能产生很大的负面影响，因此在阴极上形成的硫酸盐越多，蓄电池的内阻越大，电池的充、放电性能就越差，蓄电池的使用寿命就越短。

2.4 小电流放电条件的影响

在小电流放电下形成的硫酸铅颗粒的尺寸远比大电流放电条件下的尺寸大，就是说在大电流条件下晶体形成的速度要比小电流条件下慢，晶体来不及生长就很快被氧化还原了，因而颗粒比较小，而在小电流条件下，较大的硫酸铅晶体就不容易被还原。如硫酸铅晶体长期得不到清理，必然会影响蓄电池的容量和使用寿命。因此对蓄电池在实际放电电流下运行的容量应有一个准确的计算。

　　2.5 不均衡性充放电的影响

　　有关的研究结果表明：板栅不同部位合金成分与结构的分布有所不同，因而会导致板栅电化学性能的不均衡性[2]，这种不均衡性又会使在浮充和充、放电状态下的电压产生差异，且会随着充、放电的循环往复，使这种差异不断增大，形成所谓的“落后电池（蓄电池失效）”。目前国内的标准要求，在一组电池中最大浮充电压的差异应≤50mV，而发达国家的标准是≤20mV，所以应重视并减小浮充状态下蓄电池运行电压的差异。

　　2.6 热失控现象

由于阀控铅酸蓄电池采用贫液设计，电池中灌注的电解液都吸附在玻璃纤维板上，当充电电流增大时，就需要通过安全阀来释放气体，因而造成了蓄电池失水、内阻增大、容量衰减并在充、放电过程中产生大量的热量，这些热量如来不及扩散使温度剧增，就会形成热失控。热失控产生的原因还有没及时减小浮充电压、安全阀不严或开阀压过低等等，在热失控严重的情况下如果放电，有可能使蓄电池瞬间电压骤降和蓄电池壳体温度上升至70℃～80℃，因此对热失控的问题必须引起高度的重视。

2.7 长期浮充电的影响

　　蓄电池在长期浮充电状态下，只充电而不放电，势必会造成蓄电池的阳极极板钝化，使蓄电池内阻增大，容量大幅下降，从而造成蓄电池使用寿命缩短。

3.提高阀控式铅酸蓄电池使用寿命的措施

　  通过对上述影响阀控铅酸蓄电池使用寿命的因素的分析，为了提高阀控铅酸蓄电池的使用寿命，我们就必须做到：

3.1 严把蓄电池的定货质量。在蓄电池选型和采购的过程中，要充分了解厂家的生产工艺、制造流程和质量控制手段，以及技术特点等，必要时可要求在厂家进行首次容量实验，以筛选差异较小的蓄电池。

合理选择充电设备。由于开关电源较具有实时监控和智能化管理功能，能使密封电池时刻工作在最佳状态下，所以要选用高质量的开关电源作为充电设备。高频开关电源系统，要采用模块化设计，当出模块现故障时，应能够立即退出运行，不影响其他模块的正常运行，备用模块应能够自动投入，保证蓄电池不因模块故障而造成过放电。

3.2 注重安装质量。安装质量包括储存、安装、容量实验等多个方面，因此在运输、储存的过程中应注意不要发生碰撞

浅析影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和注意事项

蓄电池是UPS系统中的一个重要组成部分，它的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠程度。不管UPS设计的多么先进，功能多么齐备，一旦蓄电池失效，再好的UPS也无法提供不间断供电。千万不要因贪图便宜而选用劣质铅酸蓄电池，这样会影响整个UPS系统的可靠性，并将因此造成更大的损失。

　　蓄电池是整个UPS系统中平均无故障时间（MTBF）最短的部分。如果能够正确使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会大大缩短。因此，我们要了解蓄电池的基本原理和使用注意事项。

　　2  铅酸蓄电池

　　蓄电池的种类一般可分为铅酸蓄电池、铅酸免维护蓄电池及镍镉电池等，考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素，UPS一般选择阀控式铅酸免维护蓄电池。它的主要特点是在充电时正极板上产生氧，通过化学反应在负极板上还原成水，使用时在规定浮充寿命期内不必加水维护，因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比，使用过程中免去了添加纯水或蒸馏水，调整电解液液面的工作，并非免去一切维护工作。相反，为实现UPS 的不间断供电，我们要更加细致地维护和保养好铅酸免维护蓄电池。

　　3  影响使用寿命的主要因素和注意事项

　　下面介绍一下影响蓄电池使用寿命的主要因素和使用过程中应注意的事项：

　　⑴　环境温度对电池的影响较大。环境温度过高，会使电池过充电产生气体，环境温度过低，则会使电池充电不足，这都会影响电池的使用寿命。因此，一般要求环境温度在25℃左右， UPS浮充电压值也是按此温度来设定的。实际应用时，蓄电池一般在5℃～35℃范围内进行充电，低于5℃或高于35℃都会大大降低电池的容量、缩短电池的使用寿命。

　　⑵　放电深度对电池使用寿命的影响也非常大。电池放电深度越深，其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。虽然UPS都有电池低电位保护功能，一般单节电池放电至10.5V左右时，UPS就会自动关机。但是，如果UPS处于轻载放电或空载放电的情况下,也会造成电池的深度放电。

　　⑶　电池在存放、运输、安装过程中，会因自放电而失去部分容量。因此，在安装后投入使用前，应根据电池的开路电压判断电池的剩余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电。可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏。以12V电池为例，若开路电压高于12.5V，则表示电池储能还有80％以上，若开路电压低于12.5V，则应该立刻进行补充充电。若开路电压低于12V，则表示电池存储电能不到20％，电池不堪使用。

　　⑷　电池充放电电流一般以C来表示，C的实际值与电池容量有关。例如，100AH的电池，C＝100A。松下铅酸免维护电池的最佳充电电流为0.1C左右，充电电流不能大于0.3C。充电电流过大或过小都会影响电池的使用寿命。放电电流一般要求在0.05C～3C之间,UPS在正常使用中都能满足此要求，但也要防止意外情况的发生，如电池短路等。

　　⑸　充电电压。由于UPS电池属于备用工作方式，市电正常情况下处于充电状态，只有停电时才会放电。为延长电池的使用寿命， UPS的充电器一般采用恒压限流的方式控制，电池充满后即转为浮充状态，每节浮充电压设置为13.6V左右。如果充电电压过高就会使电池过充电,反之会使电池充电不足。充电电压异常可能是由电池配置错误引起，或因充电器故障造成。因此，在安装电池时，一定要注意电池的规格和数量的正确性，不同规格、不同批号的电池不要混用。外加充电器不要使用劣质充电器，而且安装时要考虑散热问题。目前，为进一步提高电池寿命，先进的UPS都采用一种ABM(Advanced Battery Management)三阶段智能化电池管理方案，即充电分成初始化充电、浮充电和休息三个阶段：第一阶段是恒流均衡充电，将电池容量充到90％；第二阶段是浮充充电，将电池容量充到100％，然后停止充电；第三阶段是自然放电，在这个阶段里，电池利用自身的漏电流放电，一直到规定的电压下限，然后再重复上述的三个阶段。这种方式改变了以前那种充满电后，仍使电池处于一天24h的浮充状态，因此延长了电池的寿命。

　　⑹　免维护电池由于采用吸收式电解液系统，在正常使用时不会产生任何气体，但是如果用户使用不当，造成电池过充电，就会产生气体，此时电池内压就会增大,将电池上的压力阀顶开，严重的会使电池爆裂。

　　⑺　UPS在运行过程中，要注意监视蓄电池组的端电压值、浮充电流值、每只蓄电池的电压值、蓄电池组及直流母线的对地电阻和绝缘状态。

　　⑻　不要单独增加或减少电池组中几个单体电池的负荷，这将造成单体电池容量的不平衡和充电的不均一性，降低电池的使用寿命。

　　⑼　 电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方，并要避免受到阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置, 不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。

　　⑽　定期保养。电池在使用一定时间后应进行定期检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否平均等。如果长期不停电，电池会一直处于充电状态，这样会使电池的活性变差。因此，即使不停电，UPS也需要定期进行放电试验以便使电池保持活性。放电试验一般可以三个月进行一次,做法是UPS带载－－最好在50%以上,然后断开市电，使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几ms至几十ms,放电后恢复市电供电，继续对电池充电。

　　4 结语

　　了解并清楚影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和在使用过程中应注意的事项，对我们在UPS系统中正确使用和维护铅酸蓄电池有很大的帮助。希望大家在日常工作中正确使用和维护好铅酸蓄电池，使其能得到更加合理的利用。

铅酸蓄电池达不到设计使用寿命的原因

尽管今天铅酸蓄电池在结构设计与使用原材料方面比过去有了很大的改进，性能有了相当大的提高，许多设计和用料精良的免维护铅酸蓄电池浮充使用的理论寿命为15～20年以上，但真正能在使用中达到如此寿命的电池恐怕是少之又少。拿汽车与摩托车广泛使用的干荷电少维护起动用铅酸蓄电池来说，设计使用寿命为4～5年以上，通过调查发现，很少能达到以上水平，大部份几个月至一年就夭折了，究其原因，我们认为有以下几点：

1）充电设备的设计不够完善，使用也不方便。

2）铅酸蓄电池放电后得不到及时的补充充电，

特别是过放电对电池造成致命之伤。

3）少数厂家的产品质量低劣，以次充好。

以上原因，我们认为2）、3）从技术上讲是比较容易预防和做好的，唯1）牵涉比较难以解决的技术问题，下面着重谈谈这方面存在的问题。

2蓄电池的充电技术要求

厂家提供的铅酸蓄电池保证使用寿命的技术指标是在环境温度为25℃下给出的。由于单体铅酸蓄电池电压具有温度每上升1℃下降约4mv的特性，那么一个由6个单体电池串联组成的12V蓄电池，25℃时的浮充电压为13.5V；当环境温度降为0℃时，浮充电压应为14.1V；当环境温度升至40℃时，浮充电压应为13.14V。同时铅酸蓄电池还有一个特性，当环境温度一定，充电电压比要求的电压高100mv，充电电流将增大数倍，因此，将导致电池的热失控和过充损坏。当充电电压比要求电压低100mv时，又将使电池充电不足，也会导致电池损坏。另外铅酸蓄电池的容量也和温度有关，大约是温度每降低1℃，容量将下降1％，所以厂家要求铅酸蓄电池的使用者在夏天电池放出额定容量的50％后，冬天放出25％后就应及时充电。

显然，日常使用中的铅酸蓄电池不可能长期处在25℃的环境中，一日中尚有早、中、晚的温差变化，更何况一年中还有春、夏、秋、冬四季更大的温差，因此目前市面上普遍使用的各种晶闸管整流型、变压器降压整流型、以及一般的开关稳压电源型的铅酸蓄电池充电器，以恒压或恒流方式对电池进行的充电，是无法达到铅酸蓄电池补充充电所需要满足的严格技术要求的。纵观过去所采用的这些对铅酸蓄电池充电的方法，以及根据这些方法开发的铅酸蓄电池充电器，我们不难看出，其技术是不够完善的，用这些产品给铅酸蓄电池充电，势必直接影响铅酸蓄电池的使用寿命，同时这些充电器还存在着工作电压适应范围窄、体积大、效率低、安全系数差等问题。

图1自然平衡充电原理简示图

3自然平衡充电器

针对以上铅酸蓄电池充电存在的普遍问题，长沙宇恒电子有限公司对铅酸蓄电池充电器进行了长时间的深入研究，以自己独特的方法和巧妙的设计，生产出新的充电器系列产品，解决了铅酸蓄电池充电存在的复杂技术问题，通过多年实验证实，大大提高了铅酸蓄电池的使用寿命。（该技术已申请专利）

现在简要介绍一下蓄电池充电新法——自然平衡充电法。 何为蓄电池充电的自然平衡法？请看图1所示蓄电池充电的连接简图。

图1中有二个电源EA、EB，当电源EA与电源EB处在同一环境温度下，正极和正极相连接，负极与负极相连接，在它们所形成的闭合电路中，存在着如下的关系，如果EA高出EB，EA将向EB提供EA－EB=ΔE的电压，同时将按ΔE的大小，提供一Δi电流向电源EB流通和灌注，当EB吸收EA提供的Δi电流，使EB上升到完全等于EA时（在蓄电池中表现为，蓄电池端电压的上升和电荷存储量的增加），电源EA将停止向电源EB提供电流，也就是EA=EB，ΔE=0，Δi=0。

在上面描述中，我们把EB换成被充电的蓄电池，算出在不同放电深度与环境温度下，蓄电池对应的电压。将EA精心设计成不同环境温度下，能按蓄电池充电平衡需要，自动调节输出电压和电流的电源，与之对应连接。完全理想化的情况下，电源EA能根据蓄电池在任一环境温度下，能够接受的电流，对电池进行充电，电池充足电后，ΔE=0，Δi=0，EA电源将不再消耗功率，此后，EA只随环境温度的变化，对被充蓄电池提供跟踪平衡补偿，由于蓄电池充电的整个过程完全是自动完成的，所以我们称之为自然平衡法。

此方法完全理想化的情况是：蓄电池在充足电后，EA与被充电的蓄电池EB之间的电压差ΔE=0，自然也就Δi=0，由于EA无功率供给蓄电池（EB），所以蓄电池电解液不可能产生沸腾，也不可能使蓄电池内电解液中的水分解，更不可能使蓄电池内的压力和温度升高，产生安全隐患。因此，该方法提供给蓄电池的是既不会使蓄电池过充电，也不会使蓄电池充电不足，而是更方便，更安全，更可靠的充电。

从上面的分析中，我们不难看出，该方法特别适合免维护与少维护铅酸蓄电池的维护性充电，更能适应那些间歇性放电使用的蓄电池日常维护充电，有利于提高蓄电池日常使用中的可靠性，提高蓄电池的使用寿命。

最后介绍一下按自然平衡充电法研制的一款适用于摩托车12V铅酸蓄电池用智能充电器的主要技术指标：

1）可充电池12V4～10Ah；

2）适应输入电源为交流100～240V，直流120～370V；

3）重量≤100g；体积60mm×35mm×30mm；

4）适用环境温度－10～45℃。

4结语

影响铅酸蓄电池使用寿命的原因不外乎两个方面：

1）铅酸蓄电池在环境温度变化时对其充电设备有苛刻要求。由于过去的充电设备在设计上的缺陷，因此影响了蓄电池的正常使用寿命。

2）铅酸蓄电池放电后，由于过去充电设备的使用不方便，致使用户不能及时给电池补充电，其造成的伤害是使电池的寿命大为缩短。