作為UPS的關(guān)鍵部件——閥控式鉛酸電池,在停電或電網(wǎng)異常時,能隨時提供儲備能量供負(fù)載設(shè)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(tài),出現(xiàn)異常不一定能及時發(fā)現(xiàn),在需要的時候才發(fā)現(xiàn),損失已經(jīng)造成,無法挽回。

電池在使用中,經(jīng)常出現(xiàn)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(jìn)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(fā)現(xiàn),且異常時導(dǎo)致的損失可能最大。

本文針對外殼破裂導(dǎo)致的漏液現(xiàn)象進(jìn)行專業(yè)分析,從現(xiàn)象、原因、過程控制、現(xiàn)場處理辦法等入手,并通過物理、技術(shù)等多方面提出預(yù)防、糾正措施等,確保將問題解決在萌芽狀態(tài),減少安全事故、經(jīng)濟(jì)損失的發(fā)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(xué)原理,其化學(xué)反應(yīng)如下:

放電時,正極板中的二氧化鉛和負(fù)極板中的海綿狀鉛與電解液中硫酸反應(yīng),生成硫酸鉛和水,隨著反應(yīng)進(jìn)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(zhuǎn)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(xué)反應(yīng)中,起到離子間導(dǎo)電的作用,并參與蓄電池的化學(xué)反應(yīng)。

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(dá)不到1.2,則電池內(nèi)部無法進(jìn)行正常的化學(xué)反應(yīng),電池出現(xiàn)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(qiáng)度與韌性不足,隨著內(nèi)部壓力變化,產(chǎn)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(nèi)部無法維護(hù)正常的化學(xué)反應(yīng),即無法轉(zhuǎn)化與儲存相應(yīng)的能量,不具備電池的基本功能。當(dāng)電網(wǎng)異常時,無法釋放足夠的能量,容易造成輸出負(fù)載掉電現(xiàn)象,使UPS無法起到保障重要負(fù)載電源不間斷的作用。

2、腐蝕風(fēng)險

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

3、著火風(fēng)險

電池漏酸的話,會導(dǎo)致電池內(nèi)部酸液少,充放電時內(nèi)阻大,產(chǎn)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(dǎo)致熱失控,俗稱鼓肚,長期下去,內(nèi)部積累的熱量將可能引起燃燒,造成更大的危險。

4、觸電風(fēng)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(yīng)的重量。而酸液中含有硫酸鉛、金屬鉛,會導(dǎo)電,且電池在實際使用中,通常是與強(qiáng)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(fēng)險,帶來人身安全問題。

漏液檢測與預(yù)防措施

1、選擇正規(guī)、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(yōu)勢是便宜,但風(fēng)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(dǎo)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(chǎn)生的正常壓力或碰撞。

所以,從根本上要保障采購的電池產(chǎn)品是正規(guī)來源、大品牌的電池。目前國內(nèi)市場上,進(jìn)口一線品牌有湯淺、松下、陽光、荷貝克、非凡等產(chǎn)品;國內(nèi)品牌有KELONG、雄韜、雙登、南都、光宇等,均有質(zhì)量保障。

2、選擇有資質(zhì)的工程安裝人員

安裝環(huán)節(jié)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(yè)精神與責(zé)任心,否則結(jié)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(fēng)險隱患。

建議選擇有資質(zhì)、管理嚴(yán)格、技術(shù)過硬及售后有保障的專業(yè)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(fēng)險,防范于未然才能保證產(chǎn)品、設(shè)備的可靠運行,減少風(fēng)險發(fā)現(xiàn)。將電池與電池架/柜隔離是一個有效的辦法。采用不導(dǎo)電的塑料托盤(見圖2),介于電池與架之間,當(dāng)有漏液現(xiàn)象時,酸液會保留在托盤內(nèi),避免與電池架構(gòu)成帶電整體,可以有效避免觸電。

4、電池實時監(jiān)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(nèi)部阻抗增加,最終表現(xiàn)出來的就是電池內(nèi)阻增加、電壓變化。通過判斷電池內(nèi)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(jiān)測儀系統(tǒng),實時檢測每節(jié)電池的電壓、溫度、內(nèi)阻,設(shè)定好報警值,當(dāng)有異常時,提供聲光報警,維護(hù)人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)、處理,避免風(fēng)險發(fā)生。

該設(shè)備能24h持續(xù)檢測,及時了解電池參數(shù),并能根據(jù)電池的歷史數(shù)據(jù),分析電池的變化趨勢,及時掌握電池的壽命與狀態(tài),防范于未然。

5、絕緣阻抗監(jiān)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(dǎo)電作用,此時,電池正負(fù)極與電池架之間的阻抗將變小,小到一定值,將產(chǎn)生觸電風(fēng)險。方法:選擇一個合適的直流絕緣阻抗監(jiān)測儀,實時檢測電池正/極與電池架/柜的阻抗,設(shè)定好報警值,當(dāng)有異常時,提供聲光報警,維護(hù)人員能夠第一時間發(fā)現(xiàn)、處理,避免風(fēng)險發(fā)生。目前國內(nèi)廠家已經(jīng)有相應(yīng)的成熟技術(shù),檢測準(zhǔn)確、無誤報,且成本較低。

6、定期巡檢法

三個月或半年進(jìn)行一次檢修、除塵、觀察、阻抗測試等,根據(jù)列出的檢查清單,進(jìn)行相應(yīng)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(yè)的售后服務(wù)人員進(jìn)行。

總結(jié):方法多樣,關(guān)鍵是提前預(yù)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(fēng)險發(fā)生概率減少多個數(shù)量級甚至完全消除。

結(jié)束語

近10年發(fā)生的電池漏液導(dǎo)致的安全事故,已經(jīng)有多起,如起火、觸電等問題,造成機(jī)房通信中斷、設(shè)備損壞、財產(chǎn)損失等災(zāi)難。通過渠道選擇、人員防范、物理防護(hù)、技術(shù)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(tài),重點體現(xiàn)在預(yù)防措施,能有效避免事故發(fā)生。

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作者簡介

梁偉琴(1983-)：女,本科,畢業(yè)于南京工業(yè)大學(xué),就職于廈門科華恒盛股份有限公司,主要從事UPS、電池、開關(guān)電源等。