电池技术 < 2008年9月
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蓄电池失效模式及在线监测技术研究
摘 要:通过分析蓄电池运行状况和电池失效的常见失效现象,研究了蓄电池在线监测管理系统应
解决的关键问题,主要包括:(1)蓄电池的失效模式,(2)监测管理系统的合理结构与数据分析,
(3)电池单体的内阻测量,(4)电池N+1运行方式,(5)监测系统的两个问题,远程管理,在线维
护。文中结合BM-6500电池管理系统在直流操作系统的应用进行了相关论述,本系统提高了直流电源运
行的可靠性。
关键词:蓄电池 监测;内阻测量;在线维护
概述
目前,阀控式铅酸蓄电池在电力操作电源广泛使用,了解
蓄电池的失效模式和其使用过程中的性能状况对于安全生产有
很重要的意义。合理地选择及使用目前直流电源系统中的蓄电
池和电池监测模块,对延长蓄电池的使用寿命有很大的作用,
为获得最大的安全效益和经济效益有着很重要的意义。在蓄电
池监测模块的配合下,采用
N+1的蓄电池使用模式,对保证电
池组的使用寿命效果是很明显的。
1 阀控铅酸蓄电池失效机理研究
目前,关于电池失效一般认为主要原因有以下几方面:
(
1)板栅腐蚀,(2)水损耗,(3)板栅延伸,(4)热失
控,(
5)负极板硫酸盐化,(6)电池电压不均,(7)无锑
效应;次要原因有:(
8)枝晶短路,(9)活性物质脱落,
(
10)隔板氧化,(11)爆炸
[8]
。
国际铅锌研究组织(
International Lead Zinc Research
Organization—ILZRO)曾开展阀控铅酸蓄电池使用条件和失
效模式方面的调查
[9]
,
包括浮充电压、充电电流、使用环境温
度、每年放电次数及深度、是否安装监控设备和一些维护规程
等内容。
正极板栅失效机理研究
正极是对
VRLA蓄电池性能和劣化速度影响最大的部分。
正极板栅腐蚀是
VRLA蓄电池最通常的失效模式,影响正
极板栅腐蚀速度的因素有以下几方面:
1)腐蚀膜孔尺寸
正极板栅合金的腐蚀产物担负着既要和
活性物质紧密黏结又要对基体合金有着良好的保护性能的双层
作用。腐蚀产物氧化膜的结构及物理化学性质直接关系到电池
的容量和寿命。
2)合金的结晶尺寸
氧化产物PbO
2
可以将整个晶间层遮盖
住,从而阻止腐蚀继续进行,当合金的晶粒粗大时,晶间夹层
较厚,腐蚀产物不能把合金表面和晶间夹层盖住,晶间夹层留
有较大的孔隙,使腐蚀得以深入发展。
3)极化条件
极化条件直接影响着腐蚀膜的结构,大量实
验表明随着浓度的减少,温度的提高,阴极膜晶体增大,膜孔
尺寸也增加,这有利于硫酸通过膜孔向基体金属的扩散。根据
美国
GNB的相关研究,浮充电压和温度是影响正极板极化的主
要条件。
正极板栅在使用过程中要变形。变形的结果导致板栅先行
尺寸加长、弯曲和板栅中个别筋条的断裂。这些现象都可能引
起正极板栅的破坏和电池寿命终止。
正极活性物质的性能变化是铅蓄电池容量下降的重要原