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    浅析阀控式德国阳光蓄电池热失控现象

    浅析阀控式德国阳光蓄电池热失控现象

     

    阀控式德国阳光蓄电池(以下简称阀控电池)因其成熟的技术,高性价比和维护简单等特性,被广泛应用于通信、电力系统当中。但导致阀控电池失效的原因有很多,其中热失控就是典型现象,热失控的直接导致后果就是是电池内部电解液干涸,电池内阻异常,电池壳体变形膨胀,甚至破裂,散发出大量酸性气体。
      
      阀控阳光电池的结构决定了热失控现象的产生,阀控电池与排气式富液电池相比较,富液电池的电解液容量较多且有良好的排气散热功能,大量的电解液对化学反应温度上升有很好的缓冲作用,且反应时蒸发的气体带走了大部分热量,即便采用不同的充电方式,都不易在富液电池使用中出现热失控,而阀控电池封闭的结构与相对较少的电解液决定这种结构易发生热失控,由于温度与电流的平衡关系脆弱,表现在过充电时电解水产生的热量不能很好的释放,温度和电流形成正反馈,相互推升直至失控。
      
      一、阀控电池热失控的原因
      
      1.产生热量的原因:阀控电池在放电后回充时,一般充电设备先进行均充,设定不超过0.1C的均充电流,即12V150AH的电池,均充电流不超过15A(0.1C*150AH),随着电池端电压不断上升,充电电流则不断下降,当端电压满足(一般2.25~2.27V/只)转入恒压充电,充电电流降至某一个设定的很小值后(依各厂家不同,设定值略有不同)转入浮充状态,上述就是三段式充电的过程。
      
      前期由于电池放电,特别是放电量较大时,在后期充电过程中电能基本补充损失的化学能,没有过多的电能转化为热能,而电池即将充满时,电能将大部分转化为热能,引起电池内部温度升高,所以在充电后期或是浮充状态,保证小电流充电,避免大量电能转化为热能是非常重要。
      
      2.电池充放电反应的方程式:
      
      Pb(负极)+PbO2(正极)+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
      
      其中由正极产生的氧气与负极反应:
      
      2Pb+O2=2PbO;
      
      PbO+H2SO4=PbSO4+H2O
      
      上述两个反应均是放热反应。而浮充电流对温度十分敏感,温度的上升会导致浮充电流增大,若充电设备没有温度补偿功能,不能及时调整浮充电压(当温度上升时适当降低浮充电压,且保证浮充电流不变),浮充电流增加又加速放热反应的进行,则浮充电流和温度相互影响逐步升高,直至出现热失控。
      
      曾处理过一场热失控事故,事故地点在某大厦地下3层,两台UPS各挂20支电池,两台UPS电源和电池品牌均对应一致且在相同环境中,一组共20块电池全部膨胀报废,另一组20支电池完好,电池为名牌产品同一批次,进场时曾做过检测,不存在质量问题。后经分析,造成热失控的直接原因是UPS电源充电部分故障,是由于过充引起,非电池问题。
      
      原因如下:
      
      1.从UPS电源历史记录中可查,该UPS电源在电池没有放电的情况下,突然由浮充转均充并充电12个小时,导致电池内部温度突升,壳体变形。
      
      2.地下室精密空调之前由于室外机过脏,高压锁定停机,缺少了降温设备导致加速了热失控的发生。
      
      3.UPS间没有监控设备和负责人员,长期处于无人看管的状态。
      
      对于此次事故,客户曾有疑问,怀疑电池膨胀的原因是由于电池排气阀未能及时打开所致。膨胀变形原因分为热变形和受力变形,电池壳体承受压力变形的能力远大于排气阀,若出现内部压力过高,肯定会首先打开排气阀减少压力。实际电池膨胀是因为热变形造成,在热失控情况下,内部温度过高造成壳体高温变形。
      
      二、预防措施
      
      1.建议使用带有温度补偿的充电设备,增加电池监控设备为上策,以对每一块电池实时测量性能。
      
      2.UPS间室内环境应通风,温度维持在20~25°C,配备机房专用空调,以适应长时间不间断的恒温需求。
      
      3.免维护电池只是维护量相对降低,并非不需维护与保养,在使用中也是需要有人维护。
      
      综合上述,阀控式阳光蓄电池热失控是在外因的诱导下逐步发生的,因此在使用中对可能造成热失控的因素要稍加注意,在一定程度上可预防热失控的出现,保障设备的安全,保障客户的利益。

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