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VRLA蓄電池(Valve Regulated Lead Acid簡(jiǎn)稱VRLA電池)發(fā)生漏液故障,除了運(yùn)輸、搬運(yùn)造成的機(jī)械損傷外,主要是由于制造缺陷引起的,如電解液注入量過多、密封不嚴(yán)、密封材料不合格和密封材料老化等。有些廠家在VRLA蓄電池的制造過程中,在極柱周圍涂抹了硅油,用來增強(qiáng)VRLA蓄電池外殼的密封性能,在使用中極柱周圍可能會(huì)有非酸性液體滲出,這屬正常現(xiàn)象,不是漏液,應(yīng)注意區(qū)分。因此,發(fā)現(xiàn)漏液VRLA蓄電池應(yīng)立即更換,或在VRLA蓄電池接近壽命終期前更換。
在VRLA蓄電池密封和安全閥沒有問題的時(shí)候,也會(huì)出現(xiàn)漏液。很多VRLA蓄電池在灌酸以后,VRLA蓄電池處于富液狀態(tài),VRLA蓄電池沒有氧循環(huán)。靠VRLA蓄電池處于開口狀態(tài)的三充二放把多于的電解液排出。硫酸比重再次提高。在蓋安全閥的時(shí)候,電解液沒有吸光,還存在游離酸。即使把游離酸吸光,VRLA蓄電池還是處在“準(zhǔn)貧液”狀態(tài)。隔板中的電解液相對(duì)要多一些。而隔板中稍多的電解液影響氧循環(huán),這樣,在對(duì)新的VRLA蓄電池進(jìn)行充電時(shí),排氣量比較大,帶出的硫酸比較多,形成“漏酸”。而膠體VRLA蓄電池在前50～100個(gè)循環(huán),VRLA蓄電池處于富液到貧液的轉(zhuǎn)換期,排氣比較嚴(yán)重,排氣代出膠體微粒形成了“漏酸”。
VRLA蓄電池漏液主要表現(xiàn)在極柱漏液和殼蓋密封不良造成的漏液。VRLA蓄電池殼蓋的密封方法有兩類:膠封和熱封。膠封方法是殼蓋之間采用環(huán)氧樹脂膠密封,密封質(zhì)量受環(huán)氧樹脂膠的影響,如環(huán)氧樹脂存在老化和龜裂問題而造成漏液的可能性。
熱封是將ABS殼體加熱到一定溫度后(具有一定的流動(dòng)性和粘結(jié)性),將其填充到殼與蓋之間的縫隙。冷卻后殼蓋注成一體,殼、蓋粘結(jié)部分全部為ABS一種材料。因而熱封具有較高的密封可靠性。采用熱封能解決殼蓋之間的漏液?jiǎn)栴}。極柱與殼蓋間的密封質(zhì)量是影響VRLA蓄電池循環(huán)壽命的主要因素之一。極柱密封結(jié)構(gòu)有4類:
①樹脂密封結(jié)構(gòu);
②樹脂二次密封結(jié)構(gòu);
③機(jī)械壓縮式密封結(jié)構(gòu);
④HAGEN極柱密封結(jié)構(gòu)。
2 VRLA蓄電池漏液現(xiàn)象分析
(1)VRLA蓄電池漏液與電解液量的關(guān)系
VRLA蓄電池設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原理就是采用貧液技術(shù),使正極產(chǎn)生的O2通過內(nèi)循環(huán)在負(fù)極上得到zui大程度的復(fù)合吸收,以此完成VRLA蓄電池內(nèi)部氣體的再化合,維護(hù)電解液中水的平衡,從而使VRLA蓄電池得以密封。如果電解液量過多,會(huì)使內(nèi)部氣體再化合通道受阻,內(nèi)部氣體增多,壓力增加,容易在VRLA蓄電池密封處的缺陷部位產(chǎn)生漏液。因此VRLA蓄電池的加酸量一定要適量。就VRLA蓄電池以10h放電率放電而言,一般控制電解液密度為1.10,放電前電解液密度為1.30,根據(jù)VRLA蓄電池反應(yīng)可以計(jì)算出VRLA蓄電池每Ahzui少用酸量。放電前所需的純H2SO4量為:
W(H2SO4)=V×d×m 純H2O量為:
W(H2O)=V×d(1-m) 放電后所需的純H2SO4量為:
W(H2SO4)=V×d×n-3.36每放出1Ah電量,消耗純H2SO4為3.66g、產(chǎn)生水0.67g。
式中,d為放電開始時(shí)電解液密度,為1.30;m為放電開始重量百分比濃度,為38%;n為放電后重量百分比濃度,為16%;V為濃度為d的硫酸體積。
因此,VRLA蓄電池每Ah需要加電解液體積為
要想做到貧液就要保證所需電解液必須*吸附在隔板中,并且還有部分氣體通道,一般每Ah的玻璃纖維隔板為17g,每g隔板飽和吸酸量為0.8ml。因此zui大吸酸量為13.6ml,保證密封隔板吸酸量zui大不能超過95%,一般為92%,即zui大加酸量為12.5ml,加酸量應(yīng)控制在10.9～12.5ml之間。
(2)VRLA蓄電池易漏部位
通過長(zhǎng)期使用觀察,發(fā)現(xiàn)VRLA蓄電池易漏部位主要在VRLA蓄電池殼蓋之間密封處(蓋與底槽之間密封不好或因碰撞,封口膠開裂造成漏液)、安全閥處滲酸漏液、極柱端子密封處滲酸漏液及其他部位出現(xiàn)滲酸漏液。各部位產(chǎn)生漏液原因各不相同,應(yīng)進(jìn)行全面分析后采取相應(yīng)措施解決。
(3)VRLA蓄電池殼蓋漏液
VRLA蓄電池殼蓋密封一般采用環(huán)氧樹脂膠粘密封和熱熔密封2種方法,相對(duì)而言,熱熔密封效果較好,方法是通過加熱使VRLA蓄電池槽蓋塑料(ABS或PP)熱熔后加壓熔合在一起。如果熱熔溫度和時(shí)間控制好,并且密封處干凈無(wú)污物,密封是可靠的。對(duì)熱熔密封漏液的VRLA蓄電池解剖觀察,密封處存熱熔層,有蜂窩狀沙眼,不是很致密,由于VRLA蓄電池內(nèi)部存在O2,在一定氣壓下,O2帶著酸霧沿沙眼通道產(chǎn)生漏液。
環(huán)氧樹脂膠粘接密封的VRLA蓄電池漏液較多,特別是臥放使用的。如果環(huán)氧膠配方和固化條件控制好,可以實(shí)現(xiàn)密封。經(jīng)過對(duì)環(huán)氧樹脂膠粘接密封漏液的VRLA蓄電池解剖發(fā)現(xiàn),密封膠與殼體粘接是界面粘接,結(jié)合力不大,容易脫落,漏液處有缺膠孔或龜裂。由于環(huán)氧樹脂膠流動(dòng)性較差(特別是低溫固化),易造成密封殼蓋某些局部沒有填滿膠,產(chǎn)生漏液通道,龜裂(細(xì)小裂紋)主要發(fā)生在架柜臥放的VRLA蓄電池中,由于重力作用,架柜變形使VRLA蓄電池密封膠層受力,環(huán)氧樹脂膠固化后又很脆,在外力作用下,容易產(chǎn)生龜裂造成漏液。
(4)安全閥漏液原因分析
安全閥在一定壓力下起密封作用,超過規(guī)定壓力(開啟壓力)時(shí)安全閥自動(dòng)打開放氣,保證VRLA蓄電池安全,造成安全閥漏液主要原因如下:
•加酸量過多,VRLA蓄電池處于富液狀態(tài),致使O2再化的氣體通道受阻,O2增多,內(nèi)部壓力增大,超過開啟壓力,安全閥開啟,O2帶著酸霧放出,多次開啟,酸霧在安全閥周圍結(jié)成酸液;
•安全閥耐老化性差,使用一段時(shí)間后,安全閥的橡膠受O2和H2SO4腐蝕而老化,安全閥彈性下降,開啟壓力下降,甚至長(zhǎng)期處于開啟狀態(tài),造成酸霧,產(chǎn)生漏液。
(5)極柱端子漏液原因分析
VRLA蓄電池極柱端子密封的普遍方法是先將極柱同蓋上的鉛套管焊接在一起,再灌上一層環(huán)氧樹脂膠密封膠密封。在安裝使用1年以上的VRLA蓄電池有個(gè)別的極柱端子產(chǎn)生漏液,使用3～5年端子漏液的就較多了,并且正極比負(fù)極嚴(yán)重,這是目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)VRLA蓄電池普遍存在的問題。通過解剖發(fā)現(xiàn)極柱端子已被腐蝕,H2SO4沿著腐蝕通道在內(nèi)部氣壓作用下,流到端子表面產(chǎn)生漏液,也叫爬酸或滲漏,端子腐蝕原因是在酸性條件下O2腐蝕所致:
正極:Pb+O2+4H+→PbO+H2O
負(fù)極:Pb+O2+PbSO4→PbSO4+H2O
腐蝕產(chǎn)生的PbO和PbSO4都是多孔狀,H2SO4在內(nèi)部氣壓作用下,沿著腐蝕孔爬到外面而漏液。相對(duì)而言,腐蝕速度比較緩慢,因此要在使用較長(zhǎng)一段時(shí)間才產(chǎn)生漏液,同時(shí)正極腐蝕速度大于負(fù)極,因此正極漏液嚴(yán)重。
由于VRLA蓄電池極柱焊接一般采用的是乙炔、氧氣焊接,焊時(shí)極柱表面形成一層PbO,PbO很容易同H2SO4反應(yīng)更加快了腐蝕速度,縮短了漏液時(shí)間。
架柜臥放硬連接安裝方式的VRLA蓄電池更容易產(chǎn)生漏液,由于重力作用使架柜橫梁變形,硬連接會(huì)使端子受力,密封膠層易脫離而漏液。
3 VRLA蓄電池漏液解決措施
對(duì)于VRLA蓄電池漏液故障應(yīng)先做外觀檢查,找出滲酸漏液部位。取開蓋片看安全閥周圍有無(wú)滲酸漏液痕跡,再打開安全閥觀察VRLA蓄電池內(nèi)部有無(wú)流動(dòng)的電解液。完成了上述工作之后,若仍未發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)做氣密性測(cè)試(放入水中充氣加壓,觀察電池有無(wú)氣泡產(chǎn)生并冒出,有氣泡則說明有滲酸漏液)。zui后在充電過程中,觀察有無(wú)流動(dòng)的電解液產(chǎn)生,如果有則說明是生產(chǎn)的原因。在充電過程中如有流動(dòng)的電解液應(yīng)將其抽盡。
(1)VRLA蓄電池殼蓋漏液解決措施
①對(duì)于熱熔密封的VRLA蓄電池要嚴(yán)格控制熱熔溫度和時(shí)間,并保持熱熔表面干凈整潔;
②將熱熔和膠粘劑密封相結(jié)合,先采用熱熔密封,再用密封膠密封;
③對(duì)于環(huán)氧樹脂膠密封,應(yīng)建立高溫固化室,使環(huán)氧樹脂膠更好地固化;
④選用溶解類的密封膠進(jìn)行密封,如采用ABS塑料的VRLA蓄電池,其殼蓋采用丙烯脂類密封膠,使殼蓋溶為一體,密封更加可靠。
(2)安全閥漏液解決措施
①采用耐老化的橡膠(如氟橡膠)制作安全閥,延長(zhǎng)耐老化時(shí)間;
②定期更換安全閥,保證安全閥的可靠性,一般3年更換一次較為適宜;
③改變安全閥結(jié)構(gòu),使其開啟壓力可調(diào)。目前柱式安全閥是較為完善的結(jié)構(gòu),柱式安全閥使用的橡膠較多,耐老化性能好,同時(shí)壓力可調(diào),發(fā)現(xiàn)老化(開啟壓力下降)可適當(dāng)調(diào)整,增加開啟壓力,保證其密封性。
(3)極柱端子漏液解決措施
①采用惰性氣體保護(hù)性焊接(如氬弧焊),使焊接面不被氧化,延緩腐蝕速度;
②加高極柱端子,延長(zhǎng)密封膠層高度,延長(zhǎng)腐蝕漏液時(shí)間;
③采用橡膠壓緊密封,阻斷O2通道,延緩腐蝕速度。如果極柱端子密封高度設(shè)計(jì)合理,在VRLA蓄電池使用壽命期可以實(shí)現(xiàn)不漏液。
蓄電池是UPS的核心部件,VRLA蓄電池發(fā)生漏液故障,直接危及VRLA蓄電池的使用壽命,并危及UPS供電系統(tǒng)的可靠性,本文分析了VRLA蓄電池漏液故障的原因,并提出VRLA蓄電池漏液故障的處理措施,為避免UPS用VRLA蓄電池發(fā)生漏液故障提供了對(duì)策,也為UPS用VRLA蓄電池安全運(yùn)行提供了。