淺談蓄電池的使用與維護

摘 要：文章通過對鉛酸蓄電池結構、工作原理、檢測方法的簡要分析，并對鐵路運輸公司在蓄電池使用維護過程中存在問題提出了相關改進措施和方法。希望通過文章的分析，為相關工作提供借監。

關鍵詞：蓄電池；容量；檢測；維護

1鐵運公司蓄電池應用概述

近年來，隨著鐵路運輸公司內燃機車、通信電源、信號應急電源、列尾等各類型機電設備的大量使用，蓄電池的使用量也逐年增多，在日常走動式管理中發現，維護人員對蓄電池的使用和維護在認識上存在一些誤區，主要表現為：一是認為檢測蓄電池好壞就是只用萬用表檢測蓄電池端電壓高低，不需要精確檢測；二是認為免維護蓄電池就是不維護或維護周期長，一般是到蓄電池無法使用時才發現。

蓄電池是供電系統的重要組成部分，一般是作為備用電源使用，在市電異常或在交流供電不工作的情況下，由蓄電池單獨供電或逆變后對設備供電。如果使用維護不當，將造成整組蓄電池提前報廢，或者是在蓄電池容量減少時影響設備正常使用。

2 閥控式鉛酸蓄電池的構成與分類

以往鉛酸蓄電池多為開口式或防酸隔爆式，這類電池維護難度大、充電時會釋放出酸霧，腐蝕環境，進入20世紀九十年代，閥控式密封鉛酸蓄電池（簡稱VARL）出現后，因為它具有化學穩定性好、使用壽命長、無需對電解液調整維護、可以和設備一起安裝等諸多優點，得到了迅速發展應用，目前在鐵運公司使用的各類鉛酸蓄電池均為閥控式鉛酸蓄電池。

VARL電池主要由正負極板、隔板、電解液、安全閥、殼體及極柱組成。按極板結構分為涂膏式、化成式、半化成式和玻璃絲管式等；按不同用途和外形結構分為固定式和移動式兩類；按電解液數量可分為貧液式和富液式。

3 蓄電池工作原理

VARL電池正極板上的活性物質是二氧化鉛，負極板上的活性物質是鉛，電解液由蒸餾水和純硫酸按比例配置而成。因為正負極板上活性物質的性質是不同的，當兩種極板放置在同一硫酸溶液中時，各自發生不同的化學反應而產生不同的電極電位。在電池內部，正極和負極通過電解質構成電池的內電路；在電池外部接通兩級導線線和負載構成電池外部電路。

蓄電池充放電原理是在蓄電池放電時，兩極活性物質與硫酸溶液發生作用，都變成硫酸化合物-硫酸鉛；而充電時，兩個電極上的硫酸鉛又分別恢復為原來的物質鉛和二氧化鉛，而且這種轉化過程是可逆的，其總的化學反應方程式為：

PbO2+Pb+2H2SO4===2PbSO4+2H2O（向右反應是放電，向左反應是充電），這樣充電和放電過程能夠循環進行，可以重復多次，直到鉛酸蓄電池壽命終結為止。

4 蓄電池容量檢測

電池容量是電池存儲電量多少的標志，有理論容量、額定容量、和實際容量之分。理論容量就是假設活性物質全部反應放出的電量；額定容量是指電池制造時，規定電池在一定放電率條件下，應該放出最低限度的電量。如固定型鉛酸蓄電池規定在25℃環境下，以10小時率電流放電至終了電壓所能達到的容量叫額定容量；所謂電池實際容量，是指在特定的放電電流、電解液溫度和放電終了電壓等條件下，蓄電池實際放出的電量。

蓄電池組所有的技術指標中，最根本的指標為電池容量。對常規指標的測量其最終目的是為了直接或間接地監測電池容量、維持電池容量。電池維護規程中規定，如果電池容量小于額定容量的80%時，電池可以申請報廢。否則當電池容量不足，一旦交流停電就很容易供電中斷事故。

電池容量的測試，對應防酸隔爆型電池可通過觀察電池極板，測量電解液比重和液位高低來估計電池容量的多少；對于密封閥控電池，除了測量電池端電壓外，目前只能通過放電才能知道它容量大小。電池容量的檢測方式根據電池是否與直流系統脫離可以分為離線式和在線式，根據放電時放出容量的多少，可以分成全放電法、核對性容量試驗法和單個電池核對性容量試驗法。實際中根據直流供電的情況靈活組合。

蓄電池組容量測量最常用的工具儀表是直流鉗形表、萬用表、恒流放電負載箱、計時器和溫度計等。如果進行標示電池核對性容量實驗，則需要單體電池充電器。

由于VARL電池端電壓與放電能力無關，電池組在運行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分電池因內阻變大，呈退行性老化現象，實踐證明，整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準，而不是以平均值或額定值（初始值）為準，當電池的實際容量下降到其本身額定容量的90%以下時，電池便進入衰退期，當電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進入急劇的衰退狀況，衰退期很短，而且蓄電池組都是串連起來，如電池組內有一個或幾個內阻變大的老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉為浮充狀態，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態良好的電池不可能充滿。電池組將以老化電池的容量為標準進行充放電，經多次浮充——放電——均充——放電——浮充的惡性循環，容量不斷下降，電池后備時間縮短，則整組都將失效，這時電池組已存在極大的事故隱患。

目前還出現了一種便攜式蓄電池內阻測試儀，它攜帶方便，2-3秒可測試一節電池，可以在線檢測，不影響電源系統工作，值得在鐵運公司推廣應用。

蓄電池容量特性在電路上表現為含有一定內阻的穩壓源，根據內阻大小可以初步判斷蓄電池容量的大小和蓄電池內部結構的好壞。鉛酸蓄電池的內阻測試一般有兩種方法：使用直流測內阻和使用交流測內阻。

（1）直流方法

直流方法是在電池組兩端接入放電負載，根據在不同電流I1、I2下的電壓變化U1、U2來計算內阻值，由E-I1*r=U1、E-I2*r=U2得：r=（U1-U2）/（I2-I1）。

直流方法優點是：測試準確、一致性好，缺點是：測試電流大，必須把探頭與蓄電池極柱穩定連接，如果接觸不好會打出電弧，存在安全隱患。

（2）交流方法

在電池兩端加上交流電壓，測量由此信號產生的電流變化即可測得電池的內阻。交流方法優點是：測試方法簡單，不會影響蓄電池的工作狀態，也不會產生安全隱患。缺點是：存在著易受充電器紋波電流和其它噪聲源干擾的問題。

5 蓄電池維護改進措施

閥控式鉛酸蓄電池盡管有許多優點，但和所有電池一樣存在可靠性和壽命問題，理論上VARL電池使用壽命是15-20年，但在實際使用中，電池會出現提前失效的現象，容量降為額定容量的80%以下。針對鐵運公司目前在維護蓄電池工作中存在的不足，相關維護管理人員應該改變閥控式免維護電池在維護方面的誤區，并采取以下改進措施：

5.1 盡快配備蓄電池容量檢測器材，尤其是蓄電池內阻測試儀進行定時檢測，找出落后的標示電池給予調整，避免電池組的容量變小，壽命縮短，影響系統的高效安全運行。

5.2 蓄電池的配置容量最好在8-10小時率比較合適，頻繁的大電流放電會使蓄電池使用壽命縮短。

5.3 每月應定期對蓄電池的單體和電池組的浮充電壓進行檢測，定期檢查電池的儲備容量和進行核對性容量測試。對發現的落后電池必須及時予以更換。