淺論閥控式鉛酸蓄電池安全閥的重要性

李華，周哲，趙浩標(biāo)

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

淺論閥控式鉛酸蓄電池安全閥的重要性

李華，周哲，趙浩標(biāo)

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）

閥控式鉛酸蓄電池作為后備電源長期處于浮充或過充電狀態(tài)，會產(chǎn)生大量的氫氣和氧氣，當(dāng)兩者未能及時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)結(jié)合時，會導(dǎo)致單體內(nèi)壓力越來越大，正常的安全閥門可排出這些氣體釋放壓力。然而當(dāng)安全閥門失效時，則會對電池造成損傷并影響性能及使用壽命。本文首先簡單介紹了閥控式鉛酸蓄電池安全閥的工作原理及安全閥失效的主要原因，并從引發(fā)電池膨脹、破裂，電池漏液，電池內(nèi)阻上升、容量下降這三個方面討論了安全閥失效對蓄電池性能的影響。同時分析了安全閥多樣性對現(xiàn)有安全閥檢測工作的限制以及安全閥有效性檢測的意義。比較了常規(guī)的肉眼檢測方法與使用專業(yè)閥門檢測儀檢查的優(yōu)劣勢，并對未來蓄電池安全閥檢測技術(shù)的改進(jìn)提出了展望。

閥控式鉛酸蓄電池；安全閥；安全閥失效；安全閥檢測；閥門測試儀

鉛酸蓄電池是目前商業(yè)化時間最長、技術(shù)最為成熟的電池，也是目前大容量電池的主要品種之一，其中閥控式鉛酸蓄電池(Valve Regulated Lead Acid Battery，簡稱VRLA電池)因為有著生產(chǎn)工藝成熟、成本低、維護(hù)簡單、自放電小、密封、安全性高等優(yōu)點，在通信、電力、交通、金融、鐵路等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并起著舉足輕重的作用。在鋰離子電池等新能源電池技術(shù)不斷涌現(xiàn)的年代，閥控式鉛酸蓄電池仍然占據(jù)90%以上的市場份額，最重要的原因閥控式鉛酸蓄電池的“閥控”功能使其不具備爆炸條件，它的安全性是其他類型電池?zé)o法比擬的。閥控式鉛酸蓄電池的閥門開啟的最大壓強值約50kPa，僅相當(dāng)于0.5kg的重量作用于手指大小的面積上，因此正常使用的閥控式鉛酸蓄電池的閥門開啟的壓力也非常的小，即使蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生大量的氣體并高速膨脹，也不具備爆炸的條件。

在變電站、基站、機房等應(yīng)用環(huán)境，如果采用有爆炸可能性的蓄電池，其風(fēng)險將是不可估量的。閥控式鉛酸蓄電池的安全閥門是保障電池的安全性的關(guān)鍵部件。然而從國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，對鉛酸蓄電池的安全閥門重要性、科學(xué)性以及有效的測試方法或工具的介紹非常少，相關(guān)維護(hù)人員對閥門檢測未足夠的重視，部分行業(yè)的鉛酸蓄電池維護(hù)規(guī)范甚至忽視檢查閥門有效性這個環(huán)節(jié)。本文對鉛酸蓄電池閥門安全性進(jìn)行深入的介紹，使相關(guān)人員更加深刻理解閥門的重要性；同時分析了“閥門”與蓄電池壽命之間的關(guān)系，意在引起對“閥門”重要性的關(guān)注，并重視對閥門有效性的檢查，從而更好保證閥控式鉛酸蓄電池的安全性，并延長閥控式鉛酸蓄電池的壽命。

1 安全閥工作原理

鉛酸蓄電池作為后備電源長期處于浮充狀態(tài)過充電狀態(tài)，就會有更多的氣體產(chǎn)生，當(dāng)氣體生成速度遠(yuǎn)大于復(fù)合速度，多余的氣體不能全部被陰極吸收，從而引起電池內(nèi)部壓力增加。閥控式鉛酸蓄電池打開閥門采用的是單向節(jié)流閥，當(dāng)電池內(nèi)盈余氣體的壓力達(dá)到開閥壓時，開啟安全閥排泄氣體，防止電池內(nèi)氣體集聚，降低電池內(nèi)壓，確保安全。當(dāng)壓力下降到閉閥壓時，閥門自動關(guān)閉，防止空氣中的氣體進(jìn)入電池而加速電池自放電。閉閥壓的設(shè)計不能太小，否則電池長期處于開閥狀態(tài)，將造成電池內(nèi)部失水，電池枯干，內(nèi)阻增大，發(fā)熱嚴(yán)重，最終導(dǎo)致電池失效。

若安全閥失效，長期跟規(guī)定值不匹配，則會引起電池內(nèi)阻上升、容量下降，若安全閥打不開，輕則電池外殼產(chǎn)生膨脹，重則有破裂、漏液的危險。

2 安全閥失效的原因

國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 19638.2-2005 《固定型閥控密封式鉛酸蓄電池》明確規(guī)定，安全閥應(yīng)該在1～49kPa氣壓范圍內(nèi)可靠的開啟和關(guān)閥，YDT 799-2010 《通信用閥控式密封鉛酸蓄電池》進(jìn)一步明確了對排氣閥的要求：安全閥應(yīng)具有自動開啟和自動關(guān)閉的功能，其開閥壓力應(yīng)在10～35kPa范圍內(nèi)，閉閥的壓力應(yīng)在3～30kPa范圍內(nèi)。當(dāng)安全閥在規(guī)定氣閥限值（一般廠家均有標(biāo)示）內(nèi)，沒有做出自動開啟/關(guān)閉的動作，即可視為安全閥失效。

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，電信、電力行業(yè)的機房蓄電池在實際應(yīng)用過程中，由于安全閥失效導(dǎo)致蓄電池報廢的比例約為5%；根據(jù)幾十年的維護(hù)經(jīng)驗，總結(jié)得出導(dǎo)致安全閥失效的主要原因有以下幾點。

（1）長時間使用，安全閥出現(xiàn)材料老化。

（2）搬運過程中，出現(xiàn)碰撞與擠壓導(dǎo)致的物理性損壞。

（3）出廠品質(zhì)控制不嚴(yán)，安全閥質(zhì)量一致性差。

（4）在日常維護(hù)時，未使用專用工具進(jìn)行安全閥的拆卸安裝，造成結(jié)構(gòu)破壞。

3 安全閥失效對蓄電池的影響

安全閥失效不僅造成蓄電池的安全隱患，對蓄電池的使用性能及使用壽命也有很大的影響。

3.1 引發(fā)電池膨脹、破裂

當(dāng)安全閥門失效時，會導(dǎo)致大量氣體無法排除而使電池外殼膨脹、破裂。在多年的鉛酸蓄電池維護(hù)工作經(jīng)歷中就有此類范例：對蓄電池組（300AH、24個單體）采用3小時率放電，放電時間經(jīng)歷2個小時36分時，由于蓄電池大電流放電，放電過程產(chǎn)生大量熱量，其中一個蓄電池單體閥門失效的電池因氣體無法排出而導(dǎo)致蓄電池當(dāng)場破裂。

3.2 引發(fā)電池漏液

由于蓄電池生產(chǎn)工藝缺陷或者長期使用導(dǎo)致閥門部件老化，安全閥門失效會使電池出現(xiàn)漏液現(xiàn)象，如圖1、2所示。其中圖1是蓄電池閥值過高時出現(xiàn)的漏液現(xiàn)象，圖2是老化導(dǎo)致安全閥失效出現(xiàn)的漏液現(xiàn)象。

圖1 閥值過高時出現(xiàn)的漏液現(xiàn)象

圖2 老化失效導(dǎo)致的漏液現(xiàn)象

經(jīng)檢測，圖1中顯示的蓄電池安全閥的開閥值為35kPa，高于廠家所標(biāo)示的值，而同組中安全閥的開閥值低于30kPa的蓄電池，均未出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。因此蓄電池出廠時，因工藝缺陷，導(dǎo)致安全閥閥值不一致，或個別安全閥閥值過高，會導(dǎo)致漏液現(xiàn)象。圖2為某進(jìn)口品牌蓄電池安全閥失效后出現(xiàn)的漏液，該品牌安全閥正常值為19～21kPa，經(jīng)長期使用后，安全閥老化失效，無法開啟，也引發(fā)了漏液的問題。

3.3 引發(fā)電池內(nèi)阻上升、容量下降

若安全閥失效，在蓄電池內(nèi)部氣壓不高時過早打開，將導(dǎo)致電解液揮發(fā)速度加快，電解液局部缺失，蓄電池內(nèi)阻上升，容量下降。

當(dāng)安全閥失效時，蓄電池也會導(dǎo)致電壓下降，內(nèi)阻上升。例如在日常電池維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)一組2008年開始投入使用的單體標(biāo)稱電壓為2V，容量為500AH的某品牌48V蓄電池組，安全閥失效的蓄電池開路電壓明顯較低，內(nèi)阻明顯較大，成為了蓄電池組中的劣勢單體，因為電池組對各單體的一致性要求較高，如果出現(xiàn)少數(shù)的劣勢單體，不能及時修復(fù)處理的話，其他電池單體也受到影響，很快其他電池也會變差，對電池組的穩(wěn)定造成很大威脅。

4 安全閥失效的檢查方法

4.1 安全閥多樣性對檢查的影響

從閥控式鉛酸蓄電池的閥門來看，不同品牌的電池采用不同類型的閥門，形狀各有不同。但是大部分閥控式鉛酸蓄電池的閥門是固定在塑料架子上的，只要在閥門的一側(cè)加上一定的氣壓，就可以直接測試這個閥門的質(zhì)量。而也有小部分的閥門類是一種膠套，當(dāng)其他壓力變大，膠套張開，壓力下降，膠套收縮，它也起到閥門的作用。這種膠套狀的閥門，測試時就不像上面的常見閥門容易，它需要采用專門的工具，而不能簡單完成。

4.2 安全閥檢查的意義

需要強調(diào)的是，許多鉛酸蓄電池維護(hù)人員認(rèn)為，閥控式鉛酸蓄電池就是不需要維護(hù)的，這是一個錯誤的觀點。另外，部分維護(hù)人員認(rèn)為，蓄電池的閥門不能打開，否則會導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部氣體泄漏，或者有空氣進(jìn)入蓄電池內(nèi)部，導(dǎo)致蓄電池出現(xiàn)其他問題，這都是對蓄電池不夠了解而出現(xiàn)的多余的擔(dān)心以及顧慮。

蓄電池常規(guī)都是串聯(lián)成為蓄電池組使用，任何一個蓄電池單體失效，很快就會導(dǎo)致整個蓄電池組的失效。而蓄電池閥門，作為蓄電池安全保障的一個環(huán)節(jié)，如果閥門失效不僅影響蓄電池單體的性能，對整組蓄電池的正常使用都非常的重要，因此對閥門進(jìn)行有效的檢測就顯得意義重大了，通過閥門有效性檢查，及早發(fā)現(xiàn)失效的單體，及時進(jìn)行活化修復(fù)，從而保持電池組的一致性，達(dá)到延長蓄電池使用壽命的目的。

4.3 肉眼檢查方法

以往由于對鉛酸蓄電池安全閥不夠重視，同時缺乏直接的檢測手段或工具，判斷安全閥是否失效是通過巡檢時肉眼觀察電池缺水或膨脹變形，間接得出排氣閥損壞的結(jié)論 。這種通過肉眼外觀判斷的方式無法準(zhǔn)確的診斷安全閥是否失效，首先具有不確定性，其次具有被動性和滯后性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常，比如膨脹變形時，這種蓄電池幾乎已經(jīng)報廢了。

4.4 使用專業(yè)檢測儀器檢查方法

目前，市面上已經(jīng)出現(xiàn)了專門的安全閥測試儀，如廣州泓淮能源科技有限公司推出的HBFS-50蓄電池閥門測試儀，配套專用的安全閥拆卸安裝工具，可以輕松安全地把安全閥拆下來，檢測安全閥打開/閉合的氣壓是否與出廠值一致，從而實現(xiàn)對蓄電池安全閥有效性的直接、可靠的判斷，提前發(fā)現(xiàn)問題，避免損失。

5 結(jié)語

安全閥是閥控式鉛酸蓄電池非常重要的部件，在日常維護(hù)中，應(yīng)該給予一定的重視，建議今后把閥門檢測納入蓄電池日常維護(hù)必檢內(nèi)容，同時把蓄電池閥門檢測儀列為常規(guī)維護(hù)工具。采用蓄電池閥門測試儀檢測比以往通過肉眼觀察外觀的方法更加直接、可靠，并能及時發(fā)現(xiàn)故障，避免損失。目前，閥門檢測的不足之處在于仍沒有在蓄電池上直接檢測的技術(shù)，同時對于膠套類型的閥門仍無較直接的測試方式，這些對大量蓄電池組的日常維護(hù)造成一定的不便，希望這一技術(shù)問題能夠成為未來閥控式鉛酸蓄電池設(shè)計工藝完善的一個方向。

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