VRLA蓄电池常见故障及其诊断处理方法

2014-01-01王秋虹任开春吴钊铭

通信电源技术 2014年6期

王秋虹，任开春，刘凡，吴钊铭

（重庆通信学院，重庆400035）

1 概述

贫液式阀控密封铅蓄电池（VRLAB）采用超细玻璃纤维隔膜、贫电解液、紧装配方式和单向排气阀等特殊结构，在维护过程中无法给电池补水和观察电解液的液面和密度的变化，这一方面决定了VRLAB对环境温度、浮充电压的调节等使用条件和维护工作的要求更高［1］，且故障的类型也更多；另一方面，给这类电池的故障诊断和修复带来难度。VRLAB的故障种类多，有些是可以修复的，但可能因充不进电被误以为无法修复，因此造成不必要的损失。本文将结合实例，对VRLAB常见故障的形成原因、诊断处理方法进行介绍。

2 常见故障及原因

VRLAB常见的故障有硫化、失水、短路、正极板栅腐蚀、热失控和早期容量损失（PCL）等，其中失水、热失控和PCL是普通富液式铅蓄电池所没有的故障。因此，VRLAB发生上述故障的原因除了使用维护不当之外，还与其结构［2］有关。表1列出了引起VRLAB常见故障的原因［3］。由表1可见，VRLAB的故障存在伴生现象，这是因为：①短路和失水电池的缺水，部分活性物质因无法完成充电反应而长期处于放完电的状态，致使极板发生硫化；②硫化电池在充电电压超过2．3 V时，负极不仅会析氢，而且对氧气的复合能力下降，失水就因此而产生；③短路电池充电时，其温度较高会引起电池失水；④正极板栅腐蚀发生时有水参与反应，会引起电解液中水的减少；⑤热失控是指电池在恒压充电时发生了电池温度和电流之间的相互增长作用，如果长时间失控会引起正极板栅腐蚀和失水，甚至生成铅枝晶引起电池微短路；⑥VRLAB的结构特点导致其热容量小和散热不良，如果发生失水，其散热能力下降更容易引起热失控。

表1 引起VRLAB常见故障的原因

3 故障诊断方法

无论电池发生何种故障，都会表现出开路电压低、放电电压低和放电容量小的现象，所以只能通过充电现象对故障进行诊断，表2列出了VRLAB发生上述几种常见故障后在充电（先恒流后恒压法）时可能出现的现象。

表2 VRLAB常见故障的充电现象

图1 VRLAB故障诊断流程图

表2中没有列出热失控，是因为热失控不是故障而是现象。热失控会引起整组电池的温度和充电电流（或浮充电流）失控，甚至电池出现开裂和鼓包的现象，严重影响电池的寿命。热失控电池本身可能有故障或者因热失控出现表2中的某种故障。

根据表2所列充电现象可首先将短路电池鉴别出来，并予以淘汰。对于正极板栅腐蚀的电池，腐蚀不太严重时基本不会影响电池的正常工作。只有当板栅腐蚀到很细甚至断裂时，因其电池内阻会很大，导致充电现象与硫化电池的充电现象一样，但与硫化电池不同的是，正极板栅严重腐蚀的电池是无法修复的。

在VRLAB的上述几种故障中，硫化、失水和早期容量损失是可以进行修复的。在排除短路电池和因热失控出现开裂、鼓包的电池后，通过加水和处理硫化，可将正极板栅严重腐蚀的电池诊断出来，修复好的电池即是硫化和失水的电池。在反复充放电过程中发生容量不升反降现象的为PCL。故障诊断步骤如图1所示。

4 故障处理方法

如前所述，VRLAB的常见故障中，短路电池和正极板栅严重腐蚀的电池是不能修复的。热失控的电池只要没有发生开裂、鼓包和短路，就可以按照处理硫化和失水的方法进行修复。早期容量损失的修复［4，5］，可采用大电流充电后高温（40～60℃）搁置或高率（3C10）充电和低率放电（0．1C10放至0V）循环。本文只对失水和硫化的电池进行修复。

4．1 失水的处理

4．1．1 打开电池外盖：VRLAB的电池外盖与壳体之间留有缝隙供多余气体逸出。电池外盖有板式和小圆盖式两种，前者通过粘合剂在数个点位将其与壳体结合在一起，后者则是通过卡式或螺旋［6］结构与壳体相结合。板式或卡式外盖必须借助起子等工具，先试探找到结合点再小心将其打开。

4．1．2 制作注水器：打开外盖后，揭开安全阀即露出排气孔。由于排气孔较小，无法观测到水位且加水不易，所以可将塑料吸管套在医用注射器（去掉针头）上制成注水器。

4．1．3 加水：加水时应注意两点，一是只能加蒸馏水，二是水量以刚好浸没到极板上沿为宜。检测水量的方法是：每注射完一次水，等水充分地往下渗透后，再用注射器抽取一下，如果能抽取到极板上沿的电解液，就说明加水量已经足够。

4．2 硫化的处理

采用反复充放电法处理硫化的电池，如表3所示。表中的说明如下：

（1）因为硫化电池的极化内阻非常大，恒流充电时电压上升很快，在很短时间内就能上升至2．35 V并进入恒压充电阶段，同样是因为极化内阻大的原因，使恒压阶段的充电电流快速下降至充电终止的电流，即充不进电。所以将电压提高至2．60～3．00V／只，在高电压下，先有较小的电流通过电池（硫化严重时需要充电数分钟后才会有电流），然后会逐渐增大至设定的电流。当电流增大后，电池的电压会逐渐下降如图2所示。如果还是无法充进去电，说明电池有失水故障，则需加水再按上述方法进行充电。

表3 处理VRLAB硫化的方法

图2 硫化电池在充电初期的充电曲线

（2）电池加水后处于开放状态，就可以小电流恒流充电以消除硫化。需注意的是：①恒流充电时电池的电压较高，有气体产生，产生的气体能让电解液的密度上下均匀一致，同时也会让电解液的液面往上移；②当充电结束后或放电时，液面会下降，需用注水器检查液面，低者补水；③首次循环的充电容量不要超过120%～140%C10。

（3）小电流充电和过量充电对硫化的修复是有利的，但在实验中观察到硫化消除后又出现了容量衰减现象，这可能与充电初期的小电流充电和过量充电引起PCL有关。所以从第二次循环开始，充电初期的电流应设置为0．1C10A，每次循环的充电总容量不要超过120%C10。

（4）如果发生硫化的VRLAB没有正极板栅严重腐蚀，则在上述充放电循环过程中，其放电容量应该逐次增大。当容量不再上升时，最后一次的放电容量即为硫化消除后电池所具有的容量。容量恢复至80%C10以上的电池按原样密封后即可投入使用。

5 实例

对三只型号为GMF－300的失效电池进行了诊断和处理。三只电池均经过加水处理，其中1#电池在加水之后的硫化处理过程中出现短路，2#和3#电池经过两三次循环即恢复正常，其过程和结果如表4所示。值得一提的是，3#电池从第四次循环开始出现了容量衰减现象，这可能与过量充电引起PCL有关，所以每次循环时充电量以不超过120%C10为宜。