谈矿用铅酸蓄电池及其维护

方新明

(淮北矿业集团青东煤矿信息中心运管办,安徽淮北 235000)

谈矿用铅酸蓄电池及其维护

方新明

(淮北矿业集团青东煤矿信息中心运管办,安徽淮北 235000)

矿用电机车作为重要的煤矿机电运输装备,一直在我国煤矿发展中起到重要作用。铅酸蓄电池在现今的矿用电机车中应用比较广泛。其技术成熟,价格便宜,安全性能基本满足要求;但其电池能量密度低,寿命短,深度循环寿命只有300次左右,因此需要经常得到维护。

矿用铅酸蓄电池;结构;工作原理;维护方法

1 矿用铅酸蓄电池的结构与工作原理

1.1 矿用铅酸蓄电池的结构

电池组采用双极柱焊接结构,每个极柱都能独立承受满负荷时最大回路电流,极柱加盖了橡胶绝缘套,有效防止极间短路。蓄电池正极板为管式极板,采用抗氧化、耐腐蚀玻璃丝灌注Pb O2制成,负极板为涂膏式极板。排气口采用特殊排气栓即钢玉帽,具有毛细孔结构,既能够有效防止酸雾外逸及酸液溅出,使蓄电池内部氢气不能集聚;又能在通排气的同时,防止外部污物进入蓄电池内部。

1.2 矿用铅酸蓄电池的工作原理

矿用铅酸蓄电池的正常充放电化学方程式为：

PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O,这是理想化的原理方程式。铅酸蓄电池在充电时,正极PbSO4转化为Pb O2后把电能转化为化学能存在正极板中;负极由PbSO4转化为海绵状Pb后把电能转化为化学能储存在负极板中。

铅酸蓄电池在放电时,正极由PbO2变成PbSO4后把化学能转换成电能向负载供电,负极则由海绵状Pb变成Pb-SO4后把化学能转换成电能给负载供电。

铅酸蓄电池在进行充放电过程中,正极和负极必须同时以同当量、同状态进行电化学反应才能实现充电或放电过程。因此,其在任何情况下都不能由正极或者负极单独完成上述电化学反应。当方程式从左向右进行时,为铅酸蓄电池的放电过程;从右向左进行时,为充电过程。

铅酸蓄电池在充电过程中会产生气体析出,方程式为：2H++2HO-=2 H2↑+O2↑。

铅酸蓄电池电解液中含有Pb+、H+、HO-、SO42-等离子,在充电末期铅酸蓄电池正极还原成Pb O2,负极还原成Pb,部分H+、HO-会在充电时产生H2和O2。

2 矿用铅酸蓄电池维护的必要性

2.1 电池本身无法避免的硫化使其必须要经常得到维护

通过工作原理的分析,可以看出：铅酸蓄电池充电时,硫酸铅形成氧化铅,放电时氧化铅又还原为硫酸铅。而硫酸铅是一种非常容易结晶的物质,当电池中电解溶液的硫酸铅浓度过高或静态闲置时间过长时会结成小晶体。这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就象滚雪球一样形成大的惰性结晶。结晶后的硫酸铅充电时不但不能再还原成氧化铅,还会沉淀附着在电极板上,造成电极板工作面积下降。这一现象叫硫化,也就是常说的老化。这时电池容量会逐渐下降,直至无法使用。当硫酸铅大量堆集时还会吸引铅微粒形成铅枝,正负极板间的铅枝搭桥就会造成电池短路。如果极板表面或密封塑壳有缝隙,硫酸铅结晶就会在这些缝隙内堆积,并产生膨胀张力,最终使极板断裂脱落或外壳破裂,造成电池不可修复性的物理损坏。所以,导致铅酸蓄电池失效和损坏的主要机理就是电池本身无法避免的硫化。

2.2 矿用蓄电池的工作特点使其必须要经常得到维护

矿用机车蓄电池的工作特点一是使用频率高,使用频率高就会导致其高频率地冲放电,从而会加快电池的硫化程度,降低电池的使用寿命;二是极群组装,单体电池数量大,容易产生虚焊;三是过充电,其会使蓄电池活性物质脱落、温度升高,缩短使用寿命;四是过放电,其会导致正负极板上的PbSO4结晶,使极板扭曲变形,甚至产生短路,导致不可逆性损坏。另外,超速超载时的大电流、补液不及时、硫酸比重失调等,都会降低整组电池的寿命。

因此,为保障矿井安全生产,加强矿用电机车铅酸蓄电池的日常维护和保养具有十分重要的意义。

3 矿用铅酸蓄电池的维护

3.1 科学使用

(1)科学配制电解液。配制电解液时,蒸馏水和硫酸体积比为3：1的比例。将浓硫酸(1.98g/ml)缓缓注入蒸馏水中,并不断搅拌散热,操作人员防护用具要齐全。容器及搅拌用具应当使用耐酸塑料等,严禁使用铁等金属容器,严禁将蒸馏水注入硫酸内,以防硫酸飞溅伤人。电解液密度以20℃时的密度(1.250g/ml)为准,否则应换算为20℃时密度。换算公式为：D20=Dt+0.0007(t-20),D20——换算成20℃时的比重(密度),Dt——温度为t度时实测的密度,t——测定时的温度,0.0007——密度之温度系数。

(2)科学进行初充电。将准备初充电的铅酸蓄电池的刚玉帽旋开,把配制好的电解液缓缓注入、加满,待一段时间极板吸收后,再加注一次。观察测量温度情况,如果温度控制在45℃以下,注液后应静置6-8小时,即可用额定容量10%的电流开始充电,初充电容量应为额定容量的3 -5倍。如果温度超过45℃应采用风冷或循环水冷进行降温。初充电分两阶段进行,第一阶段为其额定容量的10%,时间为25-30小时;第二阶段为第一阶段电流的一半,时间约为30-40小时。以DXT-90蓄电池为例,其容量为385A,初充电第一阶段充电电流为38A,时间30小时。充电过程中,每2小时测量一次温度及电解液密度(比重)并记录。第一阶段末期,蓄电池比重可达到1.265g/ml ;如果温度超过45℃应暂停充电,但不得超过2小时,之后相应延长充电时间。第二阶段电流降至19A,充电40小时左右,临近充电末期,测量电解液比重,大部分比重应达到1.280g/ml;如果部分低于或高于该数值,用事先配制好的比重为1.400g/ml硫酸或蒸馏水对不合格的部分进行调整,直至充电2小时内比重稳定不变为止。

(3)科学进行普通充电。当电解液的比重下降到1.18 g/ml以下或电源装置总电压下降至V=K×1.75伏时(式中V——组合电池总电压,K——单体电池数),必须对该电源装置进行充电;否则会造成过放电,影响蓄电池寿命。充电时所充的电量应为放出电量的1.3—1.5倍。每次充电需检查电解液的液面高度,以高出防护板10—20mm为佳,否则应适当补充蒸馏水。充电完成后,旋紧特殊排气栓,用清水冲洗溢出的酸液,静置1—2小时待温度降下后,即可使用。

3.2 日常检查

(1)每七天左右检查一次电压、电解液高度及比重,并作好记录。如低于规定值应及时补充蒸馏水或电解液并进行充电,然后清洁表面。

(2)不经常使用的蓄电池,每月至少检查一次,并进行补充电。

(3)蓄电池表面,每小班用水冲刷一次。每月进行一次彻底清洁。清洁时先用干净布擦除接头处的氧化物,然后再涂上凡士林,以防止氧化。

3.3 细节维护

(1)开锅。蓄电池在使用寿命到限后,部分蓄电池会在放电过程中严重发热,俗称开锅。这是因为其提前完成放电,起到相反的作用,好比是在电池组中串入一个电阻。此时,应使用同时期的蓄电池,替换该蓄电池,而不宜使用新蓄电池进行替换。

(2)液面测量。测量时,用一根粗一些的透明吸管(尖端要剪平),垂直插入蓄电池加液孔内极板的上平面处,大拇指按紧玻璃管上端,使管口密封;然后提起玻璃管,迅速用尺测量管内的液面高度,或用浅色的干木条垂直插入孔内极板的上平面处,然后取出用尺量取痕迹的高度。其高度标准应在10-20mm之间。若液面过高,用吸入式比重计吸至标准液面;若液面过低,一般应添加蒸馏水至标准液面。

(3)测比重。将一定量的电解液吸入比重计内,使浮子处于吸管的中部,不能触及吸管的顶部、底部及玻璃壁,液面所在的刻度即为液体的比重值。或根据浮子上的红、绿、黄三色标签,粗略判断比重值的高低,红色区域为1.1 -1.15,绿色区域为1.15-1.25,黄色区域为1.25-1.30。从测得的电解液比重,就可以粗略估算出蓄电池放电程度。需要注意的是在大电流放电或刚加注蒸馏水的蓄电池,不可立即测量电解液比重,因为此时电解液混合不均。

(4)清洗刚玉帽。每班清洗一次,保持其憎水性、透气性符合要求;每月用压风吹洗一次,以保持其透气性能良好;每月检查一次憎水性,用水滴在刚玉帽上,以形成水珠不渗入帽内为合格。如发现帽体与底座粘合处有裂纹、松动或脱落、酸蚀掉砂等现象时应及时更换。

(5)检查连接线。定期对连接线和铸头进行检查,发现温升异常时要及时处理。极柱护套应齐全、完好,发现极柱氧化时要用棉纱和细砂纸仔细处理,并涂上凡士林。如发现极柱接头有松动、裂纹、脱落或短路等现象时,要及时重新焊接。

[1] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[S].北京：煤炭工业出版社,2012.

[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.蓄电池用硫酸规定(HG/2692)[S].北京：化学工业出版社,2007.

[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.蓄电池用水规定(HG/2692)[S].北京：化学工业出版社,2007.

[4] 李先锋.窄轨电机车司机机车维修工[M].北京：煤炭工业出版社,2007.

[5] 秦鸣峰.蓄电池的使用与维护：第2版[M].北京：化学工业出版社,2011.

责任编辑：为 恒

TM912

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1671-8275(2014)01-0113-02

2013-11-28

方新明(1979-),男,安徽滁州人,淮北矿业集团青东煤矿信息中心运管办主任。