铅酸蓄电池修复的科学性分析

曾文斐++赵浩++标周哲

摘 要：本文首先提出鉛酸蓄电池在出现提前报废的现象及影响，并分析引起其提前报废的原因，说明有效的电池修复的紧迫性及重要性；然后逐个分析比对现有各种电池修复技术的优缺点，阐明现有的修复技术不足；最后阐明有效的电池修复方案应具备的特点，以协助电网技术人员判断厂商营销的电池修复方案是否具备科学性、可行性，防止上当受骗。

关键词：科学性；普遍性；寿命测试；安全性；环保性

中图分类号：TQ028.8 文献标识码：A

随着社会的进步和信息化、自动化程度的不断提高，电力、通信、金融、交通等行业对于电的依赖程度不断加深，同时也对供电系统的可靠性提出了更高的要求。无论在电力变电站、机房、移动基站还是UPS系统中，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。正常情况下，蓄电池是处于浮充备用状态的，由交流市电经整流设备转换为直流电向负荷供电，而在发生交流电失电故障的情况下，蓄电池作为负荷的唯一电源供给者，一旦出现问题，供电系统将会瘫痪，进而造成设备停运及其他重大运行事故，会造成重大的经济损失，蓄电池稳定的重要性不言而喻。在电网实际应用中，对蓄电池的使用周期是有严格要求的，在规定的蓄电池生命周期内，不能随便更换蓄电池，而实际上有大量的蓄电池提前失效，这对电力系统的稳定安全性形成非常大的威胁。因此，为什么蓄电池会出现提前失效，对于提前失效或者待报废的电池如何进行有效的再生修复这些问题非常值得探讨。

1.蓄电池再生修复的意义

1.1 铅酸蓄电池失效原因分析

在电网系统中，阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）是目前应用最广的蓄电池，俗称“免维护”蓄电池，相对开口式铅酸蓄电池而言，其应用使烦琐杂的维护工作大大减少。无论是国内还是国外，从近几年相关蓄电池使用情况的资料分析发现，阀控式铅酸蓄电池的实际使用情况并不乐观，大部分过早老化。VRLA提前失效的原因很多，我们逐个分析。首先，现有蓄电池消费者未能严格按照流程要求来对维护它们，这种运行维护方式很容易导致电池提前失效。其次，大量国产的阀控式铅酸蓄电池本身的质量不达标，如制造工艺技术、装备技术的不够严谨及材料缩减等问题，也是导致一些蓄电池快速失效的重要原因，但上述原因都不是最根本的原因。

铅酸蓄电池投入运行后将无法避免硫酸盐化现象，这是这类电池本身化学反应的机理决定的，这才是蓄电池失效的根本原因。根据日常维护相关资料分析发现，VRLA电池失效很少是由于充电鼓胀，极板出现物理损伤导致的，而大部分都是由于蓄电池出现缺水以及硫酸盐化引起的，因为蓄电池内部的硫酸铅结晶逐步增大后，越来越难分解，内阻也逐渐增大，相应的充电/放电能力下降，毫无疑问电池容量也随之下降；根据国际标准，当蓄电池容量下降到蓄电池标称容量的80%后，这类蓄电池已经属于失效的范畴，不能继续在线运行。

1.2 铅酸蓄电池提前失效的影响

以上已分析了日常导致蓄电池提前失效的原因，这不但对电力系统的安全性造成了非常大的威胁，还带来巨大的环境污染。蓄电池过短的生命，会大量增加蓄电池报废的数量，而蓄电池报废，除了带来更换新电池的经济损失外，还会对大家的生活环境造成巨大的破坏。因为铅酸蓄电池从生产到报废的整个过程，都伴随着污染的产生，这与目前社会都倡导节能环保，绿色循环经济理念存在很大的冲突。

1.3 铅酸蓄电池再生修复的意义

如果可以实现铅酸蓄电池的再生修复，就可以解决蓄电池提前失效的问题，保证铅酸蓄电池的安全性，从而增强电力系统的安全性；另外，也可大大降低蓄电池报废的数量以及电池报废产生的费用，减少蓄电池报废带来的污染。铅酸蓄电池的再生修复符合当前国家倡导的环保理念，具备重要环保经济价值和积极的社会意义。

2.现有修复技术的优缺点分析

从上面的分析可知铅酸蓄电池的再生修复具备相当重要的经济价值及社会意义，因此铅酸蓄电池自发明150多年来，人们对铅酸蓄电池的再生修复技术的研究从未停止。由于铅酸蓄电池生产技术成熟、生产成本低、安全性高，在电网系统的变电站中得到广泛的应用，而锂电池到目前为止安全性仍未有足够的保障，因此，变电站仍将长期使用铅酸蓄电池。

近几年来，铅酸蓄电池再生修复的技术主要有水疗法、脉冲法（如负脉冲修复技术、高频脉冲激活修复技术、谐振脉冲激活修复技术）、化学修复、大电流充放电修复技术这几种，但这些技术再生修复的效果不明显，蓄电池容量并不能完全恢复，且内阻无明显变化或者增大，而且，蓄电池修复后的寿命少则能用几天，多则一年半载，基本上是没有保证的。下面简单介绍上述几种修复的优缺点。

2.1 水疗法的优缺点

水疗法对于加水蓄电池比较适用，对于硫化严重现象亦可反复处理，无须投资设备即可自行修复，缺点是过程太烦琐，并且对密封电池不太适用。

2.2 脉冲法的优缺点

脉冲法效果好操作方便，但需要有专用的脉冲充电器，个人不易配备，需要购买，成本高。目前市场上的脉冲修复充电器参差不齐，很多脉冲充电器甚至是专用修复仪的脉宽比、占空比、负脉冲设计得并不合理不能起到去硫化的作用。

2.3 化学修复法的优缺点

化学修复法修复效率和功效高于前两种修复方法，缺点太烦琐。此法的机理是加入的这些硫酸盐配位掺杂剂，可与很多金属离子，包括硫酸盐形成配位化合物。形成的化合物在酸性介质中是不稳定的，不导电的硫化层将逐步溶解返回到溶液中。采用化学方法，消除硫酸铅结晶，不仅成本高，增加电池内阻，并且还改变了电解液的原结构，修复后的使用期较短，副作用较大，其修复率约为40%左右。

2.4 大电流充电法的优缺点

大电流充电法是使大的硫酸铅结晶溶解的方法，实验中发现，这种方法消除硫化只可以获得暂时的效果，并且会在消除硫化过程中带来加重失水和正极板软化问题，对电池寿命造成严重损伤，现在很少有人用这种简单的方法修复电池。

2.5 现有修復法的缺点

综合分析各种修复方法的优缺点，结合电网部门日常维护的积累经验不难发现，这些蓄电池修复技术或多或少存在的问题，可以按以下几方面进行分析归类：

一是缺乏科学依据：这些蓄电池再生修复技术，并没有直观有效的科学手段证明其修复效果，缺少可让人直接观察到修复效果的渠道。

二是未能达到铅酸蓄电池再生修复后的可接受的寿命周期。蓄电池再生修复的价值是体现在修复后的寿命能够达到电池设计预期的寿命或者更长时间，如果修复后电池仅能使用几天，几个月，这种蓄电池的修复技术的价值不大；然而，不少厂家为了便于市场推广，要么夸夸其谈，要么闭口不提铅酸蓄电池修复后的生命周期，无法呈现客观、真实的寿命测试数据，经不起任何第三方权威机构的测试以及认证。

三是这些蓄电池修复技术覆盖面不广，没有普遍性。比如，水疗法对非密封的电池比较适合，而对密封的蓄电池不适合；如大电流充电法对硫酸铅晶体溶解很有效，但对修复后寿命非常令人堪忧，安全性也不行；化学修复法则修复成功率不高等等，可以看出现有这些修复技术并不能全面解决学电池老化失效的问题，仅能修复个别或者少数品种铅酸蓄电池单体，这些修复技术是不够成熟的。蓄电池单体修复难以满足蓄电池组的一致性要求。在这几年电网系统的实际维护工作中，大部分电网相关部门下线的电池组，都是一组电池只有1～2个失效电池单体，如果不能及时检测出并修复落后单节电池，很快就要整组更换蓄电池，这不但增大了维护工作量，而且会造成大量电池组被误报废，现在许多单位都在头疼这个问题，但是蓄电池组的各单体需要满足一致性要求，才能和谐地工作。蓄电池组需要整体修复，而且蓄电池组整体核对容量放电的数据必须满足国际标准和国家标准，才说明该类蓄电池再生技术满足实际推广要求。

四是铅酸蓄电池再生修复的安全性得不到保障。任何可能引起待修复蓄电池安全隐患的蓄电池再生修复技术都是不允许的。如果采用高电压，大电流对落后蓄电池进行修复，待修复的蓄电池可能会被埋下安全隐患，比如极板软化，活性物质脱落等。

五是缺乏解决蓄电修复过程环境污染问题的有效方案。这技术在修复过程及修复后多多少少都会产生环保问题，如出现废气，废液排放等，这明显与国家环保理念方向明显冲突。

3.有效修复再生方案科学性分析

针对问题一，真正有效的蓄电池再生修复方案必须具备判断修复效果的科学依据的。采用高倍率的电镜来观察分析修复后的蓄电池极板上硫酸铅结晶体还原程度，才能真正实现修复效果可视化，使硫化的蓄电池修复效果判断变得简单可行。

针对问题二，我国电力系统内已有多个电力科学研究院具备蓄电池寿命测试资质，修复后的蓄电池必须通过权威的第三方机构寿命测试认证，并且各项指标能达到期望值，如寿命延长3～5年或者更长，这才能说明厂商的电池修复方案是合格的，具有修复价值，可推广的。

针对问题三，根据实际应用需要，电网系统使用了多种类型的铅酸蓄电池，真正有效的修复技术必须能够适应不同类型的铅酸蓄电池，既适应电池单体修复，也适应蓄电池组整组修复，修复方案需要充分解决电池组的一致性问题，使电池组修复后，使各电池单体，仍然可以协调工作。克服蓄电池个别单体失效而导致整组电池失效的问题。同时对于不同种类、不同品牌的蓄电池也必须得到有效支持，最理想的状态还可以实现不同容量蓄电池组合路应用、不同容量不同电压蓄电池组合路应用、相同容量不同品牌蓄电池混合应用，如能实现这样的目标，则可以大大降低电池组报废的数量，有效降低电网系统自身建设及维护成本。这样的电池修复方案覆盖性才够广，修复价值高，值得推广。

针对问题四，有效的蓄电池修复方案，可以有效解决蓄电池硫化问题，且加入的修复液体既不能是酸性的也不能是碱性的，否则蓄电池修复过程以及修复后的安全性都无法得到保障。除此之外，修复方案中的修复流程也必须安全可靠，无安全隐患。

针对问题五，有效的蓄电池修复方案，应该可以实现电池修复之外，应符合国家科技发展规划的环保要求，通过提升蓄电池的生命周期，减少电池报废数量，从而降低对环境的污染；另外也通过对蓄电池进行二次利用，提升铅酸蓄电池的使用率，也可以降低对环境的污染。

结论

铅酸蓄电池如果能得到全面有效的修复，这不仅能节省大量的蓄电池采购费用，而且能够大大降低对环境的污染，减少电池回收的费用。电网人需要真正认识到有效可行的电池再生修复方案，一是应该具有科学的判断修复成果的依据，二要保证修复后的铅酸电池有合理的寿命，三要能适应不同种类、不同品牌的电池/电池组，四要在修复过程及修复成果是安全的，五要满足环保要求。有效电池修复技术方案的研究应该是具备上述特点的。电网系统在今后关于铅酸蓄电池修复产品及方案选择上，都应该带着这样的思路去选择合适的铅酸电池修复方案，保证电池修复的可行性、通用性，全面提升铅酸蓄电池的使用寿命，降低电池的使用成本及维护成本。

参考文献

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