1VRLA蓄电池漏液故障
VRLA蓄电池(Valve Regulated Lead Acid简称VRLA电池)发生漏液故障,除了运输、搬运造成的机械损伤外,主要是由于制造缺陷引起的,如电解液注入量过多、密封不严、密封材料不合格和密封材料老化等。有些厂家在VRLA蓄电池的制造过程中,在极柱周围涂抹了硅油,用来增强VRLA蓄电池外壳的密封性能,在使用中极柱周围可能会有非酸性液体渗出,这属正常现象,不是漏液,应注意区分。因此,发现漏液VRLA蓄电池应立即更换,或在VRLA蓄电池接近寿命终期前更换。
在VRLA蓄电池密封和安全阀没有问题的时候,也会出现漏液。很多VRLA蓄电池在灌酸以后,VRLA蓄电池处于富液状态,VRLA蓄电池没有氧循环。靠VRLA蓄电池处于开口状态的三充二放把多于的电解液排出。酸比重再次提高。在盖安全阀的时候,电解液没有吸光,还存在游离酸。即使把游离酸吸光,VRLA蓄电池还是处在“准贫液”状态。隔板中的电解液相对要多一些。而隔板中稍多的电解液影响氧循环,这样,在对新的VRLA蓄电池进行充电时,排气量比较大,带出的酸比较多,形成“漏酸”。而胶体VRLA蓄电池在前50～100个循环,VRLA蓄电池处于富液到贫液的转换期,排气比较严重,排气代出胶体微粒形成了“漏酸”。
VRLA蓄电池漏液主要表现在极柱漏液和壳盖密封不良造成的漏液。VRLA蓄电池壳盖的密封方法有两类:胶封和热封。胶封方法是壳盖之间采用环氧树脂胶密封,密封质量受环氧树脂胶的影响,如环氧树脂存在老化和龟裂问题而造成漏液的可能性。
热封是将ABS壳体加热到一定温度后(具有一定的流动性和粘结性),将其填充到壳与盖之间的缝隙。冷却后壳盖注成一体,壳、盖粘结部分全部为ABS一种材料。因而热封具有较高的密封可靠性。采用热封能解决壳盖之间的漏液问题。极柱与壳盖间的密封质量是影响VRLA蓄电池循环寿命的主要因素之一。极柱密封结构有4类:
①树脂密封结构;
②树脂二次密封结构;
③机械压缩式密封结构;
④HAGEN专利极柱密封结构。
2VRLA蓄电池漏液现象分析
(1)VRLA蓄电池漏液与电解液量的关系
VRLA蓄电池设计的一个基本原理就是采用贫液技术,使正极产生的O2通过内循环在负极上得到大程度的复合吸收,以此完成VRLA蓄电池内部气体的再化合,维护电解液中水的平衡,从而使VRLA蓄电池得以密封。如果电解液量过多,会使内部气体再化合通道受阻,内部气体增多,压力增加,容易在VRLA蓄电池密封处的缺陷部位产生漏液。因此VRLA蓄电池的加酸量一定要适量。就VRLA蓄电池以10h放电率放电而言,一般控制电解液密度为1.10,放电前电解液密度为1.30,根据VRLA蓄电池反应可以计算出VRLA蓄电池每Ah少用酸量。放电前所需的纯H2SO4量为:
W(H2SO4)=V×d×m 纯H2O量为:
W(H2O)=V×d(1-m) 放电后所需的纯H2SO4量为:
W(H2SO4)=V×d×n-3.36每放出1Ah电量,消耗纯H2SO4为3.66g、产生水0.67g。
式中,d为放电开始时电解液密度,为1.30;m为放电开始重量百分比浓度,为38%;n为放电后重量百分比浓度,为16%;V为浓度为d的酸体积。
因此,VRLA蓄电池每Ah需要加电解液体积为
要想做到贫液就要保证所需电解液必须完全吸附在隔板中,并且还有部分气体通道,一般每Ah的玻璃纤维隔板为17g,每g隔板饱和吸酸量为0.8ml。因此大吸酸量为13.6ml,保证密封隔板吸酸量大不能超过95%,一般为92%,即大加酸量为12.5ml,加酸量应控制在10.9～12.5ml之间。
(2)VRLA蓄电池易漏部位
通过长期使用观察,发现VRLA蓄电池易漏部位主要在VRLA蓄电池壳盖之间密封处(盖与底槽之间密封不好或因碰撞,封口胶开裂造成漏液)、安全阀处渗酸漏液、极柱端子密封处渗酸漏液及其他部位出现渗酸漏液。各部位产生漏液原因各不相同,应进行全面分析后采取相应措施解决。
(3)VRLA蓄电池壳盖漏液
VRLA蓄电池壳盖密封一般采用环氧树脂胶粘密封和热熔密封2种方法,相对而言,热熔密封效果较好,方法是通过加热使VRLA蓄电池槽盖塑料(ABS或PP)热熔后加压熔合在一起。如果热熔温度和时间控制好,并且密封处干净无污物,密封是可靠的。对热熔密封漏液的VRLA蓄电池解剖观察,密封处存热熔层,有蜂窝状沙眼,不是很致密,由于VRLA蓄电池内部存在O2,在一定气压下,O2带着酸雾沿沙眼通道产生漏液。
环氧树脂胶粘接密封的VRLA蓄电池漏液较多,特别是卧放使用的。如果环氧胶配方和固化条件控制好,可以实现密封。经过对环氧树脂胶粘接密封漏液的VRLA蓄电池解剖发现,密封胶与壳体粘接是界面粘接,结合力不大,容易脱落,漏液处有缺胶孔或龟裂。由于环氧树脂胶流动性较差(特别是低温固化),易造成密封壳盖某些局部没有填满胶,产生漏液通道,龟裂(细小裂纹)主要发生在架柜卧放的VRLA蓄电池中,由于重力作用,架柜变形使VRLA蓄电池密封胶层受力,环氧树脂胶固化后又很脆,在外力作用下,容易产生龟裂造成漏液。
(4)安全阀漏液原因分析
安全阀在一定压力下起密封作用,超过规定压力(开启压力)时安全阀自动打开放气,保证VRLA蓄电池安全,造成安全阀漏液主要原因如下:
•加酸量过多,VRLA蓄电池处于富液状态,致使O2再化的气体通道受阻,O2增多,内部压力增大,超过开启压力,安全阀开启,O2带着酸雾放出,多次开启,酸雾在安全阀周围结成酸液;
•安全阀耐老化性差,使用一段时间后,安全阀的橡胶受O2和H2SO4腐蚀而老化,安全阀弹性下降,开启压力下降,甚至长期处于开启状态,造成酸雾,产生漏液。
(5)极柱端子漏液原因分析
VRLA蓄电池极柱端子密封的普遍方法是先将极柱同盖上的铅套管焊接在一起,再灌上一层环氧树脂胶密封胶密封。在安装使用1年以上的VRLA蓄电池有个别的极柱端子产生漏液,使用3～5年端子漏液的就较多了,并且正极比负极严重,这是目前国内生产VRLA蓄电池普遍存在的问题。通过解剖发现极柱端子已被腐蚀,H2SO4沿着腐蚀通道在内部气压作用下,流到端子表面产生漏液,也叫爬酸或渗漏,端子腐蚀原因是在酸性条件下O2腐蚀所致:
正极:Pb+O2+4H+→PbO+H2O
负极:Pb+O2+PbSO4→PbSO4+H2O
腐蚀产生的PbO和PbSO4都是多孔状,H2SO4在内部气压作用下,沿着腐蚀孔爬到外面而漏液。相对而言,腐蚀速度比较缓慢,因此要在使用较长一段时间才产生漏液,同时正极腐蚀速度大于负极,因此正极漏液严重。
由于VRLA蓄电池极柱焊接一般采用的是乙炔、氧气焊接,焊时极柱表面形成一层PbO,PbO很容易同H2SO4反应更加快了腐蚀速度,缩短了漏液时间。
架柜卧放硬连接安装方式的VRLA蓄电池更容易产生漏液,由于重力作用使架柜横梁变形,硬连接会使端子受力,密封胶层易脱离而漏液。
3VRLA蓄电池漏液解决措施
对于VRLA蓄电池漏液故障应先做外观检查,找出渗酸漏液部位。取开盖片看安全阀周围有无渗酸漏液痕迹,再打开安全阀观察VRLA蓄电池内部有无流动的电解液。完成了上述工作之后,若仍未发现异常,应做气密性测试(放入水中充气加压,观察电池有无气泡产生并冒出,有气泡则说明有渗酸漏液)。后在充电过程中,观察有无流动的电解液产生,如果有则说明是生产的原因。在充电过程中如有流动的电解液应将其抽尽。
(1)VRLA蓄电池壳盖漏液解决措施
①对于热熔密封的VRLA蓄电池要严格控制热熔温度和时间,并保持热熔表面干净整洁;
②将热熔和胶粘剂密封相结合,先采用热熔密封,再用密封胶密封;
③对于环氧树脂胶密封,应建立高温固化室,使环氧树脂胶更好地固化;
④选用溶解类的密封胶进行密封,如采用ABS塑料的VRLA蓄电池,其壳盖采用丙烯脂类密封胶,使壳盖溶为一体,密封更加可靠。
(2)安全阀漏液解决措施
①采用耐老化的橡胶(如氟橡胶)制作安全阀,延长耐老化时间;
②定期更换安全阀,保证安全阀的可靠性,一般3年更换一次较为适宜;
③改变安全阀结构,使其开启压力可调。目前柱式安全阀是较为完善的结构,柱式安全阀使用的橡胶较多,耐老化性能好,同时压力可调,发现老化(开启压力下降)可适当调整,增加开启压力,保证其密封性。
(3)极柱端子漏液解决措施
①采用惰性气体保护性焊接(如氩弧焊),使焊接面不被氧化,延缓腐蚀速度;
②加高极柱端子,延长密封胶层高度,延长腐蚀漏液时间;
③采用橡胶压紧密封,阻断O2通道,延缓腐蚀速度。如果极柱端子密封高度设计合理,在VRLA蓄电池使用寿命期可以实现不漏液。
4结束语
蓄电池是UPS的核心部件,VRLA蓄电池发生漏液故障,直接危及VRLA蓄电池的使用寿命,并危及UPS供电系统的可靠性,本文分析了VRLA蓄电池漏液故障的原因,并提出VRLA蓄电池漏液故障的处理措施,为避免UPS用VRLA蓄电池发生漏液故障提供了对策,也为UPS用VRLA蓄电池安全运行提供了技术支持。
作者简介
周志敏,山东钢铁集团莱芜分公司能源动力厂工程师,本刊编委。
