UPS用VRLA蓄电池早期失效的原因

造成VRLA蓄电池早期失效主要有以下原因:①VRLA蓄电池设计欠妥。实践表明,在VRLA蓄电池中,正负极板跟玻璃纤维隔板中电解液脱离接触是导致VRLA蓄电池早期失效的根本原因。为此,应当适当提高极群组装压力,使AGM隔板压缩率达到15%～20%;同时适当增加电解液量,并在VRLA蓄电池外壳强度允许的条件下,适当提高安全阀的开启压力,以减少安全阀开启次数和失水;②生产工艺和原材料。一组VRLA蓄电池中出现个别早期失效的VRLA蓄电池,一般是由于生产过程中的个别偶然因素引起的。比如在焊接极群组时有微小铅粒落入极群组中、加酸量控制不严、不合格部件装入、某些原材料不合格等。为此,必须在VRLA蓄电池的生产中严格控制各工序的质量;③维护工作跟不上。过去有人把VRLA蓄电池称之为“免维护”蓄电池,在使用过程中不去注意维护,使VRLA蓄电池性能迅速变差。所以应当消除这一误解,明确VRLA蓄电池只是减少了维护工作量,并不是不需要日常维护工作。为避免VRLA蓄电池组中混入早期失效的单体VRLA蓄电池,应在新VRLA蓄电池装入系统之前进行一次检查性深放电,即以10h率放电电流放至1.80V(相对于2V的VRLA蓄电池)左右,然后再充足电进入系统中运行。如果各个VRLA蓄电池在放电终止前的电压差别不大,比较均匀,则本组VRLA蓄电池性能一定不错;若其中有个别VRLA蓄电池电压下降很快,则很可能是落后的VRLA蓄电池,必须查明原因采取措施。

VRLA蓄电池的早期容量损失(Premature Capacity Lose,PCL)经常在VRLA蓄电池深循环条件下发生,容量随着循环衰减很快。影响PCL程度的因素很多,在设计和制造VRLA蓄电池时,以下原因可以引起PCL:①使用Pb-Ca合金板栅时含锡量不足,一般认为含锡量0.2%～0.4%的正极栅可以避免,在深循环充放电条件下要求锡的质量分数在1.2%以上;②极板太薄;③铅膏视密度低;④装配压力不足;⑤电解液未起到限制容量的作用。

在使用过程中,下述情况往往会引发PCL:①循环起始充电的电流密度低;②深度放电;③过充电大于120%;④恒压浮充电时,充电电压不够高;⑤长期贮存;⑥过高的活性物质利用率。

铅钙合金系列VRLA蓄电池在使用过程中,经常莫名其妙的出现几只VRLA蓄电池容量下降,其主要原因是因VRLA蓄电池失衡引起的,由于采用铅钙合金系列的VRLA蓄电池的充足电压较高,一般12V的VRLA蓄电池充电电压大于16V。当充电电压过低时,就易引起VRLA蓄电池失衡。当各单格VRLA蓄电池组装在一起使用时,由于各单格VRLA蓄电池的自放电不可能绝对相等,自放电大一点的VRLA蓄电池,若采用恒压充电时,都不能完全充足电,未充足电的单格VRLA蓄电池未出现析气反应,极板接触电解液的相对面积就大,自放电就大。而自放电小的单格VRLA蓄电池,每次都能充足电,当充足电后未能及时停止充电,将造成过充电,即出现析气反应,生成气体,极板接触电解液面相对减小,自放电就减小,同时充电电压升高,导致过充电加剧。其结果是自放电小、电压高的单格VRLA蓄电池自放电越来越小,每次都能充足电,而自放电大的单格VRLA蓄电池自放电越来越大,每次都不能充足电,而且是容量越用越小,长期充电不足就会致使VRLA蓄电池硫化而失效。

PCL现象的出现,使VRLA蓄电池寿命缩短,可靠性变差。如设计寿命可达20年的浮充用VRLA蓄电池,实际使用寿命仅有2～3年,大多数VRLA蓄电池的使用寿命也只有5年左右,而设计寿命为2～5年的动力用VRLA蓄电池只能用几个月。引起PCL的主要原因有3种模式:

①PCL-1(接触问题)。在10～50次循环中,VRLA蓄电池容量突然损失,VRLA蓄电池的性能下降,这种情况被称为“无Sb效应”。出现PCL-1的主要原因是板栅形成阻挡层引起的,这种不良导电层具有高的电阻,限制了活性物质的放电。通过对腐蚀层性质的研究,改进了蓄电池的制造工艺,在很大程度上可解决此类问题。

在PbCa合金中加入Sn能显著地改善正板栅的腐蚀电阻,当Sn的加入量为1.5%时,极化电阻最低。Sn的作用机理是在板栅的次边界上偏析以及被氧化成SnO,深入PbO中的SnO不发生化学反应,从而为充电时提供导电途径。大量增加Sn的含量可使板栅的抗腐能力增加,但却使生产成本上升,也会使板栅在涂板、固化和化成时造成结合力下降;

②PCL-2(活性物质的影响)。PCL-2是由于活性物质之间的接触恶化,电阻增加而导致VRLA蓄电池容量损失。在循环中,正极板活性物质膨胀,放电越深、越快,活性物质膨胀越快,容量损失越快,随着高倍率的放电和大量的过充电,使PCL-2现象变得更严重。其原因不是通常所见的板栅腐蚀硫酸盐化或活性物质脱落,而是由多孔活性物质膨胀引起颗粒之间互相隔绝造成的;

③PCL-3(负极影响)。PCL-3现象主要是由于负极充电困难,充电不足,造成负极板底部1/3处硫酸盐化,从而导致VRLA蓄电池容量损失。PCL-3现象一般发生在200～250次循环时,导致VRLA蓄电池的低电压,这时过充电氧气生成、传输、化合都增加,使负极产生去极化作用,负极的极化电位降低。

随着VRLA蓄电池技术研究的不断深入,PCL问题在一定程度上得到缓解。温度对PCL也有一定的影响,但其影响机理及程度大小,目前还不清楚,仍在进一步研究中。但高温时,会使VRLA蓄电池中添加剂氧化失效,引起活性物质的表面积减少,使VRLA蓄电池容量下降加速。