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阀控铜酸蓄电池的监控和故障预测<1>(刘希禹)
摘要阀控铅酸蓄电池需要维护测试和故障预测。通常采用的电池容量试验和通过监测电
池电压预测单体电池故障的方法不是理想的方法。而利用电池内阻预测单体电池故障是
非常有效的，该方法可以替代电池容量试验方法。本文讨论阀控铅酸蓄电池故障机理，
分析现行电池故障预测方法存在的问题，介绍通过测量电池内阻预测阀控铅酸蓄电池故
障的方法。
关键词 阀控铅酸蓄电池 电池监控系统 电池内阻 故障预测
1引言
阀控铅酸蓄电池（VRLA）在正常情况下无酸雾和氢、氧气体排出，无需加水和测量
电液比重，对机房无特殊要求，而且其功率密度较大，占用机房面积较小，因此，采用
阀控铅酸蓄电池，比传统的淹没式（或排气式）铅酸蓄电池投资少，且使用较方便，故
很受用户欢迎。
由于阅控铅酸蓄电池是密封的，不易进行传统的维护工作，曾被误称为免维护电池。
因此，过去不少用户不了解阀控铅酸蓄电池维护测试的重要性以及怎样进行维护测试，
故一般不掌握阀控铅酸蓄电池的状态，往往在故障发生以后才知道蓄电池有问题。当前，
阀控铅酸蓄电池故障已对电信电源供电安全构成或正在构成重大威胁，有关方面对此应
给予足够的重视。在这种情况下，加强阀控铅酸蓄电池维护测试和故障预测是极为重要
的。
阀控铅酸蓄电池故障预测是一个非常复杂的问题，也是当前国内外正在探讨的问题。
2阀控铅酸蓄电池的主要故障机理
2.1内部热量的产生和热失控现象
蓄电池的寿命和性能与电池内部产生的热量密切相关，电池内部的热源是电池内部
的功率损耗，在浮充工作时，电池内部的功率损耗可以简单地看作是浮充电压和浮充电
流的乘积。在氧再化合反应中，浮充电流会增大因而产生较多的热量。在恒压充电时，
浮充电流随温度上升而增大，增大了的浮充电流又会产生更多的热量，从而使温度进一
步上升。如果电池内部热量产生的速率超过蓄电池在一定的环境条件下散热的能力，蓄
电池温度将会持续上升，以至使电池的塑料壳子变软，最后导致塑料壳子破裂或熔化。
这就是所谓热失控。所以阀控铅酸蓄电池进行恒压充电时，对充电电压进行负的温度补
偿是非常重要的。
2.2正极板栅的腐蚀
阀控铅酸蓄电池正极板栅合金可选择为铝一钙一锡、铅一踢、铅一锑一铜、铅一锯
一锡等合金。这些合金都会被腐蚀。在腐蚀过程中，铅被转变为二氧化铅，二氧化铝的
体积比铅大37％，因此引起正极板栅变形和伸长，这种变形称为正极板栅增长。正极板
栅增长会使板栅与有效物质的接触面积减少，因而导致容量的下降。当正极板栅增长达
到4％－7％时，板栅将会断裂，容量将完全损失。
正极板栅腐蚀的速度随着温度、充电电压和电解液酸浓度的上升而增高。温度每升
高10摄氏度腐蚀速度增加一倍。
2.3负极板连接条的腐蚀
负极板极耳和连接条（汇流条）表面的化学腐蚀是由于氧气再化合反应和电解液中
的硫酸盐杂质引起的。负极板连接条的腐蚀速度与负极板连接条的耐腐蚀力有关，当负
极板连接条合金有不良杂质或结晶颗粒粗大，腐蚀速度会显著加快，形成灾难性腐蚀。
2.4电解液水分损失
阀控铅酸蓄电池采用了氧再化合技术，使电解液水分的损失降低到最小。但是，由
于下列原因水分的损失（失水）是不可避免的：
·氧再化合效率达不到100%，有少量的红、氧气仍会通
过安全阀排出电池。
·正极板栅的腐蚀的结果是正极板栅的铅转变成二氧化
铝，所需要的氧原子来自电解液中的水，因此要消耗一
定的水分。
·有时由于安全阀关闭的故障，大量的氢、氧气会排出电
池，导致电解液水分的损失。
·电解液中的水分会通过电池外壳蒸发。
阀控铅酸蓄电池的水分损失是影响其寿命的重要原因之一，过量的水分损失称为
“干枯”（dryout），“干枯”会导致电解液的减少和电池容量的损失。
2.5隔板收缩
阀控铅酸蓄电池的隔板具有多孔结构和很强的吸液能力，不但可以吸附电解液，而
且可以保证氧气的扩散和再化合。隔板具有弹性，正确安装的阀控铅酸蓄电池，其隔板
承受一定压力而被压缩，以使隔板与极板紧密接触，为正、负极板间的离子流动提供良
好的通道。
阀控铅酸蓄电池在长期工作中，由于隔板与电液间的表面张力的相互作用，隔板的
玻璃纤维分子会重新排列成紧凑的结构致使隔板收缩、厚度变薄、失去弹性，隔板原来
承受的压力消失。因此致使隔板不能与极板完全接触；正、负极板间的离子通道中出现
绝缘区，导致电池容量的减少。此外，因为绝缘区的极板物质目放电后不能有效地再充
电，故电池性能将进一步恶化。
3预测电池故障的一般方法
阀控铅酸蓄电池故障机理是非常复杂的，引起阀控铅酸蓄电池早期故障的原因是多
种多样的，其中包括生产制造的缺陷、安装操作的不当、运行条件和环境条件的恶劣等。
前面所述的极板腐蚀、电解液失水、隔板收缩和热失控是最主要的故障机理。由前面的
分析可知，阀控铅酸蓄电池各种故障的结果都会影响电池的状态。电池状态包括充电状
态和“健康”状态两个方面，充电状态是指电池可以实际放出的容量，“健康”状态是
对充电状态的补充，说明构成电池的元件老化程度及其对电池性能的影响，以及现有电
池容量在未来一段时间内能否可靠地放出。只有处于满充电的“健康”电池才能保证负
载的不间断供电。因此，检查电池的充电状态和“健康”状态可以预测电池故障。预测
电池故障的一般方法主要有：
3.1电池容量的测试
电池容量准确测量的唯一方法是进行放电试验（容量试验），用这种方法对包括阀
控铅酸蓄电池在内的整个备用电源系统进行全面地检查，可以检查出各单体电池和电池
外部电路的任何故障，因此被公认为是比较可靠的方法，但是由于下列原因重复进行放
电试验并不是理想的：
·费时费力；
·有一定的危险性；
·需要专用测试设备，费用较高；
·放电试验会加速电池老化，减少电池寿命；
·在放电试验期间及放电后的再充电期间，电池在紧急情
况下不能为负载供电；
·放电试验仅能给出试验时的电池容量和性能，不能预示
将来的容量和性能；
因此，在可能由电池监控替代的情况下，应尽量避免频繁的放电试验（特别是满容
量放电试验地根据IEEE1188－199拓标准建议，阀控铅酸蓄电池满容量放电试验除验收时
进行外，每年只需进行一次。
电池监控应能给出电池充电状态（容量）和“健康”状况，确认电池在要求的时间
周期内（不仅在现在而且在将来）能可靠地为负载供电。电池监控的最重要的内容包括：
（1）电池充电状态：检查和确认电池组中每只电池都处于满充电状态。
（2）电池“健康”状况：通过检测的一些运行参数间接地导出电池是否有故障。此
外，为防止影响将来电池正常工作的有害的工作条件施加于电池，在异常工作条件（例
如在高压下浮充、深度放电和温度过高等）出现时，应及时告警并切断充电电流。
3.2电池“健康”状况的检测
目前采用的电池监控系统主要是通过检测单体电池或含有多个单体电池的组合单元电
池（以下简称单元电池）的电压判断电池故障的。
（1）单体（单元吨地浮充电压监测
对于淹没式（排气式）铅酸蓄电池，通过监测单体电池浮充电压检查电池故障是非常
有效的。例如，假如电池组中有些单体电池电压偏移超出允许极限（一般为平均单体电池
电压±50mV），这可能是由于电池没有正常充电或电池有故障引起的。在这种情况下，一
般需将这组电池浮充2周，然后再测量单体（单元）电池电压。第二次电压测量可能有两
种不同的结果，处理方法也不相同：
·所有单体电池电压均在允许的范围内，这表示所有单体
电池均正常。说明第一次测量时有的单体电池电压偏移
较大是由于当时未处于满充电状态。
·情况未变，原来电压偏低的电池现在电压仍然偏低。这
表示这个电池有故障，应进一步检查其电解液比重，如
果比重降低了，则应更换这个电池。
淹没式铅酸蓄电池如果按照上述方法定期检查浮充电压．一般可以及时检查出故障电
池。因此平时可以不进行放电试验。仅在电池接近寿命终止时才需要进行放电试验。
这种方法已经用于阀控铅酸电池的故障检测。然而，由于闹控铅酸电池的浮充电压和
电流的关系受内部氧再化合的影响，单体电池浮充电压的偏移比淹没式铅酸蓄电池的大，
而且偏移量的变化范围也大，故试验的结果不那么明显。此外，阀控铅酸蓄电池不能提供
电解液比重的参考数据，所以，通过浮充电压进行阀控铅酸电池的故障检测时，检测结果
存在一定的误差。甚至有“浮充电压正常但放电时出现严重故障”的情况。为了准确地掌
握阀控铅酸电池的状态，检测浮充电压，放电试验还是必要的。在放电试验时，结合放电
电压的检测，可以准确地检测出故障电池。
（2）单体（单元）电池放电电压监测
监测单体（单元）电池放电时的电压变化，是检测阀控铅酸电池的故障的一种有效方
法。因为单体电池放电时下降的速度与电池的“健康”状况有关，故障电池的电压下降得
比正常电池快得多。据此可以检查出故障电池。这种方法检测结果准确，但必须与放电试
验结合进行。更重要的是，这种试验必须在市电正常时带假负载或在有整流器支持的情况
下带真负载放电。在市电停电时电池带真负载放电过程中，虽然也能检出故障电池，但检
出故障电池时已对供电系统造成严重影响，失去了故障预测的意义。因此需要较频繁地进
行上述试验。
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