通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护 - 图文

阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护

胡信国

哈尔滨工业大学 教授 博士生导师 隆源双登集团 总工程师

一、 阀控式密封铅酸蓄电池在通信电源系统中的作用

1． 后备电源，包括直流供电系统和UPS系统 2． 滤波 3． 调节系统电压 4． 动力设备的启动电源

二、 通信电源系统中所用铅酸蓄电池的类型

1． 固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池（GF电池）。 2． 固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）。

AGM——阴极吸收式（贫液式） GEL——胶体式

3． 阴极吸收式VRLA电池与胶体电池的比较：

1

（1） 使用初期无气体逸出，胶体电池在使用初期需排风装置。 （2） 电池内阻小，大电流放电特性优于胶体电池。

（3） 电池的一致性和均一性好，因电解液的扩散性和均匀性优于胶体电池。 （4） 制造技术要求高，如极板的均一性，灌酸精度，散热通风装置的合理性等。 （5） 胶体电池，（特别是管状电极）使用寿命较长，不易热失控。

胶体电池：德国阳光公司的Dryfit A系列 意大利非凡（FLAMN）SMG系列 Hawker公司的OPZV系列

隆源双登集团富思特公司的GFMJ系列

三、 VRLA电池的工作原理

1． 电池的充放电反应

（+） PbO2 + 3H+ + HSO4 + 2e <═══>充PbSO4 + 2H2

－

－（－） Pb + HSO4

放

放

<═══>充 PbSO4 + H + 2e

—

＋

电池总反应：Pb + 2H+ + 2HSO4 + PbO2

2． 电池内部气体产生的原因

（1）过充电

（+）H2O → 1/2O2↑+ 2H+ + 2e ( - ) 2H+ + 2e → H2↑ H2O = H2↑+ 1/2O2

(2 ) 正极板栅腐蚀：

Pb + 2H2O → Pb(OH)2 + 2H+ + 2e 2H+ + 2e → H2 ↑

(3 ) 自放电：

负极自放电 Pb + HSO4

－

放

<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4

→ PbSO4 + H+ + 2e

2H+ + 2e → H2 ↑ 正极自放电

2

PbO2+ 2H+ + H2SO4 + 2e → PbSO4 + 2H2O H2O → 1/2 O2 ↑+ 2H+ + 2e

四、 VRLA电池的关键技术

1． 氧复合原理（氧循环原理）：

电池在充电过程中，正极除了有反应（1）PbSO4转变为PbO2以外，还有氧析出反应，特别是电池的充电后期，当电池容量充电到80%时，氧的析出反应更为剧烈，两极的气体析出反应如下：

（+）2H2O → O2 + 4H+ + 4e (--) 2H+ + 2e → H2

对于浮充使用的VRLA电池，即使是浮充电流很小，但在长期浮充状态下，浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物资以外，不避免的，浮充电流一部分用于水的电解，而使正极析出氧气，负极析出氢气。

氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密度发生变化，也使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来，人们都一直在寻求电池的密封，以减少对电池的维护。VRLA电池的出现，实现了电池的密封，电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合实现氧的循环，以及采用AGM隔板吸收电解液，使电池内部没有流动的电解液，氧的复合原理如图2、3所示：

图2：密封原理示意图

3

图3：氧循环原理图

从图2、3看出，正极充电过程中因电解水析出的氧气，通过AGM隔板的孔隙，迅速扩散到负极，与负极活性物质海棉状铅发生反应生成氧化铅（PbO），负极表面的PbO遇到电解液H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O，其中PbSO4再充电而转变为海面状Pb生成的H2O又回到电解液，因氧气的再复合，避免了水的损失，从而实现了电池的密封。其氧的再复合过程的反应式如下：

2H2O → O2 ↑+4H+ + 4e (7) 2Pb + O2 → 2 PbO (8) 2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O (9) 2PbSO4 + 4e + 4H+ → 2Pb + 2H2SO4 (10) 总反应为：2H2O → O2 → 2H2O

2． VRLA电池的关键技术：

为了实现氧的复合（循环），电池在设计制造中，应掌握如下关键技术： 1) 选择高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，为氧的复合提供通道

2) 采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收电解液以外，仍有5—10%的孔隙率 未被电

解液充满，因此VRLA电池又称为贫液式电池。

3) 过量的负极活性物资，正、负极板的容量比一般为1：1.1~1：1.2，这样在正极充足

电以后，负极仍未充足电，防止氢在负极析出，氢气大量析出使无法复合的。

4

4) 电池集群的紧装配，采取集群预压缩技术，装配压在40—60Kpa之间，以保证AGM

隔板与正负极板表面的良好接触，因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板提供。 5) 高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金，因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有较高的

析氢过电位，降低了因板栅腐蚀而析出氢气的可能性。

6) 开闭阀压力稳定可靠的安全阀，通信用VRLA电池的标准要求开阀压10—35Kpa，

闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近，可减少气体排放和水的损失。

7) 采用恒压限流的充电方式，VRLA电池对过充电较为敏感，过充电会加速电流的损

坏，恒压限流充电可防止过充电和热失控。 VRLA电池具有以下主要优点：

★ 在电池整个使用寿命期间，无需补酸加水，调整酸比重等，具有“免维护”的

功能；

★ 不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；

★ 自放电小，25℃下自放电率小于3%（每月）； ★ 电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10—15年； ★ 结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小； ★ 电池的高低温性能较好，可在40℃—150℃范围使用； ★ 没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）； ★ 比能量较高，大电流放电性能好。

图4： VRLA电池与GF电池（左）的比较

五、 RLA电池的两大类技术

应用同样的氧复合原理，但由于采用不同的固定电解液技术和不同氧复合通道技术，因此分为两大类型的VRLA电池，即AGM技术和GEL技术（胶体），故又称为AGM电池和胶体电池。这两类电池各有优缺点，在电信、电力等市场上应用的以AGM的电池为主。

5

1． AGM技术

图5：AGM式VRLA电池

图5为采用AGM技术的VRLA电池结构示意图，AGM隔板采用U形包覆法（也可采用S形包覆法）。采用AGM技术的VRLA电池的特点：内阻小，以超细玻璃棉隔板吸取电解液，使电池内没有电解液，AGM隔板具有93%以上的孔隙率，而其中10%左右的孔隙作为正极析出的O2到负极再复合的通道，以实现氧的循环，达到电池可以密封的目的。采用AGM技术，实现氧复合的原理如图6所示：

2． Gel技术（胶体技术）

以德国阳光公司采用Gel技术的OPZV胶体电池是典型代表。

6

胶体电池的特点：内阻较大，采用触变性SiO2胶体吸收电解液，使电解液不流动。以胶体的微裂纹O2的复合通道。胶体电池使用初期由于胶体未能形成大量微裂纹，氧的复合效率较低。

图7 Gel技术的氧复合示意图

六、 VRLA电池的电特性

1． 开路电压：电池在开路状态下的端电压称为开路电压。

2． 工作电压：指电池接通负荷后，在放电过程中显示的电压，又称负荷（载）电压或

放电电压，在电池放电初始的工作电压称为工作电压。

3． 终止电压：指电池放电时电压下降到某个值而停止或下降到不宜再继续放电的最低

工作电压，称终止电压。

4． 容量：电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C为计。单

位安培小时，简称安时（Ah）。电池容量分理论容量、额定容量、实际容量和标称容量。

理论容量：理论容量是活性物质的容量按法拉第定律计算而得的最高理论值。 实际容量：是指电池的在一定条件下所能输出的电量，等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。

额定容量：也称保证容量，是指国家或有关部门的颁布的标准，保证电池在一定的放电条件应该放出的最低限度容量。

5． 放电制度：是指放电时电池的放电速率，放电形成式，终止电压和环境温度等。 6． 倍率：是指电池放电时的电流的数值为额定容量数值的倍数。

7

7． 电池使用寿命：电池使用寿命与使用条件有关，按使用条件不同，可分为浮充使用

寿命和循环使用寿命，当电池放电容量低于额定容量的80%时，视为电池寿命终止。 浮充使用寿命：电信、电力等部门，将电池作为后备电源，在通信等设备正常运行情况下，电池处于浮充状态。当交流电供电中断以后，电池才放电工作，放电时间一般较长。浮充使用寿命一般以年为单位。为了检测电池的浮充寿命，通信行业标准中作出了高温加速浮充寿命的新规定。完全充电的蓄电池放在温度为55±2℃的环境中，以2.25V/单体浮充电压充电30天，然后取出蓄电池，在常温下1小时放电，为一个实验循环，一个循环折合寿命为1年。

循环使用寿命：指电池使用期间，电池以放电及充电循环进行，电池放电一定深度后，再进行充电，充足电以后再放电工作。电池的循环寿命与放电深度（DOD）有关，一般可分为80%DOD与100%DOD。循环寿命以循环次数表示，电动汽车、电动自行车电池寿命以循环次数表示。

目前国内动力电池的循环使用寿命一般为350次（80%DOD）。国际先进铅酸电池联合会（ALABC）的2005年研究目标为VRLA电池的比能量达到48wh/kg，循环寿命达1000次（100%DOD）。

8． 充电特性：VRLA电池在放电后应及时充电。充电时必须认真选择以下三个参数：

恒压充电电压、初始电流、充电时间。不同蓄电池的充电电压值由制造厂家规定，充电电压和充电方法随电池用途不同可以不同。电池放电后的充电推荐恒压限流方法，即充电电压取U（厂家定），限流值取0.1C10A，充入电量为上次放电电量的1.1—1.2倍即可。 充电方法有以下三种： 1） 浮充充电

以0.1C10A的恒压限流对电池组充电，到电池单体平均电压上升到2.25V后，进入浮充状态。 2） 快速充电

在某种情况下，要求电池尽快充足电，可采用快速充电，最大充电电流≤0.2C10A，充电电流过大会使电池鼓涨，并影响电池使用寿命。

在恒电压充电情况下，充电后期的充电电流连续3小时不变，即可视为电池已充

足电。图10表示采用恒压限流充电方法，限压在2.25V（25℃）进行充电的特性曲线。

8

图8：电池在100％放电后用0.1C10A的电流，限压2.25V（25℃）的充电特性曲线

3)均衡充电

电池在使用过程中，当单体电池浮充电压低于2.18V时，应进行均衡充电。均充电压设定为2.35V/单体(25℃)。充电最大电流为0.25C10A，均充时间不少于10h,如机站供电状况恶劣，停电频率高，应根据情况定期均充。

9、放电特性：电池投入运行，是对实际负荷的放电，其放电速率随负荷的需要而定。为了分析长期使用后电池的损坏程度或为了估算市电停电期间电池的持续时间，需测试其容量。推断电池容量的放电的方法，应从如下几个方面考虑：1是放电量，即全部放电还是部分放电；2是放电速率，即以10小时率还是以高放电率或是低放电率放电。各种放电小时率下的放电放法如下。

9.1 标称小时率下的放电

按我国通信用VRLA电池标准规定，将完全充电后的电池，静置1-24h使电池表面温度为25±5℃，固定型电池以0.1 C10A电流放电压到1.8 V/只，称为标准小时率下的放电。 GFM系列的VRLA电池不同倍率放电曲线如图9所示：

9

图9：GFM型VRLA电池不同倍率放电特性曲线

从图9可以看出，电池10小时率放电初期，电池的端电压变化很小，放电2小时以后，端电压开始明显下降。至端电压1.8V/ 单体放电终止，此时如果放电时间达到10小时以上说明，电池容量达到或超过厂家的标准容量。反之，说明电池容量不足。 9.2高放率下的放电特性

图9中同时给出了GFM系列电池5小时率（0.2 C10A）2小时率（0.5 C10A）和1小时（1.0 C10A）的高倍率放电曲线，高倍率放电时，端电压的变化速率比10小时率放电时端电压变化大得多。因为在大电流放电时，正极和负极的浓度极化增大，放电电流越大，浓度极化越大，端电压下降越快。浓度极化是由于隔板中的电解液来不及向正负极表面，特别是正极表面扩散造成的。双登电池有较好的高倍率放电性能，不同倍率的容量如下： 表１ 不同倍率放电容量

放电率 10小时率放电 １小时率放电

给出的容量（25℃） 100% C10 >55% C10 10

9.3 冲击放电

冲击放电是为了检测电池在某一放电终止电压下，放电初期或后期，允许有多大的放电电流，或1小时率允许的放电电量。 9.4温度对容量的影响

温度影响电池的容量。一般情况下，温度越高，放电容量越大。电池放电时，如果温度不是25℃，则需将实测容量按以下公式换算成25℃基准温度时实际容量C t 。

C25 = Ct / 1+K (t －25)

式中：t 放电时的环境温度

K 温度系数，10小时率容量实验时K=0.006/℃ 3 小时率容量实验时K=0.008/℃ 1 小时率容量实验时K=0.01/℃

9.5 核对性放电

在通信电源维护制度中，规定了由蓄电池组向实际通信设备进行单独放电，以考察蓄电池是否满足最大平均负荷的需要，这种放电制度，称为核对性放电。

具体做法是：选择在最大负荷情况下，中断开关电源的工作，使蓄电池组单独向通信设备供电，让实际负荷需要的电量，全部由蓄电池组承担，到终了时核算其输出容量。

10、浮充特性：浮充是直流电源系统中，与整流器设备并联，作为支持通信系统工作的唯一后备电源的蓄电池工作方式。全浮充工作方式下的蓄电池，充放电循环次数少，自放电和深放电的容量又能及时补足，活性物质利用率高，使用寿命长。浮充使用时蓄电池的充电电压必须保持恒定值，在该电压下，充入的电量应足以补偿蓄电池由于自放电而损失的电量。同时，应保证在相对较短时间内使放过电的电池充足电，这样就可以使蓄电池长期处于充足电状态。同时该电压的选择应使蓄电池因过充电而造成的损坏达到最低程度。

对VRLA电池的浮充电，浮充电压应选择制造厂家推荐的电压值。而且环境温度的不同，浮充电压值也要做相应调整。

11

表２ VLRA电池不同温度时的浮充电压

环境温度（℃） 0～10 11～15 16～25 26～30 31～35 36～40

浮充电压（约V±0.01V/单体） 2.31 2.28 2.25 2.23 2.21 2.20

图10 不同浮充电压下电池寿命与温度的关系

随温度调整浮充电压对延长VRLA电池的寿命十分重要，浮充电压增加0.1V，即从2.3V到2.4V，从图10可以看出，在环境温度为30℃时VRLA电池的寿命将减少一半。由于有些通信局（站）的条件限制，VRLA电池没有空调环境，当充电在大的环境温度范围进行时，VRLA电池需要温度补偿，按照厂家提供的温度与相应浮充电压的关系进行调整。温度增加时，降低浮充电压相应地减少了蓄电池温度增加的影响，进而减少了板栅的腐蚀速率。

七、VRLA电池的失效模式

VRLA电池尽管有许多的优点，但和所有电池一样也存在可靠性和寿命问题。VRLA电池文献报道使用寿命为15年左右（25℃浮充使用）。但在国内外的VRLA电池实际在使用中，都出现提前失效的现象，造成VRLA电池的失效模式主要有板栅的腐蚀与增长、电解

12

液干涸、负极硫酸盐化、早期容量损失（PCL）、热失控等，下面逐一介绍：

1、板栅的腐蚀与增长

板栅腐蚀是VRLA电池失效的重要原因，无论是在开路状态，还是在浮充状态或是充放电状态，板栅都存在被腐蚀的现象。特别是在过充放电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，浓度增加，导致正极附近酸度增高，板栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充放电状态，那么很快这些电池的容量降低，最后失效。

正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚至于个别筋条断裂，最终导致整个电池的损坏。

针对正极板栅存在着腐蚀和变形的必然性，我们采取以下技术措施减缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的使用寿命。

（1） 增加正极板栅的厚度，保证VRLA电池板栅的工作年限。

（2） 采用更耐腐蚀的板栅合金材料，耐腐蚀性好，抗蠕变强度也明显增加。 （3） 在电池设计上采用玻璃棉隔板紧装配或胶体电介质使电极承受压力，提高板栅

的机械支撑力。

2、失水

VRLA电池失水是影响VRLA电池寿命的主要因数之一，特别是内电机车用VRLA 电池的工作环境。

VRLA电池失水途径有三：

（1） 氧复合导致无效失水。保持低电压充电可减少失水现象。但再充电过程太长，

充电效率低，或较高电流的加速充电，可造成明显的失水现象。

（2） 通过电池槽、盖渗漏。容器掺水和透氧取决于材料的性质和厚度，电池周围大

气的相对湿度也有影响。常用电池槽材料为ABS、PP、PVC,各有优缺点。PVC强度低，但氧气保持量最大，ABS硬度最大，氧气保持量由于PP；PP的水蒸气渗透率小于ABS。

（3） 板栅腐蚀造成失水

正极板栅的腐蚀而产生的水的转移是影响电池容量的主要因素之一，板栅合金腐蚀的微电池反应为：

Pb(合金) － 2e + H2SO4 → PbSO4 + 2H+ 2H+ + 2e → H2

所以，对正极板栅合金材料的耐腐性及极板厚度的设计，都应该慎重考虑。

13

3、负极硫酸盐化

VRLA电池失效的另一个主要原因之一就是负极硫酸盐化，并伴随容量的损失，铅蓄电池在正常工作中，负极板上PbSO4 颗粒小，充电时很容易恢复为绒状铅，但有的电池生成了难以还原的大颗粒硫酸铅，称为硫酸盐化。负极板硫酸盐化原因很多。主要由下几个原因造成；

（1） 铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。

在这种情况下，活性物质中没有受到电化学还原的硫酸铅晶体的量很大，这些硫酸铅晶体会重结晶而使颗粒变大，生成不可逆硫酸铅。

（2） 长期充电不足

表现为整组电池的浮充电压长期偏低产生落后电池。

（3） 在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。

在交流供电状况比较恶劣的偏远通讯机站，电池损坏的原因，就属于此类。

（4） 经常进行深度放电（电池电压放电至≤1.75V -1.80V），偏远地区经常停电，电

池深度放电，使没有来得及还原的硫酸铅在活性物质中积累到相当的数量。 在较高的温度下储存铅蓄电池，加速了硫酸铅重结晶及自放电的过程，促进了极板的硫酸盐化。

如果以不完全充电状态，反复进行充电时，电解液出现层化，则负极下部易产生硫酸盐化。

4、热失控

热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐渐损坏蓄电池。造成热失控的更本原因是：

（1） 当电流流过具有一定阻值的导体时，放出的热量遵循焦耳楞次定律： Q = 0.24×I2×R×t

处于正常充足电状态的电池，其内阻极小，如GFMZ500电池，其内阻约为0.2 mΩ，浮充电流约0.4A，放出的热量很少。处于异常状态的VRLA的电池，DmcMenamin通过测电池的电导，发现内阻很大，电池发热。

（２） GF型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙，所以在充电过程中正极产生的氧气不能达到负极，从而负极未去极化，较易产生氢气，随同氧气逸出电池，VLRA电池由于氧复合，反应为放热反应，充电过程中VLRA电池产生热量多于GF型铅酸蓄电池。

14

防止热失控的措施是，采取恒压限流的充电方式，防止电池的过充电，开关电源设置的均充电压值和浮充电压值不能高于厂家所规定的数值。另外在电池设计和制造中尽量减小电阻的内阻，如正负极间距要小，电池要紧装配等。 5、早期容量损失（Premature Capacity Loss）

VLRA电池的早期容量损失（PCL）是指电池初期进行容量循环时，每经过一次充放电循环，容量下降明显，严重时容量下降达５％以上。在实际使用时可以发现电池在使用较短时间（远远低于设计寿命），电池容量已下降至８０％额定容量一下，经解剖，电池内部板栅活性物质、隔板表面完好，这种现象就是早期容量损失。 最初分析认为，VLRA电池大多采用了铅钙合金，因此用无锑合金板栅做正极时，往往容易造成深充放电循环时容量过早衰减，这种现象最初被称为“无锑效应”后来在含锑合金板栅中的电池中同样观察到了PCL以后，就称为“早期容量损失”（PCL）.

最新的研究认为早期容量损失有三种模式，分为快速容量损失（PCL-1）,较慢的容量损失(PCL-2)和负极影响的一般容量损失(PCL-3)，如图11所示：

图11 早期容量损失的三种现象

PCL-1是指正极板栅／活性物质的界面影响，表现为电池在最初10-15次循环内，电池的容量急剧下降，它是由于正极板栅与活性物质界面非导电层的形成引起的，板栅／活性物质界面的这层不导电和低导电层产生了高的电阻，这层电阻层在充放电时发热，并使板栅附近的正极活性物质膨胀失去了活性，因而正极容量迅速下降，电池的充电接受能力很差。

15

解决PCL-1的措施：在Pb-Ca含量中添加其他元素如Sn、Ag、稀土元素Se等，可以改善界面的腐蚀层电阻。如Sn含量迅速达到1.2-1.5%(Wt)时，深放电池界面等导电性能大为改善。另一个方法是铸造成的板栅在经过一次辊压，提高其致密性和抗蠕变性能，使电池的充电接受能力大为改善。

PCL-2是正极活性物质的影响，这是由于正极活性物质PbO2在深充放电下，PbO2

颗粒膨胀，颗粒间的导电性变差，颗粒间的连接变坏。放电越深越快，活性物质的膨胀趋势越大，这种膨胀导致了PbO2软化，失去放电能力容量下降，这种现象在高倍率放电和过充电时更为严重。

抑制正极活性物质膨胀的主要方法是： １）采用回弹性好的优质AGM隔板；

２）采用高温高湿固化，形成4BS为主，经化成后的正极活性物质为α PbO2 ３） 将组装压力增加至40KPa以上，使隔板保持对正极活性物质的压力； PCL-３是负极的影响，这是由于VLRA电池如果长期使负极充电不足，导致负极底部1／3处硫酸盐化，这种现象一般在200-250次循环时发生，负极膨胀剂的杂质和膨胀剂的失效会使PCL-３更加严重。采用高纯度更稳定的膨胀剂，采用高的初始电流充电，低的过充和后期脉冲电流充电可以解决PCL-３。

八、VLRA电池的使用和维护

1、VLRA电池的选型

VLRA电池在使用前必须正确的选择型号，以保证电池有足够的放电容量，以 保证通信设备正常运行，以保证电池组在规定的浮充电压下工作，以及选择合理的 容量避免选择容量过大而造成浪费。 ●选型方法有两种

1)计算法：具体步骤如下：

a.根据电池组电压波动范围确定最低电压值VL； b.确定电池组全程回路压降ΔV;

c.终止电压VF = (VL+ΔV) /N N－电池只数 VF 一般为1.80V;

d.根据近期负荷电流I与市电不可用度T（小时）确定电池最低容量C，由I和 T两个数据查厂家提供的不同放电倍率下，不同终止电压与容量关系从容量关系曲线查出实际放电容量。

16

e.计算选型容量

C10=C / η k · η t

C10：25 ℃下厂家应保证的电池容量（１０小时率）； η k ：衰老系数，一般为0.81;

η t ： 温度补偿系数，1＋0.006(t – 25) t 取使用温度的最低值；

例：已知T =2 小时 I=130A VF = 1.80V t: 15-40℃

先查不同倍率放电曲线，得到放电电流 130A时，２小时放电容量为额定容量的0.70; 则C = I×T/0.70 =130×2/0.70 =370(Ah)

η t =1+0.006(15-25)=0.94 选型容量C10= C / η t·η k =370/0.940.81 =487(AH)

因此最合理的型号应为GFM-500 ２）、曲线查找法

VLRA电池的选型可以根据厂家提供的单体电池选型曲线选择电池容量，如图12

图12 GFM 型电池单体选型曲线

首先确定放电电流和终止电压。

17

例如：在电池组供电时要求130A的恒流输出，且单体电池终止电压为1.80V，再

确定电池组连续工作时间及工作时的环境温度。如：选取连续工作２小时，室内温度为25℃。

根据图12，放电电流为130A，放电时间２小时，选取合适的蓄电池型号，最小容

量规格为 GFM －500

单体电池终止电压1.80V/（单体）T=25℃ 2、VLRA电池的安装使用及注意事项

在安装和使用电池之前，首先应仔细阅读产品说明书，按要求进行使用和安装。安装时，应特别注意以下几个方面：

１）、安装方案应根据地点、条件，如：地面负荷、通风环境、阳光照射、腐蚀和有机溶剂、机房布局，以及维修方便。

２）、安装时新旧蓄电池一般不能混用，不同类型的电池或不同容量的电池决不可混合使用。

3）、电池均为100﹪荷电出厂，必须小心操作，忌短路，安装时应采用绝缘工具，戴绝缘手套，防止电击。

4）、电池在安装使用前，在0～35℃的环境下存放，储存期限为3个月，若超过3个月，就应按使用书给定标准对电池进行补充电。

5）、按规定的串并联线路，连接列间、层间、面板端子的电池连接，在安装末端连接件和整个电源系统导通前，应认真检查正负极性及测量系统电压。并注意：在符合设计截面积的前提下，引出线应尽可能短，以减少大电流放电时的压降；两组以上电池并联时，每组电池至负载的电缆线最好等长，以利于电池充放电时各组电池电流均衡。

6）、电池连接时，螺丝必须紧固，但也要防止拧紧力过大而使极柱嵌铜间损坏。 7）、安装结束时应再次检查系统电压和电池正负极方向 ，以确保电池安装的正确。 8）、可用肥皂水浸湿软布清洁电池壳、盖、面板和连接线，不能用有机溶剂清洗，以免腐蚀电池盖及其它部件。 3、VRLA电池的维护

1）、阀控式密封铅酸蓄电池的安放

阀控式密封铅酸蓄电池不必专设电池室，可与通信设备同装一室。可叠放组合或安装在机架上。

2）、经常检查的项目

18

a、 浮充电压，环境温度； b、 连接处有无松动、腐蚀现象； c、 电池壳体有无渗漏和变形；

d、 极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出； 3）、补充电

a、 电池系统安装完毕，对电池组进行补充充电； b、 电池搁置停用时间超过三个月；

蓄电池的放电

a、 每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出额定容量的30%-40%； b、 每三年做一次容量试验，到使用六年后应每年做一次； 4）、蓄电池容量的测量 方法1：离线式测量法

a、 将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置1—24h，在环境温度为25℃±5℃的条件下开

始放电：

b、 放电开始前应测蓄电池的端电压，放电期间应测记蓄电池的放电电流，时间及环境温度，

放电电流波动不得超过规定值的1%

c、 放电期间应测蓄电池端电压及室温，测量时间间隔为：10h率放电1h，3h率放电0.5h，

1h率放电10min，在放电末期要随时测量，以便准确地确定达到放电终止电压的时间； d、 放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量，蓄电池不按10小时率放电时或环境温度

不是25℃时，则应将实际测量的容量换算成25℃时的容量； e、 放电结束后，要对蓄电池组充电，充入电量应是放电电量的1.2倍。 方法2：在线式测量法

a、 在供电系统中，关掉整流器由蓄电池组放电供给通信设备，在蓄电池组放电找出蓄电池

组中电压最低，容量最差的一只电池来作为容量试验的对象； b、 打开整流器对蓄电池组进行充电，等蓄电池组充满后稳定1小时以上；

c、 对a中放电时找出的最差的那只电池进行10小时率放电试验，放电前后要测量该只电

池的端电压、温度、放电时间和室温。以后每隔1h测试一次，放电快到终止电压时，应随时测试，以便准确记录放电时间：

d、 放电时间乘以放电电流即为该电池的容量，当室温不是25℃时，应按式（1）换算成25℃

时的容量；

19

e、 放电试验结束后用充电机对该只电池进行充电，恢复其容量； f、 根据测量的数据绘制放电曲线； 方法3：核对性容量试验法

为了能随时掌握蓄电池组的大致容量，进行核对性放电试验是必要的，其方法是： a、 在直流供电系统中，关闭开关电源，让蓄电池对通信设备供电，蓄电池组放电前后要测

试每只电池的端压、温度、比重、室温和放电时间、放出额定容量的30%—40%为止； b、 放电结束后，要对蓄电池充电；

c、 根据测试的数据作出放电曲线，留作以再次测试时比较； 注意事项：

上述3种蓄电池的容量试验方法，是日常维护中常用的方法，但无论哪种方法，在容量测试期间通信安全都会受到一定的威胁。

因此在做容量试验时要防止市电中断，备用发电组应处于良好状态 5）、周期维护项目 月度保养

每月完成下列检查： 1、 保持电池房清洁卫生； 2、 测量和记录电池房内环境温度；

3、 逐个检查电池的清洁度、端子的损伤及发热痕迹、外壳及盖的损坏或过热痕迹： 4、 测量和记录电池系统的总电压、浮充电流； 季度保养

1、 重复各项月度检查；

2、 测量和记录各在线电池的浮充电压，若经过温度校正有两只以上电池电压低于2.18V，

请与厂家联系。 年度保养

1、 重复季度所有保养、检查； 2、 每年检查连接部分是否有松动；

3、 每年电池组以实际负荷进行一次核对性放电试验，放出额定容量的30%—40%； 三年保养

1、 每三年进行一次容量试验，到使用六年后每年做一次，若该组电池实放容量低于额定容

量的80%，则认为该电池组寿命终止；

20

九、使用维护的常见问题及解答

1、 阀控密封电池是如何实现密封的？

答：1）、负极板栅采用无锑铅钙合金，提高负极析氢过电位，比低梯合金高200mv，也就是抑制了氢气的析出，保持一定的内压。并且有很强的耐腐蚀性。

2）、负极容量高于正极容量，充电时防止负极析出氢气，并使O2在负极复合。 3）、采用特制单向安全阀，使电池内压保持一定的平衡，并且抑制外界气体（O2）进入电池内部腐蚀负极板栅，开阀压力为18—23KPa，闭阀压力不小于8KPa，并且有滤酸片保持电解液浓度一定。

4）、采用孔率为90%以上的超细玻璃纤维隔板，吸附一定量的电解液，达到贫液式设计，并且留有足够的气体通道，能使气体在内部复合。

2、电池表面为什么会爬酸或极柱漏夜？

答：1）、制造工艺方面：极柱的漏酸爬酸，这是柱和盖相结合的工艺问题，密封胶质量达不到标准所致。目前双登新型GFM电池采用专利极柱密封技术已解决了这个问题；另外严重漏酸的情况有上盖与壳体结合部分。电池采用热封技术已解决这个问题，在注入电解液时可能因某种原因注入过多的电解液，使之形成富液状态，也将导致泄露。

如果以上情况比较严重，其主要原因均属于生产工艺问题，应对电池进行更换。 2）、使用因数：如果电池在运行期间属用户使用不当，电池工作环境比较恶劣。如长时间过充电。频繁均充将导致安全阀频繁开启，内压升高从而出现冒气、爬酸等现象。

3）、判断该现象的方法，漏夜的位置首先擦净，然后涂摸少许的凡士林油，经过一段时间后依然存在漏液现象，属电池漏液：若没有则电池不再漏酸。

3、电池极柱旁为什么有少量的白色结晶体？

答：主要原因是电池表面存在残留电解液，而出厂时由于装封比较及时，内部存有一定的水蒸汽，从而在电池表面往往形成比较稀薄的硫酸膜，与极柱中的铅发生反应形成白色结晶体覆盖在极柱周围。或者水蒸汽凝结在金属铅的表面使之发生氧化。 4、 电池为什么出现鼓包变形？

21

答：电池出现鼓胀变形，主要原因是由体内压力急剧增加而产生的，主要原因有以下几点： （1）、安全阀开阀压力过高，或者是安全阀阻塞。当体内压力增加到一定程度时阀门不能正常打开，在这种情况下势必造成鼓包变形。

（2）、浮充电压设置过高，充电电流大，导致正极柱上O2析出加快，而来不及在负极复合速度，同时电池体内的温度上升也很快，在排气不及，压力达到一定时，使VRLA电池出现鼓包变形。

（3）、VRLA电池充电运行中特别是在串联电池组中，如果对电池组进行过充电，若有品质不良的电池常会出现内部复合不良等现象，从而出现鼓包现象。

（4）、因VRLA电池属于贫液式设计，对气体的化合留有通道，而如果有“富液”现象，就会阻挡产生的O2扩散到负极，降低O2的复合率，体内压力增大。

5、蓄电池组单体电池的浮充电压为什么会出现不均一现象？

答：VRLA电池存在浮充电压不均一现象，是一个国际上的难题，它是由于制造过程中极板之间的不均，各电池的电解液密度不均一，吸酸饱和变不均，一，隔板厚度不均一等因数累积的结果。电池经过一段时间浮充（约6个月）以后，浮充电压会趋于均匀。

6、为什么新旧电池、不同类型电池，最好不要混合使用？

答：由于新旧电池、不同类型电池的电池内阻大小不一，电池的充放电时差异明显，如串联使用会造成单只过充或欠充；如果并联使用，则造成充放电偏流，各组电池的电流不一致。

7、电池在运行维护过程中，需经常检查哪些项目？ 答：（1）、电池的总电压、充电电流及各电池的浮充电压： （2）、电池连接条有无松动、腐蚀现象； （3）、电池壳体有无渗漏和变形：

（4）、电池的极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出；

8、什么叫浮充电压？怎能样确定电池的浮充电压？

答：浮充使用时蓄电池的充电电压必须保持一恒定值，在该电压下，充放电压应足以补偿蓄电池由于自放电而损失的电量和氧循环的需要，保证在相对较短的时间内使放过电的电池充足电，这样就可以使蓄电池长期处于充足电状态，同时，该电压的选择应使蓄电池因过充电

22

而造成损坏达到最低程度，此电压称之为浮充电压。

9、电压浮充运行时，落后电池如何判断？

答：落后电池在放电时端电压低，因此落后电池应在放电状态下测量，如果端电压在连续二次放电循环中测量均是最低的，就可以判为该组中落后电池。

10、电池有时有略微鼓胀，会影响电池的使用吗？

答：由于电池内存在着内压，电池壳体出现微小壳体的鼓胀程度，一方面一定要注意安全阀的开阀压，使电池内内压不致太大，以及选择合适的壳体材料，壳体厚度；另一方面用户要对蓄电池进行正常的维护保养，以免过充和热失控。

11、电池放电后，一般要多少时间才能充足电？

答：放电后的蓄电池充足电时间所需时间，随放出容量及初始充电电流不同而变化，经10h率放电，放电深度100%的蓄电池，蓄电池通过“恒流限压”和“恒压限流”充15—24小时后，充入电量可达100%以上。

12、电池漏液分哪几类，主要有哪些现象？

答：阀控密封电池的关键是密封，如电池漏液则不能与通信机房同一室，必须进行更换。 （1）、现象： a. 极柱四周有白色晶体，明显发黑腐蚀，有硫酸液滴。b如电池卧放，地面有酸液腐蚀的白色粉末。c极柱铜芯发绿，螺旋套内液滴明显；或槽盖间有液滴明显。 （2）、引起原因：a.某些电池螺套松动，密封圈受压减少导致渗液。b密封胶老化导致密封处有纹裂。c电池严重过放过充，不同型号电池混用，电池气体复合率差。d灌酸时酸液溅出，造成假漏液。

（3）、处理措施：a.对可能是假漏夜电池进行擦拭，留待后期观察。b对漏液电池的螺套进行加固，继续观察。c改进电池密封结构。

13、为什么高型电池最好采用卧放，低型电池最好采用竖放？

答：a.高型电池竖放易导致电池内部电解液分层，放置时间久后，上层的硫酸密度变稀，下层硫酸密度变浓，从而形成浓度差微电池，，长期如此导致电池自放电严重，缩短电池使用寿命。

23

b.低型电池电解液分层的可能性小得多，而采用竖放有效地减少电池漏液的可能，因此矮型电池宜选择竖立放置。

14、怎样确定电池的安装方式？

答：对于采用AGM技术的阀控电池，高型设计的电池在安装时应选择水平卧放，以免在使用过程中产生电解液分层。安装时，主要考虑安装面积和地面承重，用户可根据电池安放区情况选择二层、三层、四层和六层安装方式，在地面承重允许的情况下，选择四层或六层方式安装可节省占地面积，这种方式较适合于电池放在一楼或地一室，对于有足够的面积而地面承重能力差的情况，宜采用二层方式安装。具体安装方式参照“电池安装手则”。超出“安装手则”以外的，公司技术人员为客户进行专项设计，也称之特殊设计。

15、为什么电池放电初期最初阶段电压下降较快？电池放电到什么时候才算过放电？ 答：电池的放电制度是指电池的放电速率、放电形式、终止电压及温度。 VRLA的放电主要分以下三个阶段；

1）、电池端电压由浮充迅速至开路电压，此时电压大至2.23V降到2.10V左右，因此此过程是由浮充电压转为开路电压，并非实际开路放电电压，所以下降特别快。

2）、电池端电压由开路压稳步下降，一般正常情况下电池在2.05V—1.80V期间放电属于平稳过度期，电压端压稳步下降。

3）、当电池达到终止电压，此时若继续放电，则放电速率加快，同时这期间也属于电池的过放电过程，如果发生了过放电，则必须及时对电池进行补充电，否则会导致电池内部硫酸盐化，恢复本来容量将带来很大困难。

16、VLRA电池的浮充使用寿命是怎样推判的？

答：VLRA电池的浮充使用寿命在正常情况下应达到10年以上，这么长的寿命如何科学的推判？目前国际上采用加速寿命试验的方法来推判，因为VLRA电池对温度特别敏感。有关数据认为，电池使用温度每提高10度（25℃为正常温度）浮充使用寿命缩短１倍，通信用VLRA电池的新标准规定了加速实验方法，方法如下：

以2.25V/单体，在55℃下进行浮充30天，然后以１小时率放电到1.70V/单体，即为一个循环，直至电池容量将至80%为终止，一个循环相当于25℃浮充寿命１年。要求电池寿命不低于８个循环。

24

17、蓄电池使用中，为什么有时“放不出电”？

答：电池在正常浮充状态下放电，放电时间未达要求，程控交换机上电池电压即已下降至其设定值，放电即处于终止状态。其原因为：

(1) 电池放电电流超出额定电流，造成放电时间不足，而实际容量达到；

(2) )浮充时实际浮充电压不足，会造成电池长期充电不足，电池容量不足，并可能导致

电池硫酸盐化。

(3) 电池间连接条松动，接触电阻大，造成放电时连接条上压降大，整组电池电压下降

较快（充电过程则相反，此电池电压上升也较快）。

(4) 放电时环境温度过低，随着温度的降低，电池放电容量亦随之下降。

18、电池在充电时时，为什么有时会有“扑扑”的声音？

答：一般情况下，充电时会产生部分氧，有足够的气体扩散通道，达到氧的迅速传递与化合，但在电池过充时，产生的气体较多，来不及复合，电池内部全体压力过高，当内部压力超出安全排气阀正常值时，安全阀自动开启，待压力恢复到正常值时自动控制关闭，在此过程中，由于气体流动会产生声响。

19、电池发烫，温度较高会影响电池使用吗？

答：一般情况下，处于充放电过程，由于电流较大，电池存在一定内阻，电池会产生一部分热量，温度有所升高。但是，但电池充电电流过大，电池间间隙过小会使充电电流和电池温度发生一种积累性的增强作用，并损坏蓄电池，造成热失控。特别是用户使用的充电设备为交流电源，充电设备虽经滤波，但仍有波纹电压。而一个完全充电的电池的交流阻抗很小，即使电压变化很小在电池线路内也会产生明显的交流电流，使电池的温度上升，而电池热失控导致温度进一步上升，电池壳强度下降以致软化，造成电池内压下膨胀，并造成电池损坏。

20、电池的容量能利用电导测量吗？目前国内外情况怎样？

答：美国科学家D.Feder博士的观点认为，电池的电导值越大其容量越高，电池电导和电池容量之间存在线性关系。国内对电池电导测量方法进行了研究，其电导测试数据表明，在某些情况下电导测试方法对评价VLRA电池的容量状况是有效的，但在另一些情况下，电池电导与电池容量之间的线性关系不复存在。

25

在下列情形下，VLRA电池电导与其它指标之间存在线性关系： (1)对于同一系列的电池，标称容量～平均电导； (2)对于某一个电池单体，电池容量～电池电导 (3)放电过程中，电池容量～电池电导 (4)电池温度～电池电导

VLRA电池内阻范围是10-3～10-5欧姆，许多因素会影响电池电导测量的精确度。

如电池连接条或极柱表面的氧化层，连接条与端子之间的接触电阻等等。由于VLRA 电池的贫液式设计，因此电池内部气体对电池电导的测量范围有很大影响。总之，要想建立某一型号电池的标准电导值是非常困难的。

21、浮充与电池寿命之间有什么关系？

答：目前VLRA电池的充电制度是全浮充制，即将电池组与整流器设备并接在负载 回路上，平时用电设备所需电流全部由整流器设备供给。蓄电池保持少量的充电电流，主要用于弥补自放电的容量损失，保持内部气体的复合，主要是氧的循环过程。市电停电后或整流器设备出现故障时，蓄电池才开始工作。

１） 高压充电：若充电电压过高时，在负板上形成的H2很难在电池内部被吸收，在电

池中积累而产生一定的压力，当压力达到开阀压力时，安全阀排出气体，造成失水，同时对板栅的腐蚀也会加快，所有这些因素都会造成电池容量的下降，影响到了电池的寿命。

２） 低压充放电：浮充主要是弥补自放电损失的容量，若长期较低的浮充电压不足以

弥补电池内氧的循环，此时极板活性物质会在重结晶中形成坚硬PbSO4，这种 PbSO4是非活性的，从而造成电池容量的下降。

26

在下列情形下，VLRA电池电导与其它指标之间存在线性关系： (1)对于同一系列的电池，标称容量～平均电导； (2)对于某一个电池单体，电池容量～电池电导 (3)放电过程中，电池容量～电池电导 (4)电池温度～电池电导

VLRA电池内阻范围是10-3～10-5欧姆，许多因素会影响电池电导测量的精确度。

如电池连接条或极柱表面的氧化层，连接条与端子之间的接触电阻等等。由于VLRA 电池的贫液式设计，因此电池内部气体对电池电导的测量范围有很大影响。总之，要想建立某一型号电池的标准电导值是非常困难的。

21、浮充与电池寿命之间有什么关系？

答：目前VLRA电池的充电制度是全浮充制，即将电池组与整流器设备并接在负载 回路上，平时用电设备所需电流全部由整流器设备供给。蓄电池保持少量的充电电流，主要用于弥补自放电的容量损失，保持内部气体的复合，主要是氧的循环过程。市电停电后或整流器设备出现故障时，蓄电池才开始工作。

１） 高压充电：若充电电压过高时，在负板上形成的H2很难在电池内部被吸收，在电

池中积累而产生一定的压力，当压力达到开阀压力时，安全阀排出气体，造成失水，同时对板栅的腐蚀也会加快，所有这些因素都会造成电池容量的下降，影响到了电池的寿命。

２） 低压充放电：浮充主要是弥补自放电损失的容量，若长期较低的浮充电压不足以

弥补电池内氧的循环，此时极板活性物质会在重结晶中形成坚硬PbSO4，这种 PbSO4是非活性的，从而造成电池容量的下降。

26

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iem3.html