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閥控蓄電池的結構和原理及特點
閥控密封式鉛酸蓄電池(以下簡稱為閥控蓄電池)，具有體積小、使用安全性高、放電性能好、維護量小等特點，使其在很多應用領域迅速取代了傳統的防酸隔爆式蓄電池。閥控蓄電池的設計壽命一般大于5年，最長可以達到20年以上，但是由于其結構特點，閥控蓄電池的效率和壽命比傳統的防酸隔爆蓄電池更容易受環境的變化、使用條件等因素的影響。MICHAEL R．MOORE通過對超過7萬5千只閥控蓄電池近10年的研究表明，閥控蓄電池的實際使用壽命為4～8年，遠低于其10～20年的設計使用壽命。因此有必要從閥控蓄電池的原理出發，論述各種影響蓄電池容量和壽命的因素，以便可以對蓄電池進行更好地維護，延長其使用壽命，降低因蓄電池失效所帶來的安全風險。
耐腐蝕新型配方合金 高倍率放電極優 自放電率極低
超細玻璃纖維隔膜吸液 無有害氣體溢出 低溫性能優越
高強度A B S樹脂外殼 與設備同處安裝 不會污染環境
全密封不漏液無需加水 安全閥自動開閉 免建蓄電池室
1)閥控蓄電池的結構和原理
閥控蓄電池由極板、隔板、防爆帽、外殼等部分組成，采用全密封、貧液式結構和陰極吸附式原理，在電池內部通過實現氧氣與氫氣的再化合，達到全密封的效果。閥控蓄電池按固定硫酸電解液的方式不同而分為兩類，即采用超細玻璃纖維隔板(AGM)來吸附電解液的吸液式電池和采用硅凝膠電解質(GEL)的膠體電池。這兩類閥控蓄電池都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。所謂陰極吸收是讓電池的負極比正極有多余的容量。當蓄電池充電時，正極會析出氧氣，負極會析出氫氣，正極析氧是在正極充電量達到70％時就開始了，負極析氫則要在充電到90%時方開始，析出的氧到達負極，跟負極起下述反應：2Pb+O2=2PbO；2PbO+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。通過這兩個反應，達到陰極吸收的目的。再加上氧在負極上的還原作用及負極本身氫過電位的提高，從而避免了大量析氫反應。AGM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液，隔膜保持有10％的孔隙不被電解液占有，正極生成的氧就是通過這部分孔隙到達負極而被負極吸收的。Gel膠體密封鉛蓄電池內的硅凝膠的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進一步收縮，使凝膠出現裂縫貫穿于正負極板之間，給正極析出的氧提供了到達負極的通道。兩種閥控蓄電池遵循相同的氧循環機理，所不同的僅是為氧達到負極建立通道的方式不同。
2)閥控蓄電池的特點
與防酸隔爆式蓄電池相比，閥控蓄電池有以下特點：
(1)固定的電解液，增進氧氣從正極向負極的擴散。
(2)內部密封結構和自動開關的安全閥。蓄電池在內部壓力下工作，以促進氧氣的再化合。蓄電池內部壓力增加到一定程度時，安全閥自動打開排氣；而當氣壓將低到規定限度以下時，安全閥自動關閉。
(3)改進的板柵材料。閥控蓄電池的正極板用高純度的鉛銻合金制成，負極板用高純度的鉛鈣合金支撐，這樣的結構可減少電腐蝕的程度
(4)較堅硬的外殼。由于閥控蓄電池的外殼要承受一定的內部壓力，故外殼采用高強度耐壓防爆的材料制成，使得外殼更加堅固耐用。
(5)不需加水、補酸。閥控蓄電池的閥控密封結構和內部的氧循環機制使得其電解液損失小，在使用期間無需加水、補酸。
(6)安裝占用空間小，可分層安裝在電池架上或電池屏內。
(7)對環境污染小。運行期間酸霧和可燃氣體逸出少。
(8)對使用環境要求較高，受環境溫度影響大。
3）充電
浮充使用
1. 12V系列電池浮充電壓每單格13.50-13.80V±0.02（25℃），均充電壓每單格14.10-14.40V，此浮充電壓值隨環境溫度升高按3mv/℃減低。
2. 2V系列電池浮充電壓每單格2.23-2.27V±0.02（25℃），均充電壓每單格2.35-2.40V，此浮充電壓值隨環境溫度升高按3mv/℃減低。
循環使用
1. 12V系列電池充電電壓最大可曾至每單格14.4-14.70V,推薦初始充電電流0.1～0.2額定容量電流（A）。當電流降至0.006CA以下,且穩定3小時不變時，即可投入正常使用。
2. 2V系列電池充電電壓最大可曾至每單格2.35V，推薦初始充電電流0.1～0.2額定容量電流（A）。當電流降至0.006CA以下，且穩定3小時不變時，即可投入正常使用。
4）安裝、使用注意事項
1. 蓄電池應放置在通風、干燥、 遠離熱源和不易產生火花的地方，安全距離為0.5米以上。 在25℃溫度環境可獲得較長的壽命，長期運行溫度若升高10℃，壽命約降低一半。在25℃－0℃區間內溫度若每下降1℃，其放電容量約下降1％。
2. 安裝時應注意電池的極性，蓄電池的正極接充電設備或負載的正極，蓄電池的負極接充電設備或負載的負極，嚴禁接反。
3. 由于電池組的電壓比較高，在安裝、使用和檢修過程中應戴緣手套，防止電擊。
4. 不同型號、不同種類以及新舊程度不同的電池不能串、并在一起使用。電池組在連接前請先用細鋼絲刷清理接線端子上的氧化膜，使之出現金屬光澤，電池組各聯接處必須牢固連接，螺栓與螺母的扭矩約為11牛頓.米。.
5. 搬運時蓄電池應處與正常位置，不應受劇烈振動及沖擊 。安裝時注意不要碰撞接線端子, 勿使端子短路, 嚴禁吊掛接線端子搬運，以免影響密封性能。
6. 蓄電池出廠前已充電完畢，從出廠到安裝使用之間容量有不同程度的損失，使用前應進行一次回復充電。
7. 要使蓄電池有較長的使用壽命，請使用性能良好的自動穩壓限流充電設備。當負載在正常范圍變化時,充電設備應該達到±1％的穩壓精度,充電設備應能滿足本說明書中所規定的充電要求。浮充使用的非工作期間請不要停止浮充。
8. 嚴禁過放電，使用過程中每單格電壓一般不得降至2.0V以下。必須采用先進的恒壓充電、穩壓限流充電設備。
5）維護與注意事項：
蓄電池使用一段時間后,應進行放電試驗以判斷蓄電池的在線容量。每年以實際負荷作一次核對性放電試驗，放出額定容量的30％－60％。每三年做一次容量測試，使用六年后須每年一次。
1、電池投入運行后，每周測量浮充電壓，并做如下記錄：
（1）每個單體電池的浮充電壓 （2）電池組總電壓 （3）環境溫度
2、良好的記錄能及時消除電池充電， 維護或環境等方面對電池造成的不良影響，為排除電池故障提供依據。
3、定期 （每年1～2次）檢查連接條是否松動，如果有松動現象，應加以緊固。
4、不能在密封容器中使用蓄電池。
5、使用后的報廢電池不要隨意丟棄，請與生產廠家聯系作再生回收處理。
6） 閥控蓄電池發展
MF、SLA、VRLA都是國內外對閥控蓄電池陸續使用過的稱謂。MF(Maintenance—Free)是免維護蓄電池的簡稱；SLA(Sealed Lead—AcidBattery)是密封鉛酸蓄電池的簡稱；VRLA(ValveRegulated Lead—Acid Battery)直譯應為閥控式鉛酸蓄電池，在一些文獻中也采用了其直譯名稱，國標GBT 19638．2—2005固定型閥控密封式鉛酸蓄電池中譯為閥控密封式鉛酸蓄電池。這是閥控蓄電池的當今的名稱。從MF、SLA到VRLA，不僅是名稱的改變，也說明了閥控蓄電池的發展歷程。
早期的“免維護蓄電池”MF，是指蓄電池所用期不需加水、補酸。蓄電池免維護技術的應用可追溯到20世紀30年代。1935年美國為軍用的目的，首次將Pb—Ca合金柵應用于需要低自放電率(浮充)場合。70年代中期，美國的Gates公司推出了現代MF電池。80年代，由于先進的冶金、化工新技術引入電池行業中使MF電池更加完善，出現了SLA一密封鉛酸蓄電池的稱謂。SLA除了采用電池內部氣體復合技術外，還對電池結構進行了改進，采用單向氣閥，使電池達到密封。隨著排氣閥(安全閥)的日益完善，特別是有比較準確的開、閉閥壓力，閥成了氣體復合與防泄漏、密封的主要部件。因而稱為VRLA(ValVe Regulated Lead—Acid Battery)閥控密封式鉛酸蓄電池
7 運行維護標準
閥控蓄電池的運行維護標準主要有IEEE標準、行業標準和企業標準。IEEE(電氣和電子工程師協會)1996年發布了IEEE標準1188一1996 IEEE推薦的對固定使用的閥控蓄電池的維護、試驗和更換標準，2005年對該標準進行了修訂后重新發布。修訂改動內容不多，主要對其中蓄電池核定性充放電周期、內阻(電導)測試等部分做了調整。我國2000年發布了電力行業標準，DL／T724—2000電力系統用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術規程。國家電網公司2004年底發布了企業內部的《直流電源系統管理規范》，其中包含了對閥控蓄電池的運行維護的規定。
8 影響壽命的主要因素
有些用戶認為閥控蓄電池是免維護電池，廠家也有類似的誤導宣傳。閥控蓄電池特有的氧復合機理和閥控密封的結構，雖然在一定程度上減少了它的維護工作量，但使得其比防酸隔爆蓄電池在可靠性和魯棒性上有所下降，更容易受環境的變化、使用條件等因素的影響。過充、過放、滲液、環境溫度過高、浮充電壓過高等因素對閥控蓄電池的健康影響更大。
1)環境溫度
環境溫度過高對閥控蓄電池使用壽命的影響很大。溫度升高時，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。閥控蓄電在使用中對溫度有一定要求。典型的閥控蓄電池高于25℃時，每升高6～9℃，電池壽命縮短一半。因此，其浮充電壓應根據溫度進行補償，一般為2～4 mV／℃，而現有很多充電機沒有此功能。為達到閥控蓄電池的最佳使用壽命，應盡可能創造恒溫下的使用環境，同時保持蓄電池良好的通風和散熱條件。具體來說，安放蓄電池的房間應有空調設備。蓄電池擺放要留有適當的間距，改善電池與環境媒介的熱交換。電池間保持不小于15mm的間隙，電池與上層隔板間有不小于150mm的間距的“通風道”來降低溫升。
2)過度充電
提升浮充電壓，或環境溫度升高，使充入電流陡升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，如圖1所示，在0．05C時復合率為90％，當電流在0．1C時，氣體再化合效率近似為零。由于過充電將使產生的氣體不可能完全被再化合，從而引起電池內部壓力增加，當到達一定壓力時，安全閥打開，氫氣和氧氣逸出，同時帶出酸霧，消耗了有限的電解液，導致電池容量下降或早期失效。其次，在長期過充電狀態下，H+增加，從而導致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄，加速電池的腐蝕，使電池容量降低，從而影響蓄電池的壽命。為避免產生多余的氣體，閥控蓄電池對充電機穩壓、限流精度提出了較高的要求。
3)過度放電或小電流放電
蓄電池過度放電主要發生在交流電源停電后，蓄電池長時間為負載供電。當蓄電池被過度放電時，會在電池的陰極造成“硫酸鹽化”。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對蓄電池的充、放電性能產生很大的負面影響。在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內阻越大，電池的充、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短。小電流放電條件下形成的硫酸鉛，要氧化還原是十分困難的，若硫酸鉛晶體長期得不到清理，必然會影響蓄電池的容量和使用壽命。由第4節可知，過度放電或小電流放電對閥控蓄電池的影響比對常規蓄電池的影響更大。因此在直流系統交流電源失去后，要嚴密監視蓄電池的電壓和電流，防止閥控蓄電池過度放電。為避免小電流放電，閥控蓄電池不應長期退出系統運行。
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