鉛酸蓄電池是一個(gè)能量儲存與轉(zhuǎn)換的裝置,放電時(shí),電池將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能;充電時(shí)則將電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。其充放電過程都是由化學(xué)反應(yīng)來完成的,鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)式如下:

從上面反應(yīng)式可看出當(dāng)蓄電池充電完成后,若再繼續(xù)充電則會導(dǎo)致電解液中的水份電解,而電解水的結(jié)果將使得電池正極部分出現(xiàn)氧氣,負(fù)極的部分出現(xiàn)氫氣,假如這些氣體不能重新復(fù)合,電池就會失水干涸。因此是要定期補(bǔ)水維護(hù)的。而閥控式密封鉛酸蓄電池?zé)o需加水維護(hù),最重要的關(guān)鍵在于電池能在電池內(nèi)部氧復(fù)合,同時(shí)抑制氫氣的析出。

根據(jù)能量計(jì)算公式:Q=I2RT(Q代表能量,I代表電流,R電表電阻,T代表時(shí)間)可知,蓄電在放電的過程中會放出一定的熱量,放電電流和電阻值越大,放出的熱量也就越大。電池間連接松動會導(dǎo)致接觸電阻增大,并且會隨著時(shí)間的推移而加大。當(dāng)使用蓄電池進(jìn)行輸出時(shí),電流經(jīng)過該部位會引起發(fā)熱,流過的電流越大,持續(xù)時(shí)間越長,發(fā)熱量就會越多,溫度就會不斷升高。當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí),就會引起電池端子發(fā)熱導(dǎo)致外殼材料炭化,ABS冒煙起火。連接松動引起的火災(zāi)場景見圖2。

圖3是某高校機(jī)房單組中4節(jié)蓄電池的某次放電時(shí)的溫度時(shí)間曲線。蓄電池的電池配置電壓為528V,每組44節(jié),單節(jié)電池規(guī)格為12V100Ah,投運(yùn)時(shí)間為1年。從圖中可以看出,從放電開始第39節(jié)蓄電池的溫度就急速上升,當(dāng)放電1h的時(shí)候溫度已經(jīng)接近80℃。放電后經(jīng)檢查,第39節(jié)電池存在連接松動的問題。由此可見連接松動確實(shí)導(dǎo)致電池異常升溫,存在火災(zāi)隱患。

蓄電池?zé)崾Э?/p>

蓄電池的熱失控指的是電池過充或環(huán)境溫度過高導(dǎo)致充電電流過大,出現(xiàn)的熱量將使電池進(jìn)一步升溫。電池的溫度升高會導(dǎo)致電池的內(nèi)阻下降,內(nèi)阻的下降又加強(qiáng)了充電電流。溫度升高和電流的增大互相促進(jìn),使電池內(nèi)部溫度可以高達(dá)120℃以上,軟化ABS外殼(ABS軟化點(diǎn)90℃左右),從而發(fā)生電池的膨脹,漏液,起火。

要注意的是正常浮充的電池在壽命中后期也可能會發(fā)生熱失控,原因是充電末期電池會發(fā)生電解水反應(yīng),而氧復(fù)合的效率并不能達(dá)到100%,不斷的電解液損耗會導(dǎo)致隔板的飽和度下降,這會新增密封蓄電池的氧復(fù)合的電流,不但增大電池的浮充電流,加速了電池的發(fā)熱和進(jìn)一步的失水,并最終引發(fā)熱失控。所以說浮充本質(zhì)上也是一種過充電。

假如電池出現(xiàn)過充電,電池內(nèi)部電解水的速率將會加快,這些氣體來不及被吸收,會不斷積累,當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過開閥壓后排出氫氧混合易燃易爆氣體,假如站點(diǎn)密封較好,在外部有火花時(shí)即容易引燃引爆。

蓄電池漏液

鉛酸蓄電池漏液指的是電池在使用過程中,電圖2連接松動引起的火災(zāi)池表面有電解液滲出。蓄電池漏酸的原因一般可分為三類:

①生產(chǎn)過程中的結(jié)構(gòu)性密封損傷,如極柱和外殼焊接或粘接面存在未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷。在使用中出現(xiàn)漏液現(xiàn)象;

②運(yùn)輸或者安裝過程中的不當(dāng)操作,引起的蓄電池外殼顯性或者隱形的損壞,并而未及時(shí)排除;

③充電設(shè)置不合理,使電池組長期過充電導(dǎo)致極板生長,外殼破壞,導(dǎo)致的漏液。根源還是過充電。

圖4為蓄電池漏液的場景。

一般來說,UPS的接地系統(tǒng)應(yīng)符合IEC60346標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)低壓接地系統(tǒng)的規(guī)定。這就意味著關(guān)于大部分UPS來說,電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當(dāng)電池組中有電池出現(xiàn)漏液,并且漏出的電解液流到電池架時(shí),電池組間就會形成短路從而引發(fā)事故。

故障的檢測與預(yù)防

關(guān)于以上故障,比如電池的明顯漏液和電池連接的松動可以通過外觀的查看和定期巡檢發(fā)現(xiàn)。但這些手段終究不能再故障發(fā)生的時(shí)候就立即發(fā)現(xiàn),所以很多時(shí)候發(fā)現(xiàn)問題之時(shí)可能也是事故發(fā)生之日。

那么有沒有辦法從根源上進(jìn)行預(yù)測,或者有效延緩呢?關(guān)于連接條總動,可以通過電池的連接電阻和溫度變化來檢測。關(guān)于熱失控,從上面的原因分析我們可以得出一個(gè)結(jié)論:引發(fā)這些故障的最重要的一個(gè)原因就是過充電。假如能延緩或者杜絕過充電的發(fā)生,那么也就意味著可以做到有效的延緩和提前預(yù)防事故的發(fā)生。而關(guān)于電池漏液,可以通過監(jiān)測電池輸出對地的絕緣性能和電池漏電檢測來判斷。