浅谈阀控式铅酸蓄电池工艺制造技术

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【摘 要】 阀控式铅酸蓄电池作为直流和逆变等设备的后备独立电源，在变电站中广泛被应用，但是由于其密封的特性，使得很多技术维护人员对其内部结构和原理不了解。为了使技术人员能了解电池内部构造及其制造工艺对其性能的影响，本文通过对各种蓄电池生产厂家的技术考察，结合阀控式铅酸蓄电池在变电站中失效引起的跳闸事件，综述了阀控式铅酸蓄电池内部构造及运行可靠性和失效模式。

【关键词】 阀控式铅酸蓄电池 汇流排 失效模式 电池容量

目前，阀控式铅酸蓄电池厂家标称其使用寿命在12-15年，但在运行和维护过程中发现，电池使用寿命一般在8-9年即出现容量显著下降的现象，主要表现为蓄电池在设计寿命的早期，负极汇流排接触不良甚至出现断口，负极板栅出现严重的盐酸硫化，极群焊接出现脱落等现象，由此可见先进的制造工艺对提高阀控式铅酸蓄电池运行寿命和保证其容量有很重要的作用。

1 阀控式铅酸蓄电池构造（以300AH的电池为例）

阀控式铅酸蓄电池主要有由11块正极板、12块负极板、隔板、稀硫酸、正极汇流排、负极汇流排、正极极柱、负极极柱、排气阀装置、外壳单元组成，其系统简图如图1所示，各部件功能如表1所示：

2 阀控式铅酸蓄电池的制造工艺过程和控制

2.1 铅粒切割

采用纯铅度大于99.99%，金属铅及合金的杂质含量要求小于0.0001%以下。纯铅度越高，才能保证最小的水分和自放电。

2.2 板栅制造

重要控制合金温度及模具温度。铸板质量和铸板速度是板栅制造中的两个环节，控制合金温度和模具温度是板栅制造的关键。

2.3 铅粉生产

主要保证在一定温度下铅粉的热量平衡和物料平衡。还有保证铅粉的质量。铅粉的氧化度、视密度、吸酸值的控制范围一般在±5%、0.1g/cm3、±10mg/g。

2.4 板栅涂膏

铅膏的制造是一个关键过程，它影响电池容量、寿命、质量稳定等关键指标。防止涂膏过热，温度太高，易生成硬结硫酸铅。铅膏的视密度应控制在0.1g/cm3。这样才能均匀、细腻、便于涂板的优质铅膏。

2.5 极板干燥

涂膏后，应进行极板表面干燥，使涂好后的极板表面不致粘连，并形成一层薄薄的固态物，而且能保证极板内还有相当的水分，水分含量在9%左右，若太低，会影响固化进行。

2.6 极板固化

主要是铅膏与氧在湿润的环境中发生反应从而降低游离金属铅的含量，有助于铅膏和板栅之间生成结合层（腐蚀层）。游离铅含量小于3%，才能使固化成后的电池具有一致性。

2.7 电池装配

严格控制装配压力在9.8～58.8kpa（10～60kg/dm2）范围内，隔板被压缩到原厚度的10%～30%之间，隔板应紧紧依附在极板上，在正负极板间对隔板产生压缩接触。可以防止气泡沿极板表面上串到电池顶部；保证活性物质湿润；减少正极活性物质脱落。太松会使极板与隔板接触不良，过紧又会使他们之间的空隙减少，影响气体扩散。

2.8 汇流排焊接

分别将正极板耳、负极板耳焊接成汇流排，将正极（负极）的板耳通过汇流排进行焊接连接在一起，通过熔铅、定量供铅、浇铅熔铸、冷却成型等将其可靠的连接成一个整体。

2.9 槽盖、极柱密封

采用热封工艺，为了保证极柱与盖得密封，在极柱的柱外表注塑一层薄的塑料保护层，然后通过“O”型胶圈及封口剂将盖密封，

2.10 电解质浇注

采用真空注液，酸液通过排气口灌入电池内部，在真空状态下均匀的分布在各个隔板；灌液时需要将电池冷却，若造成过热现象会导致极板弯曲和隔板氧化变质。

2.11 蓄电池均衡充电

电池的均衡充电又叫调整充电，目的是建立电池内的电解液平衡和气体通道的平衡，电压均衡性，使每只电池开路电压值相差甚微。该过程一般是电池注液后静置2-3h开始充电

2.12 排气阀安装

排气阀采用功能先进的单向阀，在灌酸后将其密封。

3 阀控式铅酸蓄电池的失效模式

3.1 正极板的腐蚀变形

合金铸成的正极板栅，由于热失控，铅合金产生应力，使板栅长大变形，但变形超过4%时将使板栅整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落

3.2 负极汇流排腐蚀

在建立氧循环时，电池上部空间基本上充满氧气，汇流排又多少为隔膜中电解液沿极耳上爬，汇流排的合金会被氧化，进一步形成硫酸铅，如果汇流排焊条合金选择不当，汇流排有渣夹杂及缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板极耳断开。

3.3 失水干涸

从阀控式铅酸蓄电池中排出氢气，氧气，水蒸气，酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。干涸造成电池失效这一因素是阀控式铅酸蓄电池所特有的。失水的原因有以下几方面：

（1）气体再化合的效率低；（2）从电池壳体中渗出水；（3）板栅腐蚀消耗水；（4）自放电损失水；（5） 安全阀失效或频繁开启

3.4 负极不可逆硫酸盐化

在正常条件下，铅蓄电池在放电时形成硫酸铅结晶，在充电时能较容易地还原为铅，如果电池的使用和维护不当，例如经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。

4 阀控式铅酸蓄电池失效的典型案例分析

2013年4月， 220KV某变电站110KV I母和II母由于雷击发生故障，充电机由于交流输入电压过低停止工作，此时由于站内两组独立后备电池由于故障无法发挥后备电源的作用，相关保护和控制装置失去工作电源，造成事故的扩大，导致整个220KV变电站全站失压。笔者作为此次事故的调查人之一，现场在对电池进行解体时发现两组故障电池的负极汇流排已经断裂，由此可推断该电池已经开路，无法对外供电。造成负极汇流排断裂的主要原因是电池极柱焊接质量不够稳定，精度不够、焊件表面欠光滑造成焊接处有气孔、存在开焊、密封不良等问题，在长时间的运行过程中，随着电解液的不断腐蚀和大电流的冲击导致极柱断裂，造成电池失效。

5 结语

铅作为重金属，除了成本外，它还存在着一定的毒性，对环境和人体都有不同程度的危害，所以延长阀控式铅酸蓄电池的寿命，不仅仅可以降低运行成本，还是适应环保的要求。铅酸蓄电池由于其密封特性，导致许多维护人员对其内部结构不了解和对制造工艺和容量的关系模糊不清，不能真正的掌握其内在联系，本文通过介绍电池内部构成和分析电池制造工艺和容量的关系，同时对近期电网发生地电池失效的典型案例进行分析，希望能进一步加深工程技术人员对电池的了解，从而更好对电池进维护，提高其运行性能和保证使用寿命。

参考文献：

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[2]欧阳华伟.阀控式密封铅酸蓄电池的维护探讨[J].通信电源技术，2008.

[3]陈凯，陈丽婷.阀控式密封铅酸蓄电池漏液原因初探.电源技术，2006.

[4]陈红雨，熊正林，李中奇.先进铅酸蓄电池制造工艺，2010.