阀控式铅酸电池在UPS上广泛运用,作为储能部件,是UPS系统的关键组成部分。但电池在实际使用中,有各种漏液现象,会造成致命损伤或异常。本文针对壳体破裂导致的漏液进行原因分析,并结合实践与市场上具有的产品,提出多种有效的预防措施与解决方案,确保电池运用的可靠性与安全性。

作为UPS的关键部件——阀控式铅酸电池,在停电或电网异常时,能随时提供储备能量供负载设备使用,其重要性不言而喻。由于平常电池处于充电或备用状态,出现异常不一定能及时发现,在需要的时候才发现,损失已经造成,无法挽回。

电池在使用中,经常出现的失效模式有:容量不足(或放电时间短)、浮充电压低、漏液、外观不良、充不进去电、电池鼓胀等。其中漏液原因,可能有以下几个:安全阀异常、端子爬酸腐蚀、外壳破裂、电池倒置使用。其中,只有外壳破裂属于比较难发现,且异常时导致的损失可能最大。

本文针对外壳破裂导致的漏液现象进行专业分析,从现象、原因、过程控制、现场处理办法等入手,并通过物理、技术等多方面提出预防、纠正措施等,确保将问题解决在萌芽状态,减少安全事故、经济损失的发生。

1 、阀控式铅酸电池原理与电解液作用说明

(1)阀控式铅酸电池组成(见图1)

(2)阀控式铅酸电池充放电原理

蓄电池采用阴极吸收的电化学原理,其化学反应如下:

放电时,正极板中的二氧化铅和负极板中的海绵状铅与电解液中硫酸反应,生成硫酸铅和水,随着反应进行,硫酸的浓度逐渐降低,端电压逐渐下降;反之,在充电时,硫酸铅又分别转化成二氧化铅和海绵铅,硫酸的浓度也逐渐升高,端电压也随之升高。

(3)阀控式铅酸电池中酸液的作用

电解液在蓄电池的化学反应中,起到离子间导电的作用,并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸(H2SO4)与蒸馏水按一定比例配制而成,其密度一般为1.23～1.32g/cm3(20℃)。

电池开路电压=电池酸密度+0.85(单格2V模块),如果漏液,电池酸密度达不到1.2,则电池内部无法进行正常的化学反应,电池出现异常,不能正常使用。

(4)阀控式铅电池壳体破裂原因分析

电池外壳通常使用ABS树脂,但如果厂家材料选择不合理,如选用的电池外壳是容易破裂的塑料,甚至为了成本,在成型过程中加入二次料,使外壳的强度与韧性不足,随着内部压力变化,产生裂纹。

运输与安装过程中,操作人员粗鲁、大意,随意抛、撞,极易造成电池外壳破裂。

2 、电池漏液的危害

(1)基本功能丧失

从阀控式铅酸电池原理可以得出,随着酸液的流失,电池内部无法维护正常的化学反应,即无法转化与储存相应的能量,不具备电池的基本功能。当电网异常时,无法释放足够的能量,容易造成输出负载掉电现象,使UPS无法起到保障重要负载电源不间断的作用。

(2)腐蚀风险

电池内部液体含有硫酸,是一种强腐蚀化学品,对人体皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用、蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊,以致失明、引起呼吸道刺激,重者发生呼吸困难和肺水肿等等,甚至造成更多的慢性影响、环境危害、燃爆危险。

(3)着火风险

电池漏酸的话,会导致电池内部酸液少,充放电时内阻大,产生极大的热量,热量会使浮充电流增大,电流增大会使温度升高,最后导致热失控,俗称鼓肚,长期下去,内部积累的热量将可能引起燃烧,造成更大的危险。

(4)触电风险

电池通常放置在电池架上,且电池重量重,只能金属架才能承受相应的重量。而酸液中含有硫酸铅、金属铅,会导电,且电池在实际使用中,通常是与强电连接的。此时,若不小心触碰电池架/柜的外表,则会有触电风险,带来人身安全问题。

3 、漏液检测与预防措施

(1)选择正规、大品牌的电池

目前市面上充斥着大量山寨、翻新的电池,这种电池最大的优势是便宜,但风险极大;而且外壳材料可能采用二次料,比较脆、硬,容易破裂,导致漏液;甚至偷工减料,减少投入,外壳厚度不足,耐受不住使用过程中产生的正常压力或碰撞。

所以,从根本上要保障采购的电池产品是正规来源、大品牌的电池。目前国内市场上,进口一线品牌有汤浅、松下、阳光、荷贝克、非凡等产品;国内品牌有KELONG、雄韬、双登、南都、光宇等,均有质量保障。

(2)选择有资质的工程安装人员

安装环节是极重要的过程,安装时,必须将电池包装去除,电池外壳将直接与电池架/柜接触,加上电池的重量,容易造成磕碰。若要做到轻拿轻放,需要的是极大体力、敬业精神与责任心,否则结果必然很不理想;且安装造成的电池外壳破裂在验收时根本看不出来,为后期埋下风险隐患。

建议选择有资质、管理严格、技术过硬及售后有保障的专业施工人员,确保整个施工过程有管控、有保障。

(3)物理隔离办法

消除一切可能的风险,防范于未然才能保证产品、设备的可靠运行,减少风险发现。将电池与电池架/柜隔离是一个有效的办法。采用不导电的塑料托盘(见图2),介于电池与架之间,当有漏液现象时,酸液会保留在托盘内,避免与电池架构成带电整体,可以有效避免触电。

(4)电池实时监测法

原理:漏液时,随着酸液的流失,电池对于电流传输能力下降,内部阻抗增加,最终表现出来的就是电池内阻增加、电压变化。通过判断电池内阻及电压的变化情况,即可判断电池存在异常。方法:选择一套合适的电池监测仪系统,实时检测每节电池的电压、温度、内阻,设定好报警值,当有异常时,提供声光报警,维护人员能够第一时间发现、处理,避免风险发生。

该设备能24h持续检测,及时了解电池参数,并能根据电池的历史数据,分析电池的变化趋势,及时掌握电池的寿命与状态,防范于未然。

(5)绝缘阻抗监测法

原理:针对电池回路与交流电回路隔离情况下,漏液时,电池酸液必将与电池架/柜接触,由于电解液的导电作用,此时,电池正负极与电池架之间的阻抗将变小,小到一定值,将产生触电风险。方法:选择一个合适的直流绝缘阻抗监测仪,实时检测电池正/极与电池架/柜的阻抗,设定好报警值,当有异常时,提供声光报警,维护人员能够第一时间发现、处理,避免风险发生。目前国内厂家已经有相应的成熟技术,检测准确、无误报,且成本较低。

(6)定期巡检法

三个月或半年进行一次检修、除尘、观察、阻抗测试等,根据列出的检查清单,进行相应的检查、记录,确保检查工作有效落实到位。该工作可以由用户自己安排,也可以委托电源厂家或第三方公司专业的售后服务人员进行。

总结:方法多样,关键是提前预防与定期检查,以上办法可以叠加使用(备注:3与5不能同时使用),将使风险发生概率减少多个数量级甚至完全消除。

4 、结束语

近10年发生的电池漏液导致的安全事故,已经有多起,如起火、触电等问题,造成机房通信中断、设备损坏、财产损失等灾难。通过渠道选择、人员防范、物理防护、技术手段等方法,或是采用综合解决方案,将事故消防在萌芽状态,重点体现在预防措施,能有效避免事故发生。