在數(shù)據(jù)中心和通信行業(yè)，會(huì)用到很多蓄電池，這些蓄電池可作為交流不間斷電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)備用電源，又可作為油機(jī)等起動(dòng)動(dòng)力電源，還可作為高壓配電系統(tǒng)中的直流操作及控制電源。當(dāng)外部交流供電突然中斷時(shí)，蓄電池作為系統(tǒng)供電的后備保護(hù)，將擔(dān)負(fù)起對(duì)負(fù)載繼續(xù)供電的任務(wù)，從而保證了數(shù)據(jù)中心設(shè)備的正常工作。
一、鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)
蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、電解液、隔板、電池槽和安全閥等組成，結(jié)構(gòu)如下圖1所示。
圖1 蓄電池結(jié)構(gòu)
二、鉛酸蓄電池工作原理
“雙極硫酸鹽化理論”最能說(shuō)明鉛酸蓄電池工作原理，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正負(fù)極的活性物質(zhì)均變成硫酸鉛（PbSO4），充電后又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，即正極轉(zhuǎn)變成二氧化鉛（PbO2），負(fù)極轉(zhuǎn)變成海綿狀鉛（Pb）。如下圖2所示。
圖2 蓄電池工作原理
2.1蓄電池放電
電流從正極經(jīng)外電路流向負(fù)極，再由負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路流向正極，電池向外電路輸送電流的過(guò)程，叫做電池的放電，圖3。
圖3 蓄電池放電
在放電過(guò)程中，兩極活性物質(zhì)逐漸被消耗，正極二氧化鉛（PbO2）和負(fù)極鉛（Pb）放電過(guò)程中兩極都生成了硫酸鉛，隨著放電的不斷進(jìn)行，硫酸逐漸被消耗，同時(shí)生成水，使電解液的濃度逐漸降低，圖4（PbSO4）。
圖4 蓄電池放電過(guò)程
2.2蓄電池充電
放電以后，外來(lái)直流電源以適當(dāng)?shù)姆聪螂娏髯⑷?，這種反向電流使活性物質(zhì)還原的過(guò)程叫做充電。鉛酸蓄電池的充電反應(yīng)是放電反應(yīng)的逆反應(yīng)，正負(fù)極板上的硫酸鉛分別變成二氧化鉛和海綿狀鉛，電解液中的水分子不斷消耗，硫酸分子不斷生成，電解液密度不斷升高，圖5所示。
圖5 蓄電池充電
三、蓄電池裝配
把正極板、隔板、負(fù)極緊密壓合在一起后，裝入電池殼體，連接極柱，安裝蓋板和安全閥后，注入稀硫酸，這樣就形成了一個(gè)電池，如圖6所示。
圖6 電池裝配
四、電池壽命和失效原因
在電池的使用中，當(dāng)電池的實(shí)際放電容量低于額定容量80%時(shí)，認(rèn)為電池失效或者壽命終止。典型的失效模式為：電池失水、硫酸鹽化、板柵腐蝕、正極板腐蝕泥化脫落等情況會(huì)導(dǎo)致電池容量下降或者提前失效。
4.1失水干涸
電池充電后期存在副反應(yīng)，電解水反應(yīng)導(dǎo)致氣體析出；板柵腐蝕消耗水分；自放電消耗水分；當(dāng)水分損失一定程度后，內(nèi)阻增大，電池容量下降，圖7所示。
圖7 電解液濃縮導(dǎo)致容量下降
導(dǎo)致電池失水原因：充電電壓過(guò)高；充電電流大；電池內(nèi)部溫度高；運(yùn)行環(huán)境溫度高；電池密封不良（安全閥、端子、槽蓋）；殼體裂紋等；
4.2漏液
電池組出現(xiàn)漏液，比如安全閥、極柱、槽蓋等部位出現(xiàn)液體溢出或堆積白色結(jié)晶體，如圖8所示。漏液經(jīng)外殼流向電池架、下層電池，造成電池架腐蝕、甚至有可能造成下層電池短路，發(fā)生起火、爆炸情況。
圖8 電池漏液
產(chǎn)生的主要原因有：熱封、膠封工藝不良；安裝、搬運(yùn)過(guò)程磕碰，導(dǎo)致電池密封性能破壞。中國(guó)電信在建設(shè)規(guī)范和維護(hù)規(guī)程中明確要求：新裝電池必須鋪設(shè)電池緩沖絕緣墊，電池室內(nèi)宜安裝早期煙霧報(bào)警。
4.3硫化（負(fù)極板鹽化）
當(dāng)蓄電池經(jīng)常處于充電不足或者過(guò)放電后， 負(fù)極板的表面附著一層白色堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶體，充電后依舊無(wú)法轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，導(dǎo)致電池容量下降，這種現(xiàn)象稱為“不可逆硫酸鹽化”，簡(jiǎn)稱“硫化”，如圖9所示。
圖9 極板硫化
硫化的原因：蓄電池長(zhǎng)期充電不足或放電后沒有及時(shí)充電，部分PbSO4溶解后析出并在極板結(jié)晶形成硫化；電解液液面過(guò)低，使極板上部與空氣接觸而被氧化后硫化；長(zhǎng)期過(guò)量放電或小電流深度放電，使極板深處活性物質(zhì)的孔隙內(nèi)生成PbSO4。
4.4極板腐蝕
電池極板發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致電池失效。
極板柵腐蝕的因素：參數(shù)設(shè)置不合理，充電電壓過(guò)高，電池過(guò)充電，板柵腐蝕速率越快。電池使用環(huán)境溫度過(guò)高，腐蝕速度加快。電解液密度越高，板柵腐蝕速率越快。 板柵合金材質(zhì)不純，或鑄造工藝不合理，板柵內(nèi)部存在氣孔。板柵厚度設(shè)計(jì)太薄，設(shè)計(jì)板柵厚度應(yīng)高于3.0 mm。
4.5熱失控
電池工作環(huán)境溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高，沒有配置溫度補(bǔ)償功能，蓄電池內(nèi)部溫度升高，電池內(nèi)阻下降，充電電流又升高，電池內(nèi)阻進(jìn)一步降低 ，形成惡性循環(huán)，圖10為某蓄電池機(jī)房空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間故障導(dǎo)致電池?zé)崾Э仄鸹鸢咐?/p>
圖10 空調(diào)故障導(dǎo)致電池?zé)崾Э?/p>
引起電池?zé)崾Э氐脑颍涵h(huán)境溫度過(guò)高；電池參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致電池過(guò)充電。安全閥失效，電池內(nèi)部壓力過(guò)大。電池安裝時(shí)，中間需要預(yù)冷散熱通道，最小不得少于10mm。
4.6正極板泥化脫落
泥化原因：電池充放電過(guò)程中，正極活性物質(zhì)在PbO2和PbSO4之間轉(zhuǎn)化。正極反應(yīng)物的體積變化，PbSO4體積是PbO2體積的2.68倍。正極活性物質(zhì)是非常堅(jiān)硬的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，正極活性物質(zhì)的體積在不斷反復(fù)收縮和膨脹，就使二氧化鉛粒子之間的相互結(jié)合逐漸減弱，造成正極活性物質(zhì)泥化。
影響因素：頻繁放電，加速正極活性物質(zhì)的體積膨脹和收縮，從而導(dǎo)致電池極板的快速軟化。參數(shù)設(shè)置不合理，電池過(guò)充電或過(guò)度放電，正極活性物質(zhì)體積變化過(guò)大，加快活性物質(zhì)軟化速率，提前失效。
五、閥控蓄電池注意事項(xiàng)和使用壽命
蓄電池在使用和維護(hù)時(shí)應(yīng)注意“三防一及時(shí)”：防高溫、防過(guò)放電、防過(guò)充電、及時(shí)充電。中國(guó)電信規(guī)定：在正常使用及維護(hù)條件下，設(shè)備有效使用年限按下表1要求：
表1 閥控電池使用壽命
同時(shí)要求：對(duì)于已超過(guò)有效使用年限的蓄電池應(yīng)退出A、B類機(jī)房。對(duì)于已超過(guò)有效使用年限的設(shè)備，經(jīng)過(guò)檢測(cè)評(píng)估，性能仍然良好者并滿足運(yùn)行質(zhì)量要求，具有使用價(jià)值的，經(jīng)過(guò)主管部門的批準(zhǔn)，可繼續(xù)使用，但應(yīng)增加維護(hù)檢查頻次以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備劣化變化。性能指標(biāo)達(dá)不到要求的設(shè)備，應(yīng)報(bào)廢和退網(wǎng)。
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