閥控式密封鉛酸（VRLA） 一電蓄電池的故障模式

電解液干涸是造成VRLA 一電蓄電池?zé)o法使用的主要原因之一。許多故障模式都有導(dǎo)致電解液干涸的傾向。

高溫環(huán)境– 電池生產(chǎn)商一般采用在特定環(huán)境溫度下的工作年限的形式，來表達(dá)保修壽命或設(shè)計(jì)壽命。在可控環(huán)境下，可進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于一個(gè)保持恒定充電狀態(tài)（浮充壽命）的固定型VRLA 一電蓄電池來說，在最適宜的25°C (77°F)溫度基礎(chǔ)之上，每升高8°C (14.4°F)，壽命減少50%。對(duì)于VRLA 一電蓄電池的批評(píng)，一定程度上是因?yàn)樗鼈儚V泛用于狹窄、不可控的環(huán)境，如室外機(jī)柜等，這些環(huán)境中，溫度劇烈變化司空見慣。圖4 提供了在數(shù)據(jù)中心等溫度穩(wěn)定環(huán)境中持續(xù)工作時(shí)的預(yù)期合理服務(wù)壽命。

當(dāng)然，單憑經(jīng)驗(yàn)，可能會(huì)忽略很多。圖4 只是考慮了一個(gè)因素（溫度），但實(shí)際上VRLA 一電蓄電池受多個(gè)因素影響。例如，即使室溫完全合乎條件，電池堆放過密或置于不通風(fēng)的機(jī)柜，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部溫度過高，從而使容量過早受損。

圖 4

工作溫度與電池壽命

循環(huán)壽命– 較少使用的電池，其壽命明顯長(zhǎng)于每天都充放電的電池。生產(chǎn)商的產(chǎn)品簡(jiǎn)介中很少公布電池的循環(huán)壽命。每次，您通過電池供電，就是在放電。您放電的功率瓦數(shù)和時(shí)間長(zhǎng)度決定了“ 放電深度”(DOD)。電池放電速率、兩次放電之間充電的時(shí)間，以及充電速率也都很重要。在電池的設(shè)計(jì)中，通常假設(shè)每年有2-3 次深放電（放電深度為100%）。一般來說，一個(gè)VRLA一電蓄電池能提供上百次的淺放電（放電深度<25%）。而在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中，將有多種類型的充放電情況。

充電模式– 越來越多的證據(jù)表明，浮充電壓對(duì)VRLA 一電蓄電池的壽命影響很大。富液電池常見的、定期對(duì)電池高壓“恒流充電”的做法，公認(rèn)為對(duì)VRLA 一電蓄電池非常不利。數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房UPS 系統(tǒng)中使用的電池一般為恒定電壓充電，稱為浮充電壓。電池不能超過電池生產(chǎn)商規(guī)定的浮充電壓值。過度充電會(huì)導(dǎo)致電解液干涸，縮短電池壽命，并引發(fā)故障，有時(shí)甚至出現(xiàn)災(zāi)難。大多數(shù)數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房UPS 在10 倍于放電周期的時(shí)間內(nèi)，將電池充電到額定電量的90%（例如，一次7 分鐘放電后，將充電10 x 7 = 70 分鐘）。如果充電過快，會(huì)給電池造成壓力，縮短其壽命。

為適用于數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，系統(tǒng)必須包括一個(gè)能精確調(diào)整電壓的控制機(jī)制。它也應(yīng)該能根據(jù)溫度來調(diào)整電壓。

幾年前，大家普遍認(rèn)為，由于交/直流整流器不佳而導(dǎo)致的紋波電流是縮短電池壽命的主因。但如今，人們意識(shí)到，在大多數(shù)UPS 系統(tǒng)中，紋波電流并不會(huì)造成嚴(yán)重問題，但過多的交流紋波電流確實(shí)會(huì)對(duì)電池內(nèi)部熱量生成和服務(wù)壽命造成巨大影響。UPS 充電器應(yīng)盡量減少紋波電流（如每100 AH 低于5A 等）。

電池反極– 大型電池串聯(lián)組，主要是VRLA 一電蓄電池會(huì)出現(xiàn)電池反極現(xiàn)象。只有當(dāng)電池放電，且具備以下兩個(gè)前提條件時(shí)，才會(huì)形成電池反極：

1. 在一個(gè)電池串聯(lián)組中，一個(gè)電池的電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它電池。

2. 電量較低的那塊電池被其它正常電池造成電極反極。

盡管出現(xiàn)電池反極，但電池組仍能保持足夠的總電壓，以便電池組繼續(xù)向負(fù)載供電。

這種情況是否會(huì)出現(xiàn)，取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一般來說，電池總線電壓低于100 V 的UPS 系統(tǒng)，或是采用并聯(lián)電池組的系統(tǒng)，不會(huì)出現(xiàn)此現(xiàn)象。因?yàn)殡姵匦阅芟陆祷蛏�產(chǎn)時(shí)的問題，會(huì)出乎意料地形成上面第一個(gè)條件。而以上兩個(gè)條件都出現(xiàn)后，反極的電池會(huì)給全部電池電量帶來5%的功率消耗，導(dǎo)致電池嚴(yán)重過熱，甚至在某些極端狀況下爆炸。

幸運(yùn)的是，我們可以通過以下措施，幾乎完全避免系統(tǒng)中出現(xiàn)電池反極的風(fēng)險(xiǎn)：

使用并聯(lián)電池組

使用較低的UPS 直流總線電壓

監(jiān)控電池組中的電壓

并聯(lián)電池組有助于防止上面第二個(gè)條件的發(fā)生，因?yàn)楫?dāng)問題電池上的電壓企圖反極時(shí)，電流會(huì)流入鄰接電池組。插裝式電池模塊采用并聯(lián)電池組，不會(huì)出現(xiàn)這種故障模式，因?yàn)樵噲D反極的電池上的負(fù)載電流會(huì)流入鄰接電池組。

內(nèi)部故障– VRLA 故障包括負(fù)極端子侵蝕、負(fù)極匯流排破損、極板過度增長(zhǎng)、負(fù)極容量損失，以及正極和負(fù)極匯流排相觸等。這些故障會(huì)在電池使用后的1 至5 年內(nèi)出現(xiàn)。

板柵侵蝕/極板間距變短– 正極板柵侵蝕/增長(zhǎng)是導(dǎo)致VRLA 一電蓄電池和插裝式電池模塊（特別是設(shè)計(jì)壽命較短的電池）故障的主要原因之一。這種情況下，總是先發(fā)生電解液干涸，再出現(xiàn)板柵侵蝕問題。正極板柵侵蝕也是富液電池系統(tǒng)的一種常見故障模式。它造成機(jī)械強(qiáng)度減弱，最終使得板柵上鉛脫落。內(nèi)部阻抗增加，而電量減少。嚴(yán)重時(shí)，板柵侵蝕會(huì)破壞一電蓄電池箱、蓋和端子。極板間距變短也是一種常見故障模式。這種故障減少了電池電量，但電池組仍能為UPS 供電。

互聯(lián)故障– 大多數(shù)電池間連接故障會(huì)導(dǎo)致突然斷路，不會(huì)造成危險(xiǎn)。但一小部分互聯(lián)故障會(huì)造成穩(wěn)定高阻抗。在VRLA 一電蓄電池系統(tǒng)中，放電期間，連接端子上電流很高。高阻抗互聯(lián)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重過熱甚或火災(zāi)。帶有電流和溫度監(jiān)控的電池系統(tǒng)能夠檢測(cè)或在其嚴(yán)重前防御此類故障模式。插裝式電池模塊在工廠出廠前就已完成連接，故障率低。插裝式電池模塊一般在低電流下運(yùn)行，因此不像富液電池那樣，對(duì)低阻抗連接有較高的要求。

熱失控– 當(dāng)一個(gè)VRLA 一電蓄電池長(zhǎng)時(shí)間處于極高“浮充”電壓狀態(tài)或在完全重組模式下過度充電，幾乎所有過度充電的能量都變成熱能。出色設(shè)計(jì)的應(yīng)用能夠熱失控，達(dá)到熱平衡，因此不會(huì)出現(xiàn)問題。但是，如果熱量產(chǎn)生速度超過散熱速度，電池溫度將會(huì)升高。溫度升高，則會(huì)使電池電流增加（浮充電流）。而電流增加，則又進(jìn)一步提高溫度，為保持浮充電壓不變，就需要更高電流。更高電流又散發(fā)更多熱量，直至電解液在126°C (259°F)蒸發(fā)為止。在排氣口打開，釋放出氫氣、氧氣，偶爾還釋放出極少量的硫化氫和霧狀電解液之前，電池中始終存在壓力。電池內(nèi)部壓力和外殼材料在較高溫度下的軟化，已證實(shí)會(huì)造成一電蓄電池箱凸起甚至破裂。如果一直不能察覺，那么這個(gè)惡性循環(huán)將繼續(xù)，直到電池電解液干涸并失效。

以下情況會(huì)導(dǎo)致熱失控：

高溫環(huán)境

通風(fēng)不良/電池/設(shè)備間未留有足夠空間

缺乏能降低電壓的電壓補(bǔ)償

不當(dāng)?shù)母〕潆妷赫{(diào)整（充電器電壓過高）

電池組中單個(gè)電池故障

充電器故障導(dǎo)致高輸出電壓、電流或紋波電流

過度冗余的整流器（造成充電電流過高）

在熱失控中，高電壓和高熱能互為因果。如果其中一個(gè)消失，則熱失控問題就會(huì)得到緩解。出色設(shè)計(jì)的整流器或不間斷電源系統(tǒng)采用了溫度補(bǔ)償充電。實(shí)際上，防火規(guī)范現(xiàn)在要求為安裝在數(shù)據(jù)中心或網(wǎng)絡(luò)機(jī)房中的電池配備經(jīng)過認(rèn)可的溫度補(bǔ)償設(shè)備。溫度補(bǔ)償充電能夠監(jiān)控電池溫度，根據(jù)電池溫度的增加情況，按比例降低充電電壓。對(duì)于熱失控的校正措施包括：

降低房間或機(jī)柜中的環(huán)境溫度

將電壓降低到將引發(fā)熱失控的閾值以下（對(duì)于工作于恒定電壓的電池）

將電流降低到將引發(fā)熱失控的閾值以下（對(duì)于工作于恒定電流的電池）

斷開電池與充電器或整流器的連接

關(guān)閉整流器或充電器

閥控式密封鉛酸（VRLA） 一電蓄電池的安全