礦燈用VRLA鉛酸蓄電池使用維護對壽命影響及對策

1、 礦燈用VRLA鉛酸蓄電池 使用維護對壽命影響及對策 (安全性已與 IEC62013-2005 可燃性氣體環(huán)境下礦用安全帽燈 接軌 <山東省淄博市淄川區(qū)華淄蓄電池廠趙凱趙樹隆趙生 <山東省淄博愛科化工有限公司趙亮1、序言VRLA 鉛酸蓄電池 (以下簡稱電池 , 用于礦燈是近幾年的 事 , 特別使用了 LED 光源以來 , 對使用維護還缺少經(jīng)驗 , 從 2003年以來 , 我們開始注意了這方面的問題 , 因為國際國內(nèi) 執(zhí)行標準 , 對礦燈的照度 、 電池壽命等項指標的要求在不斷 提高 , 所以對電池的使用維護從理論到實踐都提出了新的要 求 , 需要我們?nèi)パ芯拷鉀Q 。 這既是挑戰(zhàn)又是機

2、遇 。在表 1中列出了幾年來礦燈及 電池執(zhí)行標準各項指標提高情況 。 從表 1我們可以看出從 2003年 , 光源工作電流在 300mA 左 右 , 到 2008年光源工作電流降到 150mA 左右 , 但照度從 900Lx 400Lx 提高到點燈 16h 后 1500Lx, 兩者合并計算約提高了 4倍 有余 。 電池壽命由 350次充放循環(huán) , (點燈時間要求 11h 修改后 國標 GB7957.2. 點燈時間為 16h , 這 16h 就意味著點燈時間和壽 命試驗方法由 11h 提高到 16h , 又提高了 5h 。 點燈時間增加了 31%以上對壽命要求不管是鉛酸電池 、 堿性電池還是鋰離

3、子電 池統(tǒng)一為 500次充放電循環(huán) , 又提高了 30%執(zhí)行標準的提高 , 給礦燈及電池提出了新的挑戰(zhàn)與機遇 , 華淄牌電池經(jīng)過不懈 的追求努力 , 伴隨著時代的發(fā)展但是新的挑戰(zhàn)還在等待著我 們 。 華淄人希望并歡迎更多的用戶使用華淄牌礦燈及礦燈電 池 , 攜手共進 。 我們的服務(wù)電話 、 傳真 、 網(wǎng)址請看說明書 。2、使用維護影響電池壽命的主要因素序號 標準 光源LED工作電流的變遷 標準對壽命的要求 標準對照度的要求1國標 GB7957-2003 光源 LED 工作電流300mA-400mA 350次充放電循環(huán) 點燈開始 900Lx 點燈 11h 后 400Lx2修定后的國標 GB795

4、7.2 光源 LED 工作電流150mA -180mA 500次充放電循環(huán)(鉛酸電池 、 堿性電池 ,鋰離子電池統(tǒng)一為 500 次 詳見圖 1點燈 16h 后 1500Lx (與國際 IEC62013:2005接軌統(tǒng)為 16h 后 1500Lx3國際電工委員標準IEC62013.2005點燈 16h 后 1500Lx4華淄牌礦燈與電池執(zhí)行修定后國標 GB7957.2 與IEC62013.2005光源 LED 工作電流150mA -180mA電池開路電壓 4.0V放電終電壓 3.5V-3.7V 630-700次華淄牌 KS 系列產(chǎn)品(4V -3Ah. 4V-4Ah,4V -5Ah 2008年 3

5、月 16日 國家安全 生產(chǎn)上海礦用設(shè)備檢測中 心 被檢測 5套 , 開始點燈 2130Lx , 11h 后 2090Lx, 華 淄廠用恒流源 150mA16h 后 1700Lx-1800Lx5國標標準 IEC62013-2005 可燃氣體環(huán)境下礦用帽燈 可燃氣體環(huán)境下礦用帽燈 接軌 , 詳見 3與圖 2表1電池技術(shù)<2009年6月刊 43 過充電 , 過充電的危害 , 主要是造成電池析氣失水多 和正極柵的腐蝕 。 過放電 , 過放電的危害主要是正極膨脹 , 負極不同程度的硫酸鹽化 , 恢復充電受阻 。 欠充電 , 也稱充 電不足 , 影響點燈時間和再充電是受阻 。 充電室的溫度應(yīng)控 制在

6、冬季不低 10 , 夏季不高于 30 , 以上 4個方面的因素我 們通過通俗的概念和專業(yè)技術(shù)理論方法論證 , 分別進行研討 。2.1過充電的危害原因及對策首先要弄明白過充電概念 。 通俗的說法就是充電時間過 長 , 超出了生產(chǎn)廠家使用維護說明規(guī)定的時間 , 10h 左右 。 或 充電設(shè)備失修造成充電電壓高 , 電流大 、 時間長等 。 從電池 專業(yè)技術(shù)方面進行研討 , 定量的說法每次放出的容量 (點燈時 間 再充電時 , 充入的容量應(yīng)控制在 103%106%否則就會造成 過充電 。 根據(jù)電化學當量 , 每過充電 1Ah 的電量 , 就會析出 684mL 的氣體=失水 0.336g 。 過充電量

7、越多 , 析氣失水也就越 多 , 受控于析氣失水的電池的壽命也就越短 , 反之則壽命也 就越長兩者是因果關(guān)系 。 同時過充電還會造成不同程的正極 板柵的腐蝕 , 影響著電池的壽命 。 怎樣才能做到不過充電 ? 其一 , 首先要按華淄牌電池的使用維護說明書和國標 AQ 礦 燈安全管理使用規(guī)范 的各項參數(shù) 。 進行使用維護 。 其中對 充電架的輸出電壓要求應(yīng)在 5.5±0.3V , 不允許高出 5.8V 和低 于 5.2V 。 其二 、 在礦燈頭殼內(nèi)設(shè)有一塊 “ 充放電管理板 ” (實 際上是一塊小型集成電路 它的主要作用是控制充放電各階段 的電壓電流 , 使電池在使用過程中 , 不會產(chǎn)

8、生過充電 , 過放 電及欠充電的現(xiàn)象 。 如例華淄牌 4V 3Ah 電池在 “ 充放電管 理板 ” 設(shè)定的充電流不小于 0.7A , 此階段為恒流充電階段 , 充電電壓控制在 4.0V(開始 -4.8V(轉(zhuǎn)為恒電壓 否則析氣失水 , 此階段基本不析氣失水 , 充電深度在 70%-80%, 當電池的 端電壓升到 4.95V 時 ,“ 充放電管理板 ” 就自動轉(zhuǎn)為恒壓階 段 , 電池端電壓最高升到 4.95V , 電流由 0.7A 逐步降到 0.03A 左右 , 到此時 “ 充放電管理板 ” 又自動轉(zhuǎn)為浮動充電階段 , 電 池端壓控制在 4.7V 以下 (單格電池 2.35V 電流逐步降 0.01

9、A 左 右 , 總的充電時間在 10h 左右 , 設(shè)定的放電 (點燈 的終止電壓在 3.50V 到 3.70V 。 這個電壓不會過放電 。上述各階段控制的充電電壓 、 電流 , 如超出此值 , 就造 成過充電 , 低于此值就會造成欠充電和過放電 , 所以 , 對 “ 充 放管理板 ” 的參數(shù)板的參數(shù)設(shè)定 , 是通過反復的實踐 , 試驗得 出的結(jié)果 , 并非計算值 , 因電池的生產(chǎn)廠家不同參的結(jié)果也不 同 , 和 “ 充放電管理板 ” 本身的質(zhì)量是十分重要的 。2.2過放電的危害原因及對策同樣首先要明確過放電的概念 :通俗的說過放電就是點 燈時間過長 , 應(yīng)控制在 16h(國內(nèi)外執(zhí)行標準規(guī)定 以

10、內(nèi) , 或者 光源 LED 工作電流大于 180mA 。 和線路電壓降 (R1大 , 無功耗 電等 , 從專業(yè)方面研討 , 過放電就是放電超過了電池的額定 容量和放電低于電池放電設(shè)定的終止電壓 3.50V -3.70V , 過 放電的程度越大對電池壽命的影響也就大 , 因為過放電與再 充電是因果關(guān)系 , 經(jīng)常或長期過放電 , 再充電時就會出現(xiàn)欠 充電 , 成為惡性循環(huán) 。 影響到電池壽命 , 如果過放電到了電 池電壓降到負值時 , 有可能一次就損壞了電池 , 為什么過放 電會嚴重的影響到電壽命 , 我們還應(yīng)從源頭上去找原因 , 請 看鉛酸蓄電池的充放電基本原理 , 電化學方程式圖1電池技術(shù)&l

11、t;2009年6月刊 44 負極 電解液 正極 負極 電解液 正極Pb + 2H2SO 4 + PbO2 PbSO4 + 2 H2O + PbSO4方程式 從方程式可以看出放電前負極是純 Pb , 正極是 PbO 2, 電解液放電前密度 1.31g/cm3, (放電后約 1.10g/cm3左右 放電 后 , 正負極部份變成了 PbSO 4, 含量約在 35%左右 , 那么負極 上還有 65%左右的純 Pb , 正極 65%左右的 PbO 2, 它們都是良 導電體 , 而 PbSO 4是非導電體 。 顯而易見過放的程度越大 , 正 負極 PbSO 4含量越多 , 電解液密度越稀 , 導電性越差

12、, 所以用 正常的充電壓充電就很難使正負極活物質(zhì)完全恢復到純 Pb 和 PbO 2, 所以電池很難達到正常充電狀態(tài) 。 也就是欠充電 , 兩 者互為因果關(guān)系 , 惡性循環(huán)影響壽命 。 這是其一 ,正負極活物質(zhì)密度 (g/cm3 和摩爾體積的變化情況列于表 2:序號 正負極居物化學成份 密度g/cm 3摩爾體積(cm 3 1Pb 11.31118.242PbO 29.6324.86 3PbSO 46.32347.964Pb 3O 48.92576.7654PbO 、 PbSO 2、 H 2O(4堿式硫酸鉛8.15146.76表2其二 、 從表 2可以看出正極的 PbO 2過放電后 , 變成了 P

13、bSO 4, 體積由放電前的 24.86cm 3/摩爾 , 增加到了 47.796cm 3/摩 爾 , 增大了近 1倍 , 體積的增大破壞了 PbO 2之間聯(lián)接 , 產(chǎn)生了間 隙 , 增加了 PbO 2之間的接觸電阻影響電池放電的容量和壽命 。 防止電池過放電的對策主要有兩點 , 其一選用思想素質(zhì) 和專業(yè)素優(yōu)良的工作人員 , 加強使用過程的管理 , 可按華淄 牌礦燈使用說明和國家安全生產(chǎn)行業(yè)標準 AQ 。 礦燈安全使 用管理規(guī)定 進行管理 。 其二 , 在本文 2.1條的中研討的在礦 燈頭殼中的 “ 充放電管理板 ” 可控制放電的電池的電壓 , 不 低 3.50V 至 3.70V 可有效解決

14、。2.3欠充電也稱充電不足,充電不足就會影響到下一次的放電 容量(點燈時間,有可能會造成過放電,過放電又會引發(fā)充電 不足,兩者互為因果關(guān)系,惡性循環(huán),影響電池壽命,對策 適用于2.1條的對策的兩點。2.4充電室的環(huán)境溫度冬季大于10,夏季不高于30,過低 的溫度電池內(nèi)阻增加易引發(fā)充電不足(欠充電,過高的溫度會 引發(fā)電池析氣失水,也會影響到電池的壽命。3.華淄牌KS系列礦燈用VELA鉛酸蓄電池 已與國際IEC62013.2005可燃氣體環(huán)境 下礦用帽燈的安全性接軌此標準第 7章蓄電池 7.3條 、 7.4條安全性的要點 密封電池 允許更高的壓力 , 在每一個電池應(yīng)安裝減壓裝置 , 或使壓力 限制

15、到電池可以承受的壓力值的裝置 。 除非制造商能夠證明蓄電 池槽自由體積內(nèi)的含氫量濃度不會超過 2%, 否則所有電池排氣 裝置應(yīng)不會使流出的氣體排放到含有電氣或電子原件或接口的設(shè) 備外殼內(nèi) 。 7.4條如果蓄電池槽內(nèi)有開關(guān)接點的 , 應(yīng)被安裝在氫 氣不能聚集的隔離腔內(nèi) 。根據(jù)以上對安全性的要求 , 我們 可燃氣體環(huán)境下礦用帽 燈 對電池進行了設(shè)計改進 , 如圖 2所示意 :從圖 2我們可以看出電池充電時排出的氣體進入單向安 全閥體內(nèi) , 當氣壓達到 0.6kg/cm2(60kpa/cm2 時氣體排出 , 通 過排氣孔排到電池之外 。 當壓力不低于 0.3kg/cm2(30kpa/cm2 時單向閥

16、關(guān)閉 。 電池槽能承受的壓力大于 1kg/cm2(103.1kpa/ cm 2 , 通過圖 2結(jié)構(gòu)設(shè)計改進達到了 , 保證了電池的壓力與單 向安全閥的壓力的協(xié)調(diào) , 將氫氣體排出電池之外不與任何電 氣 , 電子原件或設(shè)備接口相接觸 , 也不因電氣電子原件或接 口處萬一產(chǎn)生的火花而引爆可燃性氣體 。4、通過上述4個方面的研討,從通俗的概 念,到專業(yè)理論論證及原理的因果關(guān)系可 以得出如下結(jié)論:4.1對礦燈及礦燈用電池的正確的使用維護,應(yīng)選用思想技術(shù) 素優(yōu)秀人員進行管理(內(nèi)容要求應(yīng)遵循華淄電池的KS3LM(A 型礦燈使用維護說明書和國標AQ礦燈安全使用管理規(guī)范 通過管理者對使用者進行正確的使用維護方面的宣傳教育, 并及時進維護管理是延長礦燈電池使用壽命,保證安全生 產(chǎn)、產(chǎn)生經(jīng)濟效益,減少管理者和使用者之間的煩事,可收 到立桿見影的效果。4.2設(shè)置在燈頭殼中的“充放電管理板”實際上是