矿灯用VRLA铅酸蓄电池使用维护对寿命影响及对策

1、 矿灯用VRLA铅酸蓄电池 使用维护对寿命影响及对策 (安全性已与 IEC62013-2005 可燃性气体环境下矿用安全帽灯 接轨 山东省淄博市淄川区华淄蓄电池厂赵凯赵树隆赵生 山东省淄博爱科化工有限公司赵亮1、序言VRLA 铅酸蓄电池 (以下简称电池 , 用于矿灯是近几年的 事 , 特别使用了 LED 光源以来 , 对使用维护还缺少经验 , 从 2003年以来 , 我们开始注意了这方面的问题 , 因为国际国内 执行标准 , 对矿灯的照度 、 电池寿命等项指标的要求在不断 提高 , 所以对电池的使用维护从理论到实践都提出了新的要 求 , 需要我们去研究解决 。 这既是挑战又是机遇 。在表 1中

2、列出了几年来矿灯及 电池执行标准各项指标提高情况 。 从表 1我们可以看出从 2003年 , 光源工作电流在 300mA 左 右 , 到 2008年光源工作电流降到 150mA 左右 , 但照度从 900Lx 400Lx 提高到点灯 16h 后 1500Lx, 两者合并计算约提高了 4倍 有余 。 电池寿命由 350次充放循环 , (点灯时间要求 11h 修改后 国标 GB7957.2. 点灯时间为 16h , 这 16h 就意味着点灯时间和寿 命试验方法由 11h 提高到 16h , 又提高了 5h 。 点灯时间增加了 31%以上对寿命要求不管是铅酸电池 、 碱性电池还是锂离子电 池统一为

3、500次充放电循环 , 又提高了 30%执行标准的提高 , 给矿灯及电池提出了新的挑战与机遇 , 华淄牌电池经过不懈 的追求努力 , 伴随着时代的发展但是新的挑战还在等待着我 们 。 华淄人希望并欢迎更多的用户使用华淄牌矿灯及矿灯电 池 , 携手共进 。 我们的服务电话 、 传真 、 网址请看说明书 。2、使用维护影响电池寿命的主要因素序号 标准 光源LED工作电流的变迁 标准对寿命的要求 标准对照度的要求1国标 GB7957-2003 光源 LED 工作电流300mA-400mA 350次充放电循环 点灯开始 900Lx 点灯 11h 后 400Lx2修定后的国标 GB7957.2 光源 L

4、ED 工作电流150mA -180mA 500次充放电循环(铅酸电池 、 碱性电池 ,锂离子电池统一为 500 次 详见图 1点灯 16h 后 1500Lx (与国际 IEC62013:2005接轨统为 16h 后 1500Lx3国际电工委员标准IEC62013.2005点灯 16h 后 1500Lx4华淄牌矿灯与电池执行修定后国标 GB7957.2 与IEC62013.2005光源 LED 工作电流150mA -180mA电池开路电压 4.0V放电终电压 3.5V-3.7V 630-700次华淄牌 KS 系列产品(4V -3Ah. 4V-4Ah,4V -5Ah 2008年 3月 16日 国家

5、安全 生产上海矿用设备检测中 心 被检测 5套 , 开始点灯 2130Lx , 11h 后 2090Lx, 华 淄厂用恒流源 150mA16h 后 1700Lx-1800Lx5国标标准 IEC62013-2005 可燃气体环境下矿用帽灯 可燃气体环境下矿用帽灯 接轨 , 详见 3与图 2表1电池技术2009年6月刊 43 过充电 , 过充电的危害 , 主要是造成电池析气失水多 和正极栅的腐蚀 。 过放电 , 过放电的危害主要是正极膨胀 , 负极不同程度的硫酸盐化 , 恢复充电受阻 。 欠充电 , 也称充 电不足 , 影响点灯时间和再充电是受阻 。 充电室的温度应控 制在冬季不低 10 , 夏季

6、不高于 30 , 以上 4个方面的因素我 们通过通俗的概念和专业技术理论方法论证 , 分别进行研讨 。2.1过充电的危害原因及对策首先要弄明白过充电概念 。 通俗的说法就是充电时间过 长 , 超出了生产厂家使用维护说明规定的时间 , 10h 左右 。 或 充电设备失修造成充电电压高 , 电流大 、 时间长等 。 从电池 专业技术方面进行研讨 , 定量的说法每次放出的容量 (点灯时 间 再充电时 , 充入的容量应控制在 103%106%否则就会造成 过充电 。 根据电化学当量 , 每过充电 1Ah 的电量 , 就会析出 684mL 的气体=失水 0.336g 。 过充电量越多 , 析气失水也就越

7、 多 , 受控于析气失水的电池的寿命也就越短 , 反之则寿命也 就越长两者是因果关系 。 同时过充电还会造成不同程的正极 板栅的腐蚀 , 影响着电池的寿命 。 怎样才能做到不过充电 ? 其一 , 首先要按华淄牌电池的使用维护说明书和国标 AQ 矿 灯安全管理使用规范 的各项参数 。 进行使用维护 。 其中对 充电架的输出电压要求应在 5.50.3V , 不允许高出 5.8V 和低 于 5.2V 。 其二 、 在矿灯头壳内设有一块 “ 充放电管理板 ” (实 际上是一块小型集成电路 它的主要作用是控制充放电各阶段 的电压电流 , 使电池在使用过程中 , 不会产生过充电 , 过放 电及欠充电的现象

8、 。 如例华淄牌 4V 3Ah 电池在 “ 充放电管 理板 ” 设定的充电流不小于 0.7A , 此阶段为恒流充电阶段 , 充电电压控制在 4.0V(开始 -4.8V(转为恒电压 否则析气失水 , 此阶段基本不析气失水 , 充电深度在 70%-80%, 当电池的 端电压升到 4.95V 时 ,“ 充放电管理板 ” 就自动转为恒压阶 段 , 电池端电压最高升到 4.95V , 电流由 0.7A 逐步降到 0.03A 左右 , 到此时 “ 充放电管理板 ” 又自动转为浮动充电阶段 , 电 池端压控制在 4.7V 以下 (单格电池 2.35V 电流逐步降 0.01A 左 右 , 总的充电时间在 10

9、h 左右 , 设定的放电 (点灯 的终止电压在 3.50V 到 3.70V 。 这个电压不会过放电 。上述各阶段控制的充电电压 、 电流 , 如超出此值 , 就造 成过充电 , 低于此值就会造成欠充电和过放电 , 所以 , 对 “ 充 放管理板 ” 的参数板的参数设定 , 是通过反复的实践 , 试验得 出的结果 , 并非计算值 , 因电池的生产厂家不同参的结果也不 同 , 和 “ 充放电管理板 ” 本身的质量是十分重要的 。2.2过放电的危害原因及对策同样首先要明确过放电的概念 :通俗的说过放电就是点 灯时间过长 , 应控制在 16h(国内外执行标准规定 以内 , 或者 光源 LED 工作电流

10、大于 180mA 。 和线路电压降 (R1大 , 无功耗 电等 , 从专业方面研讨 , 过放电就是放电超过了电池的额定 容量和放电低于电池放电设定的终止电压 3.50V -3.70V , 过 放电的程度越大对电池寿命的影响也就大 , 因为过放电与再 充电是因果关系 , 经常或长期过放电 , 再充电时就会出现欠 充电 , 成为恶性循环 。 影响到电池寿命 , 如果过放电到了电 池电压降到负值时 , 有可能一次就损坏了电池 , 为什么过放 电会严重的影响到电寿命 , 我们还应从源头上去找原因 , 请 看铅酸蓄电池的充放电基本原理 , 电化学方程式图1电池技术2009年6月刊 44 负极 电解液 正

11、极 负极 电解液 正极Pb + 2H2SO 4 + PbO2 PbSO4 + 2 H2O + PbSO4方程式 从方程式可以看出放电前负极是纯 Pb , 正极是 PbO 2, 电解液放电前密度 1.31g/cm3, (放电后约 1.10g/cm3左右 放电 后 , 正负极部份变成了 PbSO 4, 含量约在 35%左右 , 那么负极 上还有 65%左右的纯 Pb , 正极 65%左右的 PbO 2, 它们都是良 导电体 , 而 PbSO 4是非导电体 。 显而易见过放的程度越大 , 正 负极 PbSO 4含量越多 , 电解液密度越稀 , 导电性越差 , 所以用 正常的充电压充电就很难使正负极活

12、物质完全恢复到纯 Pb 和 PbO 2, 所以电池很难达到正常充电状态 。 也就是欠充电 , 两 者互为因果关系 , 恶性循环影响寿命 。 这是其一 ,正负极活物质密度 (g/cm3 和摩尔体积的变化情况列于表 2:序号 正负极居物化学成份 密度g/cm 3摩尔体积(cm 3 1Pb 11.31118.242PbO 29.6324.86 3PbSO 46.32347.964Pb 3O 48.92576.7654PbO 、 PbSO 2、 H 2O(4碱式硫酸铅8.15146.76表2其二 、 从表 2可以看出正极的 PbO 2过放电后 , 变成了 PbSO 4, 体积由放电前的 24.86cm

13、 3/摩尔 , 增加到了 47.796cm 3/摩 尔 , 增大了近 1倍 , 体积的增大破坏了 PbO 2之间联接 , 产生了间 隙 , 增加了 PbO 2之间的接触电阻影响电池放电的容量和寿命 。 防止电池过放电的对策主要有两点 , 其一选用思想素质 和专业素优良的工作人员 , 加强使用过程的管理 , 可按华淄 牌矿灯使用说明和国家安全生产行业标准 AQ 。 矿灯安全使 用管理规定 进行管理 。 其二 , 在本文 2.1条的中研讨的在矿 灯头壳中的 “ 充放电管理板 ” 可控制放电的电池的电压 , 不 低 3.50V 至 3.70V 可有效解决 。2.3欠充电也称充电不足,充电不足就会影响

14、到下一次的放电 容量(点灯时间,有可能会造成过放电,过放电又会引发充电 不足,两者互为因果关系,恶性循环,影响电池寿命,对策 适用于2.1条的对策的两点。2.4充电室的环境温度冬季大于10,夏季不高于30,过低 的温度电池内阻增加易引发充电不足(欠充电,过高的温度会 引发电池析气失水,也会影响到电池的寿命。3.华淄牌KS系列矿灯用VELA铅酸蓄电池 已与国际IEC62013.2005可燃气体环境 下矿用帽灯的安全性接轨此标准第 7章蓄电池 7.3条 、 7.4条安全性的要点 密封电池 允许更高的压力 , 在每一个电池应安装减压装置 , 或使压力 限制到电池可以承受的压力值的装置 。 除非制造商

15、能够证明蓄电 池槽自由体积内的含氢量浓度不会超过 2%, 否则所有电池排气 装置应不会使流出的气体排放到含有电气或电子原件或接口的设 备外壳内 。 7.4条如果蓄电池槽内有开关接点的 , 应被安装在氢 气不能聚集的隔离腔内 。根据以上对安全性的要求 , 我们 可燃气体环境下矿用帽 灯 对电池进行了设计改进 , 如图 2所示意 :从图 2我们可以看出电池充电时排出的气体进入单向安 全阀体内 , 当气压达到 0.6kg/cm2(60kpa/cm2 时气体排出 , 通 过排气孔排到电池之外 。 当压力不低于 0.3kg/cm2(30kpa/cm2 时单向阀关闭 。 电池槽能承受的压力大于 1kg/c

16、m2(103.1kpa/ cm 2 , 通过图 2结构设计改进达到了 , 保证了电池的压力与单 向安全阀的压力的协调 , 将氢气体排出电池之外不与任何电 气 , 电子原件或设备接口相接触 , 也不因电气电子原件或接 口处万一产生的火花而引爆可燃性气体 。4、通过上述4个方面的研讨,从通俗的概 念,到专业理论论证及原理的因果关系可 以得出如下结论:4.1对矿灯及矿灯用电池的正确的使用维护,应选用思想技术 素优秀人员进行管理(内容要求应遵循华淄电池的KS3LM(A 型矿灯使用维护说明书和国标AQ矿灯安全使用管理规范 通过管理者对使用者进行正确的使用维护方面的宣传教育, 并及时进维护管理是延长矿灯电池使用寿命,保证安全生 产、产生经济效益,减少管理者和使用者之间的烦事,可收 到立杆见影的效果。4.2设置在灯头壳中的“充放电管理板”实