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在數據中心和通信行業(yè)，將使用許多蓄電池。這蓄電池可作為交流不間斷電源系統和DC供電系統的備用電源，作為油機的啟動(dòng)電源，作為高壓配電系統的DC操作控制電源。當外部交流電源突然中斷時(shí)，蓄電池作為系統電源的后備保護，將繼續為負載供電，從而保證數據中心設備的正常工作。

I. 鉛酸蓄電池結構

蓄電池主要由正極板、負極板、電解液、隔板、電池槽和安全閥等組成。結構如下圖1所示。

                                                  圖1 蓄電池結構

二、鉛酸蓄電池的工作原理

“雙極硫酸鹽化理論”最能解釋鉛酸蓄電池的工作原理。當鉛酸蓄電池放電時(shí)，其正負極的活性物質(zhì)變成硫酸鉛(PbSO4)，充電后恢復原狀，即陽(yáng)極變成二氧化鉛(PbO2)，陰極變成海綿鉛(Pb)。如下圖2所示。

圖2 蓄電池工作原理

2.1蓄電池放電

電流通過(guò)外部電路從陽(yáng)極流向陰極，然后通過(guò)內部電路從陰極流向陽(yáng)極。電池向外部電路輸送電流的過(guò)程稱(chēng)為電池放電。圖3。

圖3 蓄電池放電

在放電過(guò)程中，兩極的活性物質(zhì)逐漸被消耗，正極二氧化鉛(PbO2)和負極鉛(Pb)的放電過(guò)程中，兩極產(chǎn)生硫酸鉛。隨著(zhù)連續放電，硫酸逐漸消耗，同時(shí)產(chǎn)生水，電解液濃度逐漸降低。圖4(硫酸鉛)。

圖4 蓄電池放電過(guò)程

2.2蓄電池充電

放電后，向外部DC電源注入適當的反向電流，利用該反向電流還原活性物質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為充電。鉛酸蓄電池的充電反應是放電反應的逆反應。正負極板上的硫酸鉛分別變成二氧化鉛和海綿鉛。電解液中的水分子不斷消耗，硫酸分子不斷生成，電解液的密度不斷增加，如圖5所示。

圖5 蓄電池充電

三.蓄電池組件

將正極板、隔板和負極壓緊在一起后，放入電池盒內，連接兩極，安裝蓋板和安全閥，然后注入稀硫酸，形成電池，如圖6所示。

圖6電池組件

電池在使用中，當電池實(shí)際放電容量低于額定容量的80%時(shí)，則認為電池失效或壽命終止。典型的失效模式有:電池失水、硫酸鹽化、柵極腐蝕、正極板腐蝕、泥漿脫落等。，這將導致電池容量下降或過(guò)早失效。

4.1脫水和干燥

電池充電后期有副反應，電解水反應導致氣體析出；格柵腐蝕消耗水；自放電消耗水；當水分流失到一定程度時(shí)，內阻增大，電池容量減小，如圖7所示。

圖7電解質(zhì)濃度導致容量降低。

電池失水原因:充電電壓過(guò)高；充電電流大；電池內部溫度高；作業(yè)環(huán)境溫度高；電池密封不良(安全閥、端子、槽蓋)；外殼裂紋等。；

4.2泄漏

電池組內有液體泄漏，如液體溢出或安全閥、極、槽蓋內有白色晶體堆積，如圖8所示。泄漏通過(guò)外殼流向電池架和下電池，造成電池架腐蝕，甚至下電池短路，引發(fā)火災和爆炸。

圖8電池泄漏

主要原因是:熱封和膠封技術(shù)差；安裝和搬運過(guò)程中發(fā)生碰撞，導致電池密封性能受損。中國電信在施工規范和維護規定中明確要求:新安裝的電池必須鋪設電池緩沖絕緣墊，電池室內應安裝早期煙霧報警器。

4.3硫化(負極板鹽化)

當蓄電池經(jīng)常欠充或過(guò)放時(shí)，負極板表面附著(zhù)一層白色硬硫酸鉛晶體，充電后仍不能轉化為活性物質(zhì)，導致電池容量下降。這種現象簡(jiǎn)稱(chēng)為“不可逆硫酸化”或“硫化”，如圖9所示。

圖9平板硫化

硫化原因:長(cháng)時(shí)間充放電后蓄電池未及時(shí)充入，部分PbSO4溶解析出結晶在板上形成硫化；電解液液面過(guò)低，使極板上部與空氣接觸，氧化后硫化；長(cháng)期過(guò)放電或低電流深度放電會(huì )在極板深處的活性物質(zhì)孔隙中形成PbSO4。

4.4板腐蝕

電池極板的腐蝕導致電池失效。

電網(wǎng)腐蝕因素:參數設置不合理，充電電壓過(guò)高，電池過(guò)充，電網(wǎng)腐蝕速度較快。如果電池的環(huán)境溫度過(guò)高，腐蝕速度會(huì )加快。電解液密度越高，柵極腐蝕速度越快。格柵合金材料不純，或鑄造工藝不合理，格柵有氣孔。格柵厚度設計過(guò)薄，設計格柵厚度應高于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，未配置溫度補償功能。蓄電池內部溫度升高，電池內阻降低，充電電流再次增大，電池內阻進(jìn)一步降低，形成惡性循環(huán)。圖10是蓄電池機房空調長(cháng)期故障引發(fā)火災的案例。

圖10空調故障引起的電池熱失控

電池熱失控的原因:環(huán)境溫度高；電池參數設置不合理導致電池過(guò)充。安全閥故障，電池內部壓力過(guò)大。安裝電池時(shí)，中間需要一個(gè)預冷散熱通道，最小不得小于10毫米。

4.6正極板被磨掉。

污泥形成的原因:電池在充放電過(guò)程中，正極活性物質(zhì)在二氧化鉛和硫酸鉛之間轉化。正極反應物的體積發(fā)生變化，硫酸鉛的體積是二氧化鉛的2.68倍。陰極活性物質(zhì)是一種非常堅硬的網(wǎng)絡(luò )結構，陰極活性物質(zhì)的體積不斷地反復收縮和膨脹，使得二氧化鉛顆粒之間的相互結合逐漸減弱，導致陰極活性物質(zhì)的污泥化。

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，導致電池極板快速軟化。參數設置不合理，電池過(guò)充或過(guò)放，正極活性物質(zhì)體積變化過(guò)大，活性物質(zhì)軟化速度加快，早期失效。

動(dòng)詞 （verb的縮寫(xiě)）閥門(mén)控制蓄電池的注意事項和使用壽命

蓄電池使用維護注意“三防一及時(shí)”:防高溫、防過(guò)放、防過(guò)充、及時(shí)充電。中國電信規定，在正常使用和維護條件下，設備的有效使用壽命應滿(mǎn)足下表1的要求:

表1 VRLA電池的使用壽命

同時(shí)要求:已超過(guò)有效使用年限的蓄電池應退出A、B類(lèi)機房。對于已超過(guò)有效使用年限的設備，經(jīng)檢測評估，性能仍處于良好狀態(tài)，符合運行質(zhì)量要求，有使用價(jià)值的設備經(jīng)主管部門(mén)批準，可繼續使用。但是，應增加維護和檢查的頻率，以便及時(shí)發(fā)現設備的劣化和變化。性能指標達不到要求的設備應報廢并退出網(wǎng)絡(luò )。