内容摘要：阀控蓄电池是现在铅酸蓄电池的主流产品，由于其广泛用于各个行业的储能环节，所以合理使用技术就涉及到各个行业的具体情况。但是现在普遍流行的“免维护电池”说词，和在免维护概念下制订的行业标准，都没有对这类电池合理维护的要求和规定。这就误导了许多企业的技术决策者，对阀控蓄电池的使用采用免维护的方式。这种误导造成蓄电池本身具有的使用寿命下降到50%以下。造成社会资源的巨大浪费。本文就这个问题做以简要说明。

关键词：阀控蓄电池、免维护

1、“免维护电池”这个词的由来

铅酸电池发明至今有150历史，作为储能部件，已被广泛用于许多行业。在1990年以前，蓄电池在使用中要频繁补加水，所以电池定盖上都有一个加水口，用塑料螺纹帽封盖。使用中电解液也常常溢出，电池的黑色橡胶壳也会破裂，上盖的沥青封口也常常开裂，造成电池安装结构的腐蚀。这个时期，电池的维护也就是必需的。

这种状态电池发生的许多损坏，其核心原因是蓄电池的板栅采用铅锑Pb-Sb合金，水在该合金上的分解电压是2.3V。为减少水的散失和延长蓄电池使用寿命，所以浮充电的充电电压就被限制在2.29V。  

大约在1970年，英国发明了铅钙合金，水在铅钙合金上的分解电压被提升到2.42V。这就大幅度降低了蓄电池耗水量，使得蓄电池几个月才需要补加一次水。当时把这种电池称为“骆驼电池”，意为耗水量很少。随着合金技术的进步和其它复合技术的采用，电池的补加水时间周期越来越长。

当时铅酸电池的85%数量是汽车电池，原有电池车上使用寿命也就2年左右。夏天汽车电池只要有15%的容量，汽车即可在3秒完成起动。通常电池使用2年，容量衰减到15%以上是容易达到的。所以在2年使用期间，可以不对蓄电池补加水。于是商家为了迎合消费者的心理，就打出“免维护电池”的招牌。这一招使得阀控蓄电池迅速占领了汽车电池的市场。

由于不需要补加水，电池结构也就不需要配置加水帽，电池出厂时加水口是用塑料粘接的，不能打开。外观结构看起了也整齐划一。但是这类电池并不是完全密封的，在顶盖的盖板上，都有一个微小的缺口，就是排出气体的通道。在250Ah以上的单体阀控电池上也都留有气体排出的小孔。孔直径大致是1~1.2mm。电池用户看起来似乎是“密封”的。

这类电池进入中国后，国内顺其自然也沿用了“免维护电池”这个词。

在国内的几个行业，如通信行业和电力行业，在制定的这类电池使用规范和标准中，也是把“免维护”作为基础，在对电池维护中规定的内容，基本都是测量空载，保持清洁的内容，没有任何对电池供电能力有关的维护作业要求。这些标准是行业使用这类电池的指南针，由于指错了方向，“免维护”的观念逐渐占据了蓄电池的所有使用范围。大学和学院电源专业也取消了蓄电池这门课程，这就严重误导了阀控蓄电池维护技术的整体技术发展的进步。

蓄电池隶属电化学专业，产品复合了多学科专业知识。要理解阀控蓄电池需要维护的要求，就需要了解它独特的基本电化学结构和物理结构。

下面简单介绍这方面的基础知识。

2、阀控蓄电池采用的新技术和基本属性

阀控蓄电池本身就是铅酸电池，但它的制造复合采用了一些先进技术，使得这项产品的性能得到质的提高。

与老式黑色橡胶壳开口电池相比，它采用的先进技术有以下几项：

2.1采用铅钙合金替代铅锑合金。这项技术大幅度减少了蓄电池的耗水量。

2.2采用超细玻璃纤维替代PVC塑料隔板。这项技术使得电解液吸附在纤维的空隙中，电池可以卧式安装。同时正极产生的氧气，可以扩散的负极，最后在负极被吸收，变成固态的硫酸铅。

2.3电池组合采用紧装配结构，电池组装时把“负极板+隔板+正极板+隔板+负极板”这样的群，用压力20Kg/dm2压缩后，塞入电池下部的外壳。然后封接上盖。注入电解液，进行充电化成。把生极板变成熟极板，才使得电池有了实际的容量。这种紧装配结构，增强了极板的物理强度，使得电池极板上的活性物质不容易脱落。

2.4电池外壳采用工程塑料，用热封工艺牢固把上盖和下体熔焊成整体，用环氧树脂粘封正负极柱，消除电解液的泄出。组成电池串后，对地绝缘很容易保持250兆以上。

2.5采用独特的“阀”结构，把电池内排出的汽体，用白色聚四氟乙烯材料，简称氟4的泡沫滤网过滤，当电池内含有酸雾的汽体经过氟4片后，就被过滤成干燥无腐蚀的气体。使得电池和其它电气部件共同在一处安装。

尽管采用了以上几项技术，电池质量得到很大提高，但是阀控蓄电池依然铅酸蓄电池电化学属性，这一点却没有改变。

这种电化学属性，可用下面的方程表示。

在方程式左边，是放电前的极板状态，右边是放电后的状态。虽然在方程式中没有水的分子式，但是在充放电的过程中，固态的铅都必须先变成铅离子Pb+2才能进行往复循环的反应，铅离子Pb+2只能在硫酸的水溶液中才能存在，这是铅酸电池工作的基本条件。电池在充放电过程中，既没有消耗原有的物质，也没有释放出任何物质。所以理论上讲，蓄电池的寿命应该是无限的。

实际上，电池的实际使用寿命通常只有几年，最长的中心电源室的固定电池，实际寿命可以达到20年。

电池用户都希望能延长蓄电池的寿命，阀控蓄电池的实际寿命受制于哪些因素？这是大家都关心的技术问题。

电池进入一个行业，都需要按照行业标准对蓄电池进行型式试验，通常都用充放电循环来表达蓄电池的寿命。例如通信行业的YD/T799-2024标准规定，蓄电池寿命标准就是400次全容量循环后，容量不低于80%。

现在有的企业按使用年限6年规定蓄电池的寿命。在6年时间里，蓄电池的容量充放电发生有400次循环吗？即就是在频繁停电的区域，也远远没有使用完400次循环的功能。

是什么原因造成阀控电池提前报废？

3、阀控蓄电池提前失效的主要原因是缺水

不错，就是缺水。就是这个简单到不能再简单的原因，造成阀控蓄电池的早期报废。

阀控蓄电池出厂后，电池内的水分就处在不断减少的状态。减少的原因有两个。第一个原因是电池外壳的ABS工程塑料有微量的透气性，在实验室可以测量到这种塑料的透气特性。透气量最小的塑料是聚丙烯，但是聚丙烯机械强度低，用作容量250Ah以上的电池，外壳不能保持方方正正的形状，所以只能用于连体12V的汽车电池上。外观是半透明的，可以看到电解液的位置。深圳曾经有个电池厂，用聚丙烯制作500Ah的电池壳，外面用钢壳包裹，这种电池寿命明显超过其它电池。但由于其成本高，招标采购中却被首先淘汰出局。

第二个原因是电池正极会分解电解液中的水，产生的气体一部分被负极吸收，未被吸收的气体就从加水口排出。这种分解是铅酸电池的电化学属性，无法消除。所以阀控蓄电池是绝对不能完全密封的。曾经为了防盗，有人把太阳能路灯的配套铅酸电池用水泥封闭起来，结果几天时间就发生了爆炸。把阀控蓄电池称为“密封蓄电池”，是一种非专业的误解。

阀控电池出厂后，电解液中水的分解散失，使得电解液面下降，结果造成电池极板上部露出液面，极板上的活性物质不再被电解液浸润，固态的铅Pb变成铅离子Pb+2的路径被阻断，这部分极板失去了进行电化学反应的基本条件，放电后无法再进行充电反应。这部分极板就逐渐被“不可逆硫酸盐化”，我们称为硫化了。

为了延长蓄电池使用寿命，通信行业曾经以“运动”的方式开展除硫化作业。除硫化作业的基本内容就是加水充电。

除硫化后的电池，恢复了容量，继续上线使用，几年后，就再来一次除硫化。这是一个“免维护使用—电池失水—电池硫化—除硫化—再次免维护使用”的怪圈循环。其中每次除硫化，除了人力、物力消耗外，电池本身也要受到一次非使用性损伤。

如果每年补加一次水，在浮充条件下的电池，放电后的电池很快就恢复了容量，电池就不会发生硫化损伤。在中心电源室里使用的大容量固定电池，由于外壳透明，上面明确有高低水位的标记。这种电池，由于不缺水，寿命都在20年以上，从不会发生硫化的损伤。

统计表明，500Ah的阀控电池，在浮充条件下，每年耗水250mL。只要每年补加一次水，保持内部极板不外露，电池就不会发生硫化。

4阀控蓄电池维护基本工艺和专用设备

阀控蓄电池的维护，这里提供的工艺是指“在线容量维护”。所谓在线，就是电池在使用条件下进行维护，电池不需要移动。所谓容量维护，就是要提升蓄电池的实际供电能力。维护的基本工艺包含3个步骤。

4.1 制作备品电池

从下线电池中挑选出尚有负载容量的电池，做一次除硫化作业，把达到使用标准的电池作为备品电池，用于替换在线电池组中的失效电池。

容量达标，只是可以使用的一个条件，备品电池必须自放电也合格，才能上线使用。除硫化作业后，电池自放电都会增大。备品电池的保存，应模拟浮充条件保存，使用时必须再次检测合格，才能上线使用。

除硫化作业使用图1示的恒流充电机，采用220V5A的电源，串联1~50节单体电池一同充电，无需值守，充电过程无需调节，对达到标准的电池可随时取出，节约大量人力和电力。保存备品电池，采用图2的库存充电机，该充电机可用小电流对备品电池充电，抵消自放电。

提用备品电池时，如果测量其供电能力不达标，就是其自放电超标的原因，这种电池

                           图1除硫化充电机                                                              图2库存充电机

只能直接报废。

4.2 补加水

蓄电池用水的国家标准规定，其电阻率大于100K，饮用水的标准只是10K。补加水的数量简单控制的标准是可见即停。因为每年补加水的数量与电池内的电解液数量比较，数量约占3%左右，不必在数量上用计量严格控制到毫升精度。

如果几年没有补加水，加水后就有电池直接内部短路的风险，这个过程如图3所示。由于几年未加水，电池失水后上部极板的硫化严重，电池硫化后极板膨胀，导致一部分活性物质脱落。这时脱落的物质是硫酸铅PbSO4,硫酸铅是绝缘的，搭接在正负极板间并不会造成短路。

但是补加水后，经充电作业，硫酸铅就在负极附近恢复成铅Pb和在正极附近恢复成二氧化铅PbO2，这两种物质都是导电的，于是就发生内部短路，造成电池彻底损坏。如果每年加一次水，就没有这种损坏。铁路机车使用的阀控蓄电池，都是每年加一次水，加水到可见，从未发生过因加水造成电池的损坏。

图3加水后电池损坏的分析

电池厂家有时明确告知电池上盖不能打开，如图4所示，自然补加水作业也就不能进行。“打开上盖就会损坏电池”的说词，是不符合铅酸电池的基本电化学原理的。执行这个要求对延长蓄电池使用寿命不利。在所有电池厂家的使用说明书上，都没有对蓄电池需要补加水的说明和要求，并不是说，免维护是合理的。不难理解，电池厂家和用户在电池寿命上追求的目标是有差异的。

对采用胶体电解液的电池，补加水的要求不变。胶体电解液只是用硅酸盐改变了电解液的物理形态，使得流动的电解液变为溶胶或凝胶态，并不改变蓄电池的电化学结构。

                             图4 电池顶盖上的告诫文字             图5  蓄电池供电能力检测仪

4.3替换失效电池

通常电池都是以串联方式组合成高电压在设备中使用，即就是采用同一厂家，同一批次，统一规格的蓄电池组合，使用一段时间后，每个单节电池的结构容量也会不同，这是正常的。造成这一状况的原因是电池制造时内部一些技术参数是有微小差别的。统计表明，在同一批电池中，使用寿命常会有成倍的差别。

通常测量电池串中每个电池的供电能力，都采用恒流放电的方法。这种方法测量精度达到1%，在电池制造和研究单位普遍采用。但由于使用的人工和时间成本高。测量一组蓄电池往往需要几个小时，并不适合电池用户使用。

铁路机车蓄电池检修中，早在1982年，就开始使用蓄电池负载能力检测仪。这种设备可以在十几分钟时间里，迅速查找出电池串中的失效电池。这给蓄电池维护提供了实用的工具。这种检测仪在检测蓄电池时，给蓄电池施加200A的恒定负载电流，几秒后锁定电流值I和对应的电压值U，两项乘积就是被测电池的供电能力。这个供电能力N，与电池的保有容量紧密相关。用户制定自己的电池合格标准后，就可以用标准决定被测电池是否需要更换。这种蓄电池供电能力检测仪如图5所示。

电池串在浮充条件下，如果检测到电池供电参数U低于本单位规定的标准值，就用高于标准值的电池替换。通常维护一个基站的48个蓄电池，需要30分钟即可完成。

5、阀控蓄电池的维护实例

    四川联通的几个地区分公司都做过蓄电池维护，我们用下线电池制做了备品电池，到指定的基站后，检测到失效电池就是1个或2个，把这失效电池更换后，断开交流电，立即就可验证电池组供电能力恢复稳定有效。

在遂宁分公司的 “安居拦江”基站，补加水后2个月容量提升统计见表：

其中9号和12号电池的检测值下降是测量值偏低造成的，当时执行的标准是大于1.70V在基站是通过的。不需测量第2次。

表中的电压数据，就是用308检测仪的测量数据。当500Ah电池容量为0%时，测量的负载电压是1.5V。当容量是90%时，负载电压是1.90V。这个数据对落后电池分辨率的可信度，远高于万用表测量的空载电压和内阻仪测量的值。

6、阀控蓄电池维护的效益

对阀控蓄电池的维护，可产生两个效益：

6.1技术效益：大幅度减少设备的蓄电池供电不足的事故。

6.2经济效益：把蓄电池的使用价值充分发挥出来，使得电池的使用寿命翻倍。

【作者简介】段万普1945年生，1970年毕业于兰州铁道学院。邮编650302，连续50年从事蓄电池合理使用与维护的研究。由化工出版社出版有《蓄电池使用和维护》一书。

编辑：电源产业网