(交通运输部东海航海保障中心福州航标处 福建 福州 350000)

一、引言

铅酸蓄电池是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池，早在上个世纪80年代，铅酸蓄电池就已经应用于航标事业中。同时，在科学技术迅猛发展的今天，目前，浮动与固定航标中已广泛应用阀控式密封铅酸蓄电池。但是阀控式密封铅酸蓄电池的较短使用寿命使其在航标领域的应用大打折扣，也带来一定的隐患。通常情况下，阀控式密封铅酸蓄电池在相对恶劣的工作环境下仅有3年左右的使用寿命，达不到厂家规定的10年使用寿命的标准。航标用铅酸蓄电池过低的使用寿命导致航标能源系统可靠性降低，航标日常维护费用增加。资料数据表明，阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命与正确的使用维护方法密切相关。

二、阀控式铅酸蓄电池介绍

(一)阀控式铅酸蓄电池简介。阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery(简称 VRLA电池)，其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀)，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值(通常用气压值表示)，即当电池内部 气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空 气进入电池内部。

(二)阀控式铅酸蓄电池的工作原理及特点。VRLA电池进行释放化学能时， 此时多孔状活性物质PbO2与稀硫酸H2SO4电解液组成氧化型半电池，称为氧化型电极(进行还原反应)。而电池中绒状铅(海绵状铅)与稀硫酸H2SO4电解液组成还原型半电池，称为还原电极(进行氧化反应)。电池反应结果正极和负极活性物质都变成PbSO4。电池中部分硫酸电解液将变成水H2O。由于PbSO4粒子体积大而将PbO2和绒状铅中小孔逐渐被堵住，当大部分小孔被堵塞后，电池便不能继续进行电化反应，称为放电终了。

在蓄电池吸收外电源直流电能的充电过程中，此时正极PbSO4物质与稀硫酸H2SO4电解液组成还原型半电池， 而负极PbSO4物质与稀硫酸H2SO4电解液组成氧化型半电池。电池反应结果，负极PbSO4物质逐渐氧化成多孔隙的海绵状铅； 正极PbSO4物质逐渐变成多孔隙PbO2。铅酸蓄电池中电解液中的水分将逐渐减少，而硫酸分子将逐渐增多，即提高了电解液密度。铅酸蓄电池开路电压为2.06V/单体， 以正常电流放电时电压逐渐降低，至终了电压不应低于1.70-1.80V/单体。

综上所述， 电池释放化学能的历程是电化学能转变电能的过程， 反之电池吸收外电源电能历程是电能转变化学能的过程。

阀控式铅酸蓄电池主要由外壳、隔板、汇流排、安全阀、正负极板、硫酸电解液、极柱端子等组成。阀控式铅酸蓄电池的正极活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极活性物质为海绵状铅(Pb)，电解液为硫酸(H2SO4)，电极反应方程式如下：

(三)影响铅酸蓄电池的因素。蓄电池制造商提供的蓄电池设计寿命均为特定条件下的理论值，不能等同实际使用寿命。实际使用寿命与使用条件密切相关，与设计寿命存在一定差异，甚至相差甚远。以下就影响蓄电池的几大因素进行分析。

1.环境温度。同容量系列电池，以相同放电速率，在一定环境温度范围放电时，使用容量随温度升高而增加，随温度降低而减小。在环境温度10～45℃范围内，铅蓄电池容量随温度升高而增加，如阀控密封铅蓄电池在40℃下放电电量，比在25℃下放电的电量大10%左右，但是，超过一定温度范围，则相反，如在环境温度45～50℃条件下放电，则电池容量明显减小。低温(<5℃)时，电池容量随温度降低而减小，电解液温度降低时，其粘度增大，离子运动受到较大阻力，扩散能力降低；在低温下电解液的电阻也增大，电化学的反应阻力增加，结果导致蓄电池容量下降。其次低温还会导致负极活性物质利用率下降，影响蓄电池容量，如电池在-10℃环境温度环境温度下放电时，负极板容量仅达35%额定容量。

2.过度充电。通常环境温度为25℃时，浮充电压在2.23～2.25V/单体为合理的范围，相当于12V航标用蓄电池充电电压为13.38～13.5V。若蓄电池充电电压超过13.5V(25℃)，则蓄电池内短时间产生的大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，单向排气阀便将其排出，导致蓄电池损失气体，容量降低。若蓄电池采用14.1V(25℃)充电电压连续充电4个月后，就会出现热失控，导致容量下降，蓄电池外壳鼓包、漏气，最后只能报废。

3.过度放电。蓄电池浮充电压低于13.38V时，浮充电压过低，而蓄电池长期为负载供电。此时蓄电池正极PbO2氧化反应能够完成，但是负极不能完成氧复合，Pb还原的不够彻底，氧复合效率降低导致PbSO4长时间累积形成不可逆的晶体，负极逐渐钝化，蓄电池的内阻增大，电池的充、放电性能变差，最终导致蓄电池容量大幅衰减。若某航标充电电压长期低于12V，最后电量逐渐降低，不能给负载供电。

三、航标用阀控式铅酸蓄电池的使用维护建议

(一)测量浮充电压。浮充电压对蓄电池的寿命具有相当重要的影响。在航标能源系统中，一般通过太阳能电池板对蓄电池进行全浮充方式充电，因此浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压。浮充电压过高或过低都会影响蓄电池的寿命，从而导致航标能源系统稳定性的下降。目前航标遥测遥控系统中只对蓄电池的终端电压设置了报警界限，而对影响蓄电池工作稳定性的浮充电压(充电电压)并未给予足够关注。当蓄电池浮充电压长期处于不合理的范围而导致航标能源系统效用降低，甚至失效时，亡羊补牢为时已晚。因此笔者建议对太阳能电池板的浮充电压通过遥测遥控加以监控，每日网上航标巡检中密切监视浮充电压，认真记录航标蓄电池的相关参数，重点是充电电压与环境温度，通过记录的数据来了解航标蓄电池的使用情况。一旦发现蓄电池充电电压超过合理范围，应将其列入观察名单，找出原因并及时处理。

(二)均衡充电。均衡充电是指对长期搁置和长期浮充电的蓄电池进行补充电。均衡充电应在合理的VRLA 蓄电池的充电电压和环境温度下进行：(1)将充电电压调到2.33/单体(25℃)，充电30H；(2)将充电电压调到2.35V/单体(25℃)，充电20H；以上是VRLA蓄电池均衡充电的两种方法，通常情况下选择第一种方法为最佳。从上述方法中可以发现，25℃的环境温度是非常重要的参数，在均衡充电过程中要引起极大的重视并自觉遵守。从理论上来讲，蓄电池的最佳使用温度应是15～25℃，因而尽量选择在凉爽的春秋季节对蓄电池均衡充电，以延长蓄电池使用寿命。

四、结束语

铅酸蓄电池以其优越的特性在航标生产过程中得到广泛的应用， 在很大程度上提高了航标的性能和可靠性。但是，由于环境因素以及一些人为操作的疏忽往往使蓄电池寿命降低，不能完全尽其用，加强日常维护和注意事项，才能稳定、高效、可靠，使其最大程度得满足航标日常生产需求。