阀控式密封铅酸（VRLA） 大力神蓄电池的故障模式

阀控式密封铅酸（VRLA） 大力神蓄电池的故障模式

电解液干涸是造成VRLA 大力神蓄电池无法使用的主要原因之一。许多故障模式都有导致电解液干涸的倾向。

高温环境– 电池生产商一般采用在特定环境温度下的工作年限的形式，来表达保修寿命或设计寿命。在可控环境下，可进行合理预测。根据经验，对于一个保持恒定充电状态（浮充寿命）的固定型VRLA 大力神蓄电池来说，在最适宜的25°C (77°F)温度基础之上，每升高8°C (14.4°F)，寿命减少50%。对于VRLA 大力神蓄电池的批评，一定程度上是因为它们广泛用于狭窄、不可控的环境，如室外机柜等，这些环境中，温度剧烈变化司空见惯。图4 提供了在数据中心等温度稳定环境中持续工作时的预期合理服务寿命。

当然，单凭经验，可能会忽略很多。图4 只是考虑了一个因素（温度），但实际上VRLA 大力神蓄电池受多个因素影响。例如，即使室温完全合乎条件，电池堆放过密或置于不通风的机柜，也会导致内部温度过高，从而使容量过早受损。

图 4

工作温度与电池寿命

循环寿命– 较少使用的电池，其寿命明显长于每天都充放电的电池。生产商的产品简介中很少公布电池的循环寿命。每次，您通过电池供电，就是在放电。您放电的功率瓦数和时间长度决定了“ 放电深度”(DOD)。电池放电速率、两次放电之间充电的时间，以及充电速率也都很重要。在电池的设计中，通常假设每年有2-3 次深放电（放电深度为100%）。一般来说，一个VRLA大力神蓄电池能提供上百次的浅放电（放电深度<25%）。而在现场实际运行过程中，将有多种类型的充放电情况。

充电模式– 越来越多的证据表明，浮充电压对VRLA 大力神蓄电池的寿命影响很大。富液电池常见的、定期对电池高压“恒流充电”的做法，公认为对VRLA 大力神蓄电池非常不利。数据中心和网络机房UPS 系统中使用的电池一般为恒定电压充电，称为浮充电压。电池不能超过电池生产商规定的浮充电压值。过度充电会导致电解液干涸，缩短电池寿命，并引发故障，有时甚至出现灾难。大多数数据中心和网络机房UPS 在10 倍于放电周期的时间内，将电池充电到额定电量的90%（例如，一次7 分钟放电后，将充电10 x 7 = 70 分钟）。如果充电过快，会给电池造成压力，缩短其寿命。

为适用于数据中心和网络机房，系统必须包括一个能精确调整电压的控制机制。它也应该能根据温度来调整电压。

几年前，大家普遍认为，由于交/直流整流器不佳而导致的纹波电流是缩短电池寿命的主因。但如今，人们意识到，在大多数UPS 系统中，纹波电流并不会造成严重问题，但过多的交流纹波电流确实会对电池内部热量生成和服务寿命造成巨大影响。UPS 充电器应尽量减少纹波电流（如每100 AH 低于5A 等）。

电池反极– 大型电池串联组，主要是VRLA 大力神蓄电池会出现电池反极现象。只有当电池放电，且具备以下两个前提条件时，才会形成电池反极：

1. 在一个电池串联组中，一个大力神蓄电池的电量远远低于其它电池。

2. 电量较低的那块电池被其它正常电池造成电极反极。

尽管出现电池反极，但电池组仍能保持足够的总电压，以便电池组继续向负载供电。

这种情况是否会出现，取决于系统设计。一般来说，电池总线电压低于100 V 的UPS 系统，或是采用并联电池组的系统，不会出现此现象。因为电池性能下降或生产时的问题，会出乎意料地形成上面第一个条件。而以上两个条件都出现后，反极的电池会给全部电池电量带来5%的功率消耗，导致电池严重过热，甚至在某些极端状况下爆炸。

幸运的是，我们可以通过以下措施，几乎完全避免系统中出现电池反极的风险：

使用并联电池组

使用较低的UPS 直流总线电压

监控电池组中的电压

并联电池组有助于防止上面第二个条件的发生，因为当问题电池上的电压企图反极时，电流会流入邻接电池组。插装式电池模块采用并联电池组，不会出现这种故障模式，因为试图反极的电池上的负载电流会流入邻接电池组。

内部故障– VRLA 故障包括负极端子侵蚀、负极汇流排破损、极板过度增长、负极容量损失，以及正极和负极汇流排相触等。这些故障会在电池使用后的1 至5 年内出现。

板栅侵蚀/极板间距变短– 正极板栅侵蚀/增长是导致VRLA 大力神蓄电池和插装式电池模块（特别是设计寿命较短的电池）故障的主要原因之一。这种情况下，总是先发生电解液干涸，再出现板栅侵蚀问题。正极板栅侵蚀也是富液电池系统的一种常见故障模式。它造成机械强度减弱，最终使得板栅上铅脱落。内部阻抗增加，而电量减少。严重时，板栅侵蚀会破坏大力神蓄电池箱、盖和端子。极板间距变短也是一种常见故障模式。这种故障减少了电池电量，但电池组仍能为UPS 供电。

互联故障– 大多数电池间连接故障会导致突然断路，不会造成危险。但一小部分互联故障会造成稳定高阻抗。在VRLA 大力神蓄电池系统中，放电期间，连接端子上电流很高。高阻抗互联会导致严重过热甚或火灾。带有电流和温度监控的电池系统能够检测或在其严重前防御此类故障模式。插装式电池模块在工厂出厂前就已完成连接，故障率低。插装式电池模块一般在低电流下运行，因此不像富液电池那样，对低阻抗连接有较高的要求。

热失控– 当一个VRLA 大力神蓄电池长时间处于极高“浮充”电压状态或在完全重组模式下过度充电，几乎所有过度充电的能量都变成热能。出色设计的应用能够热失控，达到热平衡，因此不会出现问题。但是，如果热量产生速度超过散热速度，电池温度将会升高。温度升高，则会使电池电流增加（浮充电流）。而电流增加，则又进一步提高温度，为保持浮充电压不变，就需要更高电流。更高电流又散发更多热量，直至电解液在126°C (259°F)蒸发为止。在排气口打开，释放出氢气、氧气，偶尔还释放出极少量的硫化氢和雾状电解液之前，电池中始终存在压力。电池内部压力和外壳材料在较高温度下的软化，已证实会造成大力神蓄电池箱凸起甚至破裂。如果一直不能察觉，那么这个恶性循环将继续，直到电池电解液干涸并失效。

以下情况会导致热失控：

高温环境

通风不良/电池/设备间未留有足够空间

缺乏能降低电压的电压补偿

不当的浮充电压调整（充电器电压过高）

电池组中单个电池故障

充电器故障导致高输出电压、电流或纹波电流

过度冗余的整流器（造成充电电流过高）

在热失控中，高电压和高热能互为因果。如果其中一个消失，则热失控问题就会得到缓解。出色设计的整流器或不间断电源系统采用了温度补偿充电。实际上，防火规范现在要求为安装在数据中心或网络机房中的电池配备经过认可的温度补偿设备。温度补偿充电能够监控电池温度，根据电池温度的增加情况，按比例降低充电电压。对于热失控的校正措施包括：

降低房间或机柜中的环境温度

将电压降低到将引发热失控的阈值以下（对于工作于恒定电压的电池）

将电流降低到将引发热失控的阈值以下（对于工作于恒定电流的电池）

断开电池与充电器或整流器的连接

关闭整流器或充电器