浅谈电力机车阀控铅酸蓄电池亏电原因
分析及预防措施
何旭润
（兰州铁路 迎水桥机务段 助理工程师）
摘要:阀控式铅酸蓄电池被广泛用于电力机车的控制电源，但在
日常使用及维护中均存在较大的误区，既给机车的安全运行造成隐患，又使机车检修成本大幅提高，为更好的使用和维护机车蓄电池，本文从阀控式铅酸蓄电池的结构原理，馈电原因进行分析，进而提出可行性的预防措施。
主题词:蓄电池 结构 原理 馈电 原因分析 措施 一、引言
目前，铁路机务系统所使用的铅酸蓄电池的生产厂家较多，型号较杂，在迎水桥机务段就有十几个不同厂家和型号的蓄电池，如长沙丰日、吉林泰维及长海斯达电池等，每年电池报废数量较大，一度造成蓄电池周转量紧张的局面。铅酸蓄电池现作为电力机车主要的直流电源，但在日常的简单维护中，难以确保电池的较长使用寿命，大部分新电池无法达到规定的使用年限，单节蓄电池的逐步报废量大，甚至，部分保质期内的蓄电池在机车运用中，出现了亏电现象，导致机车无法继续运行的事故。绝大多数的电池生产厂家所生产的电池都是按国家标准检测合格的，其一般的使用期限都应该在100万公里，但实际2年左右就陆续出现个别单节电池亏电的现象。通过大量查阅铅
酸蓄电池的资料及对报废电池的检查、分析，日常加强特殊的保养，可以大大提高电池的使用寿命。
铅酸蓄电池的主要特点是在充电时正极板上产生氧，通过化学反应在负极板上还原成水，使用时在规定浮充寿命期内不必加水维护，因此又称为免维护铅酸蓄电池。免维护只是与普通蓄电池相比，使用过程中免去了添加纯水或蒸馏水，及调整电解液液面的工作，并非免去一切维护工作。相反，为实现蓄电池的不间断供电，必须细致地维护和保养好铅酸免维护蓄电池。
二、阀控式铅酸蓄电池的结构和工作原理：
铅酸蓄电池是一种化学电池，充电时，将电能转化为化学能储存起来；放电时，再将化学能转化为电能而释放。其化学反应为：pbO2+pb+H2SO4=2pbSO4+2H2O，在充电时，在电能的作用下，转化为pbO2、铅和硫酸 ，也就是说充电是由电能转化为化学能的过程。放电时，正极板接受了负极板送来的电子，铅离子由正4价变为正2价 ，与硫酸根接触生成难溶于水的硫酸铅，负极的铅由于输出2个电子，变成正2价，同样也生成硫酸铅。也就是说放电时，再由贮存的化学能转为电能。其结构如下：
1、壳体具有足够的机械强度，其作用是提供电池组件的放置空间。
2、极板是蓄电池的核心部件，分为正极板、负极板。 3、隔板的作用是隔离正、负极板，防止短路，它作为电解液的载体，能够吸收大量电解液，起到离子良好扩散(离子导电)的作用。
4、电解液主要由纯水与硫酸组成，配以一些添加剂混合而成。主要作用：一是参与电化学反应，是蓄电池的活性物质之一;二是起导电作用，蓄电池使用时通过电解液中离子的转移，起到导电作用，使化学反应得以顺利进行。
5、安全阀位于蓄电池顶部，即当蓄电池使用过程中内部产生的气体气压达到安全阀压力，开阀将压力释放，防止产生电池变形、破裂等发生。
三、引起铅酸蓄电池馈电的因素及原因分析：
1、失水：在电池充电过程中，会发生水的电解，产生氧气和氢气，使水以氢、氧的形式逐步散失。水量的减少会降低参与反应的离子活性，导致电池内阻上升，最终导致电池容量下降。根据相关资料显示，电池使用8个月的时候，最容易出现缺水，再经过2个月，达到10个月的时候，就出现了硫化现象，这个时候也是电池修复的最佳时候。如果此时做好电池修复，重新装车使用，一段时间后，电池还会出现缺水而硫化，这个过程其实就是对上一个过程的重复，时间也基本是8个月左右。电池修复后的3-5个月是正常的。电池修复的方法很重要，最正确的方法是采用蒸馏水和用电流脉冲修复仪器除硫修复，达到延长寿命的效果。
2、硫酸盐化：电池放电时，在正极负极都产生硫酸铅，正极由于阳极氧化作用的存在，硫酸铅极易在充电时转化成二氧化铅，而负极则不同，在经常过放电、长期充电不足等因素存在的情况下，会逐渐在负极表面形成一层致密坚硬的硫酸铅层，不仅本身溶解度大幅度
下降，难以参加反应，同时堵塞了电解液和深层活性物质的接触通道，从而导致了电池容量下降。
3、极板软化：极板是多空隙的物质，在电池反复的充放电循环过程中，随着极板上不同物质的交替变换，将会使极板空穴逐渐下降，在外观表现上，则是正极板的表面由开始时的坚实逐渐变的松软直到变成糊状，这时由于表面积下降，将会导致电池容量的下降。大电流充放电、过放电都会加速极板的软化。
4、板栅腐蚀：电池的骨架板栅由铅合金制作而成，虽然其有很强的抗腐蚀能力，但长期浸泡在酸性电解液当中，仍然会使起发生金属腐蚀，以至于发生板栅裂隙甚至断裂，导致容量的下降。
5、短路：正负极板间本来应该由隔板隔开，但如果有焊渣等穿透，则正负板相连，形成短路，严重的短路可导致该单体电压变为零，如果导致正负相连的物质本身电阻较大，则不会马上使该单格电压变为零，而是发生较快的自放电，俗称短路。
6、断路：一般发生在极柱焊接和端子焊接部位，表现形式通常不是完全断路，而是虚焊，这时在该虚焊处会产生很大的内阻，导致电池容量下降。电池有可能一开始都正常，在用了一段时间后发生虚焊现象，这通常是由于在焊接时没有焊好，存在裂隙，过在使用过程中，这一区域将产生尖端腐蚀，致使裂隙以较快的速度加大。
7、热失控：在充电进入恒压限流阶段后，电流本该逐渐下降，但由于电池内阻较大造成比较大的热量产生，或环境温度较高造成散热不畅，都会使电解液温度上升，导致内阻下降，内阻下降进一步导
致了电流不降反升，电流的增大是热量进一步增大，大量气体产生，电池进入了失控状态，最终电池鼓涨变形。
8、蓄电池长时间贮存，造成自放电会引起容量的不足。
四、制定严格的使用与维修制度，可以减少蓄电池人为引起的馈电现象，延长蓄电池的使用寿命。
1、制定保养周期。电池在使用一定时间后应进行定期充电、检查，如观察其外观是否异常、测量各电池的电压是否均等。
2、避免长时间、大电流充电或放电，不仅会使电池温度急剧上升、电池发生膨胀，电池的极板硫化速度也会加快，电池充放电电流越大，其循环使用次数就越少, 对电池的使用寿命影响非常大。
3、对使用1年以上的电池定期进行补水、去硫的修复工作。绝大多数电池在使用过程中，都会同时发生极板软化、失水 、硫酸盐化和其它等四种失效形式。失水的电池，因为硫酸铅的溶解量下降，使硫酸盐化的可能性提高，因此对失水的电池，往往单纯的补水不能起到效果，要同时进行去硫化处理。为了处理硫酸盐化的电池，我们需要降低电解液密度，以提高硫酸铅的溶解度。从上述分析可知，实际上处理失水必须要去硫化，去硫化需要加水，因此失水和去除硫酸盐化必须同时进行，具体方法如下：⑴物理修复：在电池加入蒸馏水后，采用电流脉冲修复仪器进行脉冲过充电：脉冲过充电实际包含了两种修复原理，一是依靠接近硫酸铅谐振频率的高频脉冲，使坚硬的硫酸铅层强度下降，更易于溶解；二是电化学修复：依靠过充电产生的高电势，使不易还原的硫酸铅被还原。该方法兼具物理和电化学修
复的双重功能。⑵在电池加入蒸馏水后，采用恒流过充电：这种方法，只有电化学修复的功能。
4、根据单节电池的容量和内阻应该进行严格的配组，避免容量相差较大的蓄电池进行拼装，特别是新旧电池的搭配、混装。
5、在机车上安装蓄电池在线检测报警装置，该装置的功能是在机车运行中，在线时时检测蓄电池的浮充电状态，当蓄电池电压低于设定值100V时，通过随时检测电压进行声音报警，及时通知司机采取措施。
6、电池在存放、运输、安装过程中，会因自放电而失去部分容量。因此，在安装后投入使用前，应对蓄电池进行补充充电。对备用搁置的蓄电池，每3个月应进行一次补充充电。
五、结束语
掌握影响铅酸蓄电池使用寿命的主要因素和在使用过程中应注意的事项，对我们在日常工作中正确使用和维护铅酸蓄电池有很大的帮助。
参考文献：
[1]刘友梅 《SS3型4000系电力机车》 北京 中国铁道出版社 2006
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