蓄電池的熱失控指的是電池過充或環(huán)境溫度過高導(dǎo)致充電電流過大,產(chǎn)生的熱量將使電池進(jìn)一步升溫。電池的溫度升高會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻下降,內(nèi)阻的下降又加強(qiáng)了充電電流。溫度升高和電流的增大互相促進(jìn),使電池內(nèi)部溫度可以高達(dá)120℃以上,軟化ABS外殼(ABS軟化點(diǎn)90℃左右),從而發(fā)生電池的膨脹,漏液,起火。

需要注意的是正常浮充的電池在壽命中后期也可能會(huì)發(fā)生熱失控,原因是充電末期電池會(huì)發(fā)生電解水反應(yīng),而氧復(fù)合的效率并不能達(dá)到100%,不斷的電解液損耗會(huì)導(dǎo)致隔板的飽和度下降,這會(huì)增加密封蓄電池的氧復(fù)合的電流,不但增大電池的浮充電流,加速了電池的發(fā)熱和進(jìn)一步的失水,并最終引發(fā)熱失控。所以說浮充本質(zhì)上也是一種過充電。

如果電池出現(xiàn)過充電,電池內(nèi)部電解水的速率將會(huì)加快,這些氣體來不及被吸收,會(huì)不斷積累,當(dāng)電池內(nèi)部壓力超過開閥壓后排出氫氧混合易燃易爆氣體,如果站點(diǎn)密封較好,在外部有火花時(shí)即容易引燃引爆。

蓄電池漏液

鉛酸蓄電池漏液指的是電池在使用過程中,電圖2連接松動(dòng)引起的火災(zāi)池表面有電解液滲出。蓄電池漏酸的原因一般可分為三類:

①生產(chǎn)過程中的結(jié)構(gòu)性密封損傷,如極柱和外殼焊接或粘接面存在未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷。在使用中產(chǎn)生漏液現(xiàn)象;

②運(yùn)輸或者安裝過程中的不當(dāng)操作,引起的蓄電池外殼顯性或者隱形的損壞,并而未及時(shí)排除;

③充電設(shè)置不合理,使電池組長期過充電導(dǎo)致極板生長,外殼破壞,導(dǎo)致的漏液。根源還是過充電。

圖4為蓄電池漏液的場景。

一般來說,UPS的接地系統(tǒng)應(yīng)符合IEC60346標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于低壓接地系統(tǒng)的規(guī)定。這就意味著對(duì)于大部分UPS來說,電池組的中心線和電池架都是接地的。所以當(dāng)電池組中有電池出現(xiàn)漏液,并且漏出的電解液流到電池架時(shí),電池組間就會(huì)形成短路從而引發(fā)事故。

故障的檢測與預(yù)防

對(duì)于以上故障,比如電池的明顯漏液和電池連接的松動(dòng)可以通過外觀的查看和定期巡檢發(fā)現(xiàn)。但這些手段終究不能再故障發(fā)生的時(shí)候就立即發(fā)現(xiàn),所以很多時(shí)候發(fā)現(xiàn)問題之時(shí)可能也是事故發(fā)生之日。

那么有沒有辦法從根源上進(jìn)行預(yù)測,或者有效延緩呢?對(duì)于連接條總動(dòng),可以通過電池的連接電阻和溫度變化來檢測。對(duì)于熱失控,從上面的原因分析我們可以得出一個(gè)結(jié)論:引發(fā)這些故障的最重要的一個(gè)原因就是過充電。如果能延緩或者杜絕過充電的發(fā)生,那么也就意味著可以做到有效的延緩和提前預(yù)防事故的發(fā)生。而對(duì)于電池漏液,可以通過監(jiān)測電池輸出對(duì)地的絕緣性能和電池漏電檢測來判斷。

1蓄電池間連接松動(dòng)

圖5中蓄電池是某運(yùn)營商分公司單組24節(jié)蓄電池的實(shí)時(shí)采集的電池正常運(yùn)行時(shí)的內(nèi)阻數(shù)據(jù)。從圖中可以看出,蓄電池組單節(jié)電池的內(nèi)阻屬于正常范圍,且一致性較好,內(nèi)阻值均在0.2～0.3mΩ之間。

電池投運(yùn)一段時(shí)間后,如果連接條松動(dòng),會(huì)引起蓄電池的接觸電阻增大,勢必也會(huì)引內(nèi)阻的測試值增大。為驗(yàn)證內(nèi)阻(包括連接內(nèi)阻)與連接松動(dòng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系,將#21電池的螺母擰松后再次測試電池內(nèi)阻,測試結(jié)果如圖6所示。

#21蓄電池內(nèi)阻前后的變化之大,明確了內(nèi)阻(包括連接內(nèi)阻)與連接松動(dòng)的直接關(guān)系。由此可見,通過監(jiān)控電池之間的連接電阻,并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷,可以判斷電池是否有連接松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn),預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。

2蓄電池?zé)崾Э?/p>

蓄電池的熱失控主要是由于電池的過充和高溫引起的,所以只要能夠避免電池過充以及高溫就能有效的防止電池發(fā)生熱失控。

1、蓄電池智能管理系統(tǒng)7x24h實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池的狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)電池的浮充電壓過高或者均充時(shí)間過長時(shí)都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的告警推送給相關(guān)運(yùn)維人員,運(yùn)維人員根據(jù)系統(tǒng)的維護(hù)指引進(jìn)行相應(yīng)的處理,可以有效的防止電池過充電;

2、通過蓄電池智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的充電管理,系統(tǒng)需準(zhǔn)確測量并計(jì)算電池的充放電量,當(dāng)系統(tǒng)檢測到電池充滿電時(shí),自動(dòng)停止充電,避免造成電池組過充電。對(duì)于浮充場景,在電池不放電情況下,系統(tǒng)應(yīng)定期補(bǔ)充電來補(bǔ)償電池因自放電而損失的電量。當(dāng)電池充滿電后,系統(tǒng)自動(dòng)終止充電,避免因持續(xù)浮充電造成的過充電,使得電池組始終保持其最佳的狀態(tài),并且有效延長了電池使用壽命;

3、蓄電池智能管理系統(tǒng)通過對(duì)電池充電進(jìn)行智能管理。當(dāng)電池接近充滿的狀態(tài)下,如果檢測到環(huán)境溫度出現(xiàn)異常升高的現(xiàn)象,系統(tǒng)下發(fā)指令并通過智能控制模塊使電池進(jìn)入休眠模式(無充電電流),當(dāng)電池溫度下降到正常狀態(tài)后,再繼續(xù)對(duì)電池進(jìn)行充電。這樣可以有效的防止溫度和電流的互相促進(jìn)形成的惡性循環(huán),從而杜絕熱失控的發(fā)生。

3蓄電池漏液電氣檢測

隔離輸入型UPS

常用的UPS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含一個(gè)輸入隔離變壓器,用于調(diào)節(jié)整流器的輸入電壓,并將整流器與電源隔離。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是UPS電池基本上是與地隔離的,所以在直流電源通路與地之間沒有電氣連接。圖7為帶隔離變壓器的UPS輸入電路圖。

對(duì)于此類隔離輸入型的UPS,由于直流電源通路與地之間沒有電氣連接,所以正常情況下正、負(fù)直流母線對(duì)地的絕緣電阻應(yīng)為無窮大;而如果當(dāng)直流電路中發(fā)生接地故障時(shí),而不管在系統(tǒng)直流回路中的哪一點(diǎn)發(fā)生接地故障,都會(huì)引起系統(tǒng)母線絕緣電阻的降低。

表1為實(shí)驗(yàn)室搭建的隔離輸入型UPS環(huán)境,漏液前后系統(tǒng)母線絕緣電阻值和漏電流值的變化。

所以可以對(duì)直流輸出與地的絕緣電阻進(jìn)行檢測,通過正負(fù)極母線對(duì)地絕緣性能的變化,判斷是否發(fā)生電池漏液或者其他接地故障。目前對(duì)絕緣電阻檢測的方法有平衡橋和非平衡橋檢測法。

非隔離輸入型UPS

非隔輸入型UPS的電路中不包含隔離變壓器,整流器無需對(duì)輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),并且不需要將整流器與電源隔離。與具有輸入隔離變壓器的UPS相比,該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是具有更高的效率和更低的成本。這種設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)之一是缺乏輸入隔離變壓器在UPS電池上提供電氣接地參考,從而使直流電路與地之間是一種非隔離的狀態(tài)。圖8為非隔離輸入的UPS的電路圖。

對(duì)于非隔離型UPS,直流電路與地之間處于非隔離的狀態(tài),所以當(dāng)直流電路中出現(xiàn)接地故障時(shí),正負(fù)極母線對(duì)地的絕緣電阻也不會(huì)發(fā)生太大的變化,所以難以根據(jù)絕緣電阻的變化來判斷電路是否發(fā)生了接地故障。對(duì)于此類UPS應(yīng)采用正負(fù)母線電流求和檢測電路對(duì)接地故障進(jìn)行檢測。所謂直流電流求和檢測即通過霍爾傳感器檢測正極母線和負(fù)極母線直流電流疊加之和,正常情況下,正極母線和負(fù)極母線電流之和應(yīng)為零。若電路中出現(xiàn)接地故障,則電池母線和故障點(diǎn)間會(huì)形成回路從而造成漏電現(xiàn)象,此時(shí)正負(fù)極母線電流之和不為零;

表2為實(shí)驗(yàn)室搭建的非隔離輸入型UPS環(huán)境,漏液前后系統(tǒng)母線絕緣電阻值和漏電流值的變化。

所以通過檢測正負(fù)母線電流之和可以有效的檢測直流電路中是否存在著電池漏液或者其他接地故障。

其他預(yù)防措施

當(dāng)然,任何的檢測手段都有一定的局限性,另外比如電池漏液故障也具有其復(fù)雜性(不同程度,不同位置,不同類型,不同時(shí)期都會(huì)導(dǎo)致不同的事故現(xiàn)象和電氣特性),如何避免安全事故,做到萬無一失,還需要從各個(gè)方面綜合考慮和強(qiáng)化,比如:

•加強(qiáng)制造過程的工藝控制和檢測,提高產(chǎn)品質(zhì)量控制水平;

•安裝運(yùn)輸過程輕拿輕放,安裝過程中仔細(xì)檢查外觀有無漏液現(xiàn)象,及時(shí)清理更換漏液電池;

•在電池架上增加漏液托盤保護(hù);

•定期的人工巡查。

結(jié)束語

通過對(duì)鉛酸蓄電池起火原因的分析,可以通過以下途徑對(duì)火災(zāi)隱患進(jìn)行檢測與預(yù)防:

1、蓄電池連接松動(dòng)主要是由于安裝時(shí)沒有緊固或過緊、或是電池使用一段時(shí)間后因?yàn)檫B接條金屬的熱脹冷縮造成。當(dāng)蓄電池放電或較大電流充電時(shí),因連接松動(dòng)造成連接部件間電阻過大、熱量積累、溫度升高,進(jìn)而引起電池塑料外殼的起火。對(duì)于蓄電池連接松動(dòng),需要監(jiān)測蓄電池接線端子處的溫度情況,同時(shí)監(jiān)測電池的連接內(nèi)阻,當(dāng)接線端子處溫度發(fā)生變化或者連接內(nèi)阻發(fā)生變化時(shí),及時(shí)發(fā)出告警,防止電池火災(zāi)的發(fā)生;

2、對(duì)于蓄電池?zé)崾Э氐念A(yù)防,需要對(duì)電池進(jìn)行精細(xì)化的充電管理,通過充電管理避免蓄電池日常浮充時(shí)以及異常高溫時(shí)的過充電,從而避免故障的發(fā)生;

3、對(duì)于各類UPS蓄電池漏液的檢測,可以按表3進(jìn)行監(jiān)測。