2.3 阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性及容量的一致性

2.3.1 阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性

阀控密封式铅酸蓄电池在使用中多为串联方式，而阀控密封式铅酸蓄电池从原材料到生产出成品，阀控密封式铅酸蓄电池要经历许多中间过程。由于影响产品性能的因素很多，尤其是一些难以控制的偶然性因素的存在，因而批量生产的阀控密封式铅酸蓄电池性能不可能做到完全一致。实践表明，各单只阀控密封式铅酸蓄电池性能的均匀性对阀控密封式铅酸蓄电池组的使用寿命影响很大，因而，用户对阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性也就提出了越来越高的要求。

1.阀控密封式铅酸蓄电池均匀性的表示方法

虽然阀控密封式铅酸蓄电池的性能参数很多，但其中最重要的是阀控密封式铅酸蓄电池工作电压和放电容量。前者反映了阀控密封式铅酸蓄电池体系的热力学和动力学状态，后者则表征了阀控密封式铅酸蓄电池的储能能力。

用阀控密封式铅酸蓄电池的开路电压和浮充电压衡量阀控密封式铅蓄电池均匀性，给出的蓄电池电压变化范围，在统计数学中称为极差，即一组数据中极大值与极小值之差。它的主要优点是便于计算。但极差仅由一组数据中的两个数据决定（即开路电压或浮充电压的最大值和最小值），它没有反映出其他数据的波动情况，即其他阀控密封式铅酸蓄电池的开路电压和浮充电压对阀控密封式铅酸蓄电池组均匀性的影响。因而极差并不是离散度良好的测量参数，也就是说用它来表示阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性是初步的或粗略的。

在统计数学中使用标准误差σ（也称均方根误差）来表示一组数据的分散性或均匀性，它的定义是：

式中 X_i——一组数据中各单个数据值；

——该组数据的平均值；

n——该组数据个数。

由式（2-1）可以看出，标准误差不仅是一组观测值的函数，而且对一组数据中的极大值和极小值的反映也较灵敏。如果以X_i代表阀控密封式铅酸蓄电池组中各单只蓄电池的开路电压或浮充电压，代表它们的算术平均值，则根据式（2-1）就可以计算出阀控密封式铅酸蓄电池组开路电压或浮充电压的标准误差σ，用它来衡量阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性是比较合理的。

在当前实际工作中，阀控密封式铅酸蓄电池组浮充电压的控制和调整，都是根据单只阀控密封式铅酸蓄电池浮充电压值乘以阀控密封式铅酸蓄电池数来进行的（补充充电和均匀充电过程中采用的恒定电压值也是这样确定的），也就是使用的是浮充电压平均值。如果采用统计数学中的误差系数K（变异系数或离散度），则可以进一步比较阀控密封式铅酸蓄电池组的不同性能参数的均匀性。误差系数K计算式如下：

2.均匀性对阀控密封式铅酸蓄电池组的影响

由多只单体阀控密封式铅酸蓄电池串联组成的蓄电池组在运行过程中，不论是充电还是放电，流过各只阀控密封式铅酸蓄电池的电流是相同的。如果各只阀控密封式铅酸蓄电池的性能比较均匀，那么它们在充放电过程中的电压值（尤其是浮充电压值）应当相差不大，全组阀控密封式铅酸蓄电池电压平均值基本上可以代表各单只阀控密封式铅酸蓄电池的电压值。因而根据该平均值来对阀控密封式铅酸蓄电池组的工作状态进行控制时，可以使各只阀控密封式铅酸蓄电池基本上处于最佳工作状态。如果各只阀控密封式铅酸蓄电池的性能很不均匀，那么当有相同的电流在其中流过时，它们的电压值必然相差很大，整组阀控密封式铅酸蓄电池的平均电压值就不能完全符合每只阀控密封式铅酸蓄电池。因而用平均电压值作为监控参数，必然会使部分蓄电池处于不利的工作状态。如果只是随机地取某只阀控密封式铅酸蓄电池作为代表整组阀控密封式铅酸蓄电池的技术性能参数是不可取的。

当阀控密封式铅酸蓄电池处于充电状态时，其中容量较小的阀控密封式铅酸蓄电池就会提前析气，电压升高，温度升高，电解水反应加快，这些变化反过来又促进温升加大及失水量加剧，加速阀控密封式铅酸蓄电池恶化进度，直到失效。阀控密封式铅酸蓄电池组中原先容量较大的阀控密封式铅酸蓄电池，其充电电压上升很慢，容易造成充电不足。长此下去，必然加剧极板硫酸盐化，容量下降，引起阀控密封式铅酸蓄电池提前失效。

当阀控密封式铅酸蓄电池处于放电状态时，如果外负载变化不大，则阀控密封式铅酸蓄电池组中各单只蓄电池之间的差别不太明显。一旦外负载变化较大或阀控密封式铅酸蓄电池组的容量选得不充裕，则容量较小的阀控密封式铅酸蓄电池放电深度就加深，有时候也可能使放电电压降至规定的终止电压以下，给阀控密封式铅酸蓄电池造成“内伤”，其结果必然进一步缩短阀控密封式铅酸蓄电池寿命。

由以上分析可以看出，一旦阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性出现明显下降时，则会产生恶性循环，促使均匀性加速下降。

3.阀控密封式铅酸蓄电池组的均匀性的统计规律

（1）开路电压

处于开路状态的阀控密封式铅酸蓄电池，其正极和负极体系是接近热力学平衡状态的，电极电位取决于电极表面附近电解液的浓度和温度。由于不同厂家使用的电解液浓度可能不同，因而不同厂家、不同型号的阀控密封式铅酸蓄电池的开路电压可能会有区别；但对同一厂家同样工艺生产出的阀控密封式铅酸蓄电池，其开路电压基本上是比较均匀的。统计结果得出，在新阀控密封式铅酸蓄电池组中，各单只阀控密封式铅酸蓄电池的开路电压绝大多数为2.18V，只有很少部分阀控密封式铅酸蓄电池的开路电压在2.17V或2.19V，并且开路电压为2.17V的阀控密封式铅酸蓄电池数基本上跟2.19V的阀控密封式铅酸蓄电池数相差无几，对运行是没有影响的。

阀控密封式铅酸蓄电池在长期贮存过程中，蓄电池的自放电反应会使电解液浓度逐步下降，因而开路电压也会降低；同时由于各单只阀控密封式铅酸蓄电池的自放电速度会有差异，因而各单只阀控密封式铅酸蓄电池开路电压之间的差别会逐渐扩大，均匀性会有所降低。

（2）浮充电压

影响浮充电压均匀性的因素很多，如原材料中的杂质、电解液的密度和数量、隔板吸酸饱和度、安全阀的开阀压力、极板化成程度等。这些因素都是阀控密封式铅酸蓄电池在生产过程中出现的，是由生产厂家的设计和制造工艺水平所决定的。新阀控密封式铅酸蓄电池的浮充电压一般是比较均匀的，甚至使用半年后其均匀性还有所改善。

（3）放电终止电压

阀控密封式铅酸蓄电池恒流放电终止电压的变化，反映了阀控密封式铅酸蓄电池容量的变化，因而可以从放电终止电压的均匀性，去推断阀控密封式铅酸蓄电池容量的均匀性。而目前还不能直接考察在线使用的阀控密封式铅酸蓄电池放电容量均匀性的变化规律。虽然如此，却可以借鉴普通铅酸蓄电池放电终止电压的变化规律，来评估阀控密封式铅酸蓄电池放电容量均匀性的变化。

图2-4示出了对某型号普通铅酸蓄电池多年的跟踪考察和统计结果，该普通铅酸蓄电池组包含56只单体蓄电池，将它进行20时率放电至单体蓄电池电压为1.80V，紧接着测量各单体蓄电池的端电压，并按式（2-1）计算出标准误差。可以看出，在蓄电池使用寿命的中前期，蓄电池组的均匀性几乎没有什么变化；但到寿命后期，标准误差迅速增加，即蓄电池组的均匀性迅速恶化。

图2-4 铅酸蓄电池组放电终止电压标准误差的变化

4.利用阀控密封式铅酸蓄电池组均匀性的变化在线评估使用寿命

在线评估阀控密封式铅酸蓄电池使用寿命，是阀控密封式铅酸蓄电池应用中共同关心的问题，前几年曾有不少人试图根据阀控密封式铅酸蓄电池内阻，去推断阀控密封式铅酸蓄电池放电容量和使用寿命。然而多种方法测量结果表明，阀控密封式铅酸蓄电池的荷电态在50%以上时，其内阻没有变化。在线使用的阀控密封式铅酸蓄电池组的容量必须在额定值的80%以上，再加上阀控密封式铅酸蓄电池内阻测量仪设计的局限性和测量误差较大，因而用阀控密封式铅酸蓄电池内阻（或电导），是无法准确推断出阀控密封式铅酸蓄电池放电容量和使用寿命的。

实践结果表明，新的阀控密封式铅酸蓄电池组的性能是比较均匀的，使用0.5～1年时，其均匀性还略有改善；但是到寿命中后期，阀控密封式铅酸蓄电池组中各单只阀控密封式铅酸蓄电池的性能就出现了明显的差别。这种差别会越来越大，部分阀控密封式铅酸蓄电池开始失效，这跟普通铅酸蓄电池组表现的规律性一致。因而就有可能利用普通铅酸蓄电池组均匀性的变化，去评估阀控密封式铅酸蓄电池组的使用寿命。

在工作实践中已经观察到阀控密封式铅酸蓄电池失效概率分布是服从两参数指数分布的；

式中，t₀称为保证寿命，其物理意义：当使用时间到达t₀之前，阀控密封式铅酸蓄电池是不会失效的；λ代表阀控密封式铅酸蓄电池的失效率，它表示阀控密封式铅酸蓄电池组在使用到t时，其中尚未失效的阀控密封式铅酸蓄电池在单位时间内发生失效的概率。在对阀控密封式铅酸蓄电池进行试验的结果表明，t₀约为阀控密封式铅酸蓄电池组全寿命的2/3。

根据以上研究和观察统计结果，阀控密封式铅酸蓄电池在运行之后，应定期检查浮充电压的均匀性。如果全组阀控密封式铅酸蓄电池浮充电压的标准误差没有明显变化，可以放心使用；如果标准误差出现显著增加，则可用均衡充电进行改善；如果均匀性没有得到显著改善并且还继续恶化，则意味着阀控密封式铅酸蓄电池组的使用寿命已过去了2/3左右。