錢毅

摘 要：鎳鎘蓄電池在各個(gè)行業(yè)專業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用都十分廣泛，提前了解鎳鎘蓄電池的失效形式有助于制定合理的維護(hù)措施，延長鎳鎘蓄電池的使用壽命。本文旨在對蓄電池系統(tǒng)的原理進(jìn)行介紹，分析鎳鎘蓄電池的失效形式，以提出合理的維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：鎳鎘蓄電池;失效;維護(hù)

中圖分類號：TM912.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

蓄電池系統(tǒng)是地鐵列車輔助系統(tǒng)的重要組成部分，在列車處于緊急狀態(tài)時(shí)，蓄電池將對應(yīng)急通風(fēng)、應(yīng)急照明、通信系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等負(fù)載應(yīng)急供電45分鐘，而蓄電池一旦故障將直接影響列車的正線運(yùn)營。日常普查整改過程中也發(fā)現(xiàn)部分列車蓄電池絕緣阻值不達(dá)標(biāo)、蓄電池漏液等情況，若不做及時(shí)處理可能導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部溫度異常升高，最終造成蓄電池自身的燒損。

1 鎳鎘蓄電池介紹

目前市場上地鐵列車采用的蓄電池種類主要分為兩大類：酸性蓄電池和堿性蓄電池。其中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬酸性的鉛酸蓄電池和堿性的鎳鎘蓄電池，這兩種蓄電池的制造技術(shù)都相對比較成熟，兩者的優(yōu)缺點(diǎn)也十分的明顯。

堿性蓄電池一般以一定比例的KOH/LiOH溶液作為電解液，正極板為燒結(jié)式正極板，以氫氧化鎳作為活性物質(zhì)浸漬在燒結(jié)鎳基架內(nèi)，導(dǎo)電性好，強(qiáng)度高。負(fù)極板是用加強(qiáng)筋制造的膏涂敷多孔性的導(dǎo)電板，以氫氧化鎘作為活性物質(zhì)，強(qiáng)度高，壽命長。

鎳鎘蓄電池具體化學(xué)反應(yīng)方程如下：

蓄電池充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲存，而在放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。

2 蓄電池失效形式分析

在蓄電池的壽命周期內(nèi)存在各種失效情況，多與電池的生產(chǎn)工藝相關(guān)。以下為一些常見的蓄電池失效形式。

2.1 蓄電池失水

蓄電池失水主要包括蓄電池密封不良導(dǎo)致泄露及反應(yīng)失水：蓄電池密封不良會導(dǎo)致列車運(yùn)行過程中電解液、氧氣泄漏，從而導(dǎo)致壽命的縮短。

鎳鎘蓄電池充放電時(shí)正負(fù)極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，具體方程式如下：

從方程式中可以看出，鎳鎘蓄電池充電時(shí)會生成水，放電時(shí)會消耗水，理論上來說，蓄電池正常使用過程中并不會消耗電解液，但隨著蓄電池充放電次數(shù)的增加以及后期蓄電池長期處于過充狀態(tài)，部分水被水解生成氫氣及氧氣釋放到大氣中，會造成液位的下降，因此在使用過程中需定期添加蒸餾水以保證蓄電池的性能。

2.2 隔膜破損

蓄電池隔膜是蓄電池最關(guān)鍵的組件之一，隔膜的特性直接影響電解液的遷移特性、透氣性、容量及安全性能。在蓄電池工作過程中，隔膜起著分隔正負(fù)極，防止接觸短路的作用，同時(shí)，在蓄電池充放電過程中提供離子運(yùn)輸通道。

隔膜一旦破裂損壞就會導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸發(fā)生短路，瞬間釋放大量的熱，殼體受熱會產(chǎn)生形變，嚴(yán)重時(shí)會直接燒穿殼體，引起電解液的大量泄漏。

2.3 制作工藝上的弊端

極板毛刺、毛邊、異物，裝配偏差過大，材質(zhì)不達(dá)標(biāo)，雜質(zhì)過多等問題都會影響蓄電池的容量及壽命。極板毛刺及異物會導(dǎo)致蓄電池正常的使用過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的自放電現(xiàn)象，相當(dāng)于在內(nèi)部附加了一個(gè)放電電阻，影響蓄電池的容量及壽命。

2.4 極板及線纜銅綠

極板連接處及線纜材質(zhì)通常為銅，銅在空氣中遇水氧化生成銅綠，會導(dǎo)致連接部分電阻增加，一旦有電流經(jīng)過，就會溫度升高，加劇蓄電池的內(nèi)部消耗，影響蓄電池容量，嚴(yán)重時(shí)影響充放電。

2.5 熱問題

鎳鎘蓄電池使用過程中的溫度條件，將直接影響蓄電池的壽命，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，處于0℃～10℃工作環(huán)境下的蓄電池能獲得更長的壽命。蓄電池長期處于過高的工作環(huán)境中或內(nèi)部短路，都可能導(dǎo)致極板的迅速老化，電解液的快速干涸，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致蓄電池的燒損。

2.6 電解液雜質(zhì)

電解液中的少量雜質(zhì)也會對蓄電池的性能及可靠性產(chǎn)生很大的影響。部分雜質(zhì)例如碳酸鹽離子對電池負(fù)極板的危害非常大，少量的碳酸鹽離子就會提高金屬鎘的溶解度，導(dǎo)致鎘通過隔膜的遷移，從而影響負(fù)極的反應(yīng)效率，因此電解液不能長時(shí)間暴露于大氣中，以減少碳酸鹽的形成。

3 合理化維護(hù)建議

3.1 添加蒸餾水

蓄電池長期充放電后常呈現(xiàn)出電解液液位過低的干涸情況，需定期添加蒸餾水，在添加蒸餾水及液位測量的過程中，應(yīng)保證蒸餾水的純凈，避免各類雜質(zhì)混入電解液。電解液中雜質(zhì)過多時(shí)，充電過程中通常會伴隨著大量泡沫析出，日常維護(hù)中應(yīng)注意觀察，及時(shí)處理。

目前蘇州地鐵鎳鎘蓄電池補(bǔ)液周期為三個(gè)月，補(bǔ)液要求為液位>0.6，理論上來說液位消耗每兩周應(yīng)<=0.1，若在抽查過程中發(fā)現(xiàn)液位下降過快，可判定該節(jié)蓄電池單體為問題單體，應(yīng)及時(shí)處理更換。

3.2 檢查漏液狀況

蓄電池漏液的表現(xiàn)形式通常為肉眼可見的液流痕跡、蓄電池外殼燒損、蓄電池絕緣過低等。維護(hù)人員應(yīng)制定詳盡的周期維護(hù)計(jì)劃，定期檢查蓄電池外觀，在泄漏處通常會形成肉眼可見的碳酸鹽白色粉末，若發(fā)現(xiàn)需及時(shí)處理。

3.3 做好清潔及線纜防護(hù)

在日常蓄電池維護(hù)時(shí)應(yīng)使用微濕的布對蓄電池表面及蓄電池箱體進(jìn)行擦拭，不得使用清潔劑清洗，在線纜連接處及裸露金屬表面應(yīng)涂抹一層凡士林或抗腐蝕油，能有效減緩腐蝕及銅綠的生成。

3.4 定期充放電

鎳鎘蓄電池若長時(shí)間處于不完全充放電的工況下，會在蓄電池內(nèi)部留下痕跡，影響蓄電池的容量，這種現(xiàn)象叫蓄電池的記憶效應(yīng)。因此，維護(hù)人員應(yīng)每兩年對蓄電池至少進(jìn)行一次以恒流充電電流為標(biāo)準(zhǔn)的充放電循環(huán)，若多次循環(huán)后蓄電池容量仍達(dá)不到要求，需考慮更換蓄電池。

3.5 蓄電池儲存環(huán)境

蓄電池的儲存環(huán)境也直接影響蓄電池的容量及使用壽命。蓄電池的儲存環(huán)境應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，避免陽光直射，同時(shí)應(yīng)保證良好的通風(fēng)、干燥的環(huán)境，避免灰塵堆積。

4 結(jié)束語

城市軌道交通列車蓄電池技術(shù)不斷在進(jìn)步，蓄電池的規(guī)格參數(shù)也在不斷更新，但蓄電池最根本的原理是不變的。只有從根本上學(xué)習(xí)蓄電池原理，了解蓄電池的失效形式，才能更好的制定維護(hù)措施，保證列車的正常運(yùn)營。

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