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在铅酸蓄电池的众多安全隐患中,各种原因导致的火灾始终扮演着“杀手一号”角色,如何有效的发现和防范电池起火事故也一直是研究的热点。图1为蓄电池漏液起火的场景。
酸蓄电池工作原理
铅酸蓄电池是一个能量储存与转换的装置,放电时,电池将化学能直接转换为电能;充电时则将电能直接转化为化学能储存起来。其充放电过程都是由化学反应来完成的,铅酸蓄电池的电化学反应式如下:
从上面反应式可看出当蓄电池充电完成后,若再继续充电则会导致电解液中的水份电解,而电解水的结果将使得电池正极部分产生氧气,负极的部分产生氢气,如果这些气体不能重新复合,电池就会失水干涸。是需要定期补水维护的。而阀控式密封铅酸蓄电池无需加水维护,Zui重要的关键在于电池能在电池内部氧复合,抑制氢气的析出。
蓄电池起火的原因
蓄电池间连接松动
根据能量计算公式:Q=I2RT(Q代表能量,I代表电流,R电表电阻,T代表时间)可知,蓄电在放电的过程中会放出一定的热量,放电电流和电阻值越大,放出的热量也就越大。电池间连接松动会导致接触电阻增大,并且会随着时间的推移而加大。当使用蓄电池进行输出时,电流经过该部位会引起发热,流过的电流越大,持续时间越长,发热量就会越多,温度就会不断升高。当温度上升到一定程度时,就会引起电池端子发热导致外壳材料炭化,ABS冒烟起火。连接松动引起的火灾场景见图2。
图3是某高校机房单组中4节蓄电池的某次放电时的温度时间曲线。蓄电池的电池配置电压为528V,每组44节,单节电池规格为12V100Ah,投运时间为1年。从图中可以看出,从放电开始第39节蓄电池的温度就急速上升,当放电1h的时候温度已经接近80℃。放电后经检查,第39节电池存在连接松动的问题。连接松动确实导致电池异常升温,存在火灾隐患。
蓄电池热失控
蓄电池的热失控指的是电池过充或环境温度过高导致充电电流过大,产生的热量将使电池升温。电池的温度升高会导致电池的内阻下降,内阻的下降又加强了充电电流。温度升高和电流的增大互相促进,使电池内部温度可以高达120℃以上,软化ABS外壳(ABS软化点90℃左右),从而发生电池的膨胀,漏液,起火。
需要注意的是正常浮充的电池在寿命中后期也可能会发生热失控,原因是充电末期电池会发生电解水反应,而氧复合的效率并不能达到,不断的电解液损耗会导致隔板的饱和度下降,这会增加密封蓄电池的氧复合的电流,不但增大电池的浮充电流,加速了电池的发热和的失水,并Zui终引发热失控。说浮充本质上也是一种过充电。
如果电池出现过充电,电池内部电解水的速率将会加快,这些气体来不及被吸收,会不断积累,当电池内部压力超过开阀压后排出氢氧混合易燃易爆气体,如果站点密封较好,在外部有火花时即容易引燃引爆。
蓄电池漏液
铅酸蓄电池漏液指的是电池在使用过程中,电图2连接松动引起的火灾池表面有电解液渗出。蓄电池漏酸的原因一般可分为三类:
①生产过程中的结构性密封损伤,如极柱和外壳焊接或粘接面存在未能及时发现的缺陷。在使用中产生漏液现象;
②运输或者安装过程中的不当操作,引起的蓄电池外壳显性或者隐形的损坏,并而未及时排除;
③充电设置不合理,使电池组长期过充电导致极板生长,外壳破坏,导致的漏液。根源还是过充电。
图4为蓄电池漏液的场景。