閥控式密封鉛酸（VRLA） 一電蓄電池的故障模式

電解液干涸是造成VRLA 一電蓄電池無法使用的主要原因之一。許多故障模式都有導致電解液干涸的傾向。

高溫環境– 電池生產商一般采用在特定環境溫度下的工作年限的形式，來表達保修壽命或設計壽命。在可控環境下，可進行合理預測。根據經驗，對于一個保持恒定充電狀態（浮充壽命）的固定型VRLA 一電蓄電池來說，在最適宜的25°C (77°F)溫度基礎之上，每升高8°C (14.4°F)，壽命減少50%。對于VRLA 一電蓄電池的批評，一定程度上是因為它們廣泛用于狹窄、不可控的環境，如室外機柜等，這些環境中，溫度劇烈變化司空見慣。圖4 提供了在數據中心等溫度穩定環境中持續工作時的預期合理服務壽命。

當然，單憑經驗，可能會忽略很多。圖4 只是考慮了一個因素（溫度），但實際上VRLA 一電蓄電池受多個因素影響。例如，即使室溫完全合乎條件，電池堆放過密或置于不通風的機柜，也會導致內部溫度過高，從而使容量過早受損。

圖 4

工作溫度與電池壽命

循環壽命– 較少使用的電池，其壽命明顯長于每天都充放電的電池。生產商的產品簡介中很少公布電池的循環壽命。每次，您通過電池供電，就是在放電。您放電的功率瓦數和時間長度決定了“ 放電深度”(DOD)。電池放電速率、兩次放電之間充電的時間，以及充電速率也都很重要。在電池的設計中，通常假設每年有2-3 次深放電（放電深度為100%）。一般來說，一個VRLA一電蓄電池能提供上百次的淺放電（放電深度<25%）。而在現場實際運行過程中，將有多種類型的充放電情況。

充電模式– 越來越多的證據表明，浮充電壓對VRLA 一電蓄電池的壽命影響很大。富液電池常見的、定期對電池高壓“恒流充電”的做法，公認為對VRLA 一電蓄電池非常不利。數據中心和網絡機房UPS 系統中使用的電池一般為恒定電壓充電，稱為浮充電壓。電池不能超過電池生產商規定的浮充電壓值。過度充電會導致電解液干涸，縮短電池壽命，并引發故障，有時甚至出現災難。大多數數據中心和網絡機房UPS 在10 倍于放電周期的時間內，將電池充電到額定電量的90%（例如，一次7 分鐘放電后，將充電10 x 7 = 70 分鐘）。如果充電過快，會給電池造成壓力，縮短其壽命。

為適用于數據中心和網絡機房，系統必須包括一個能精確調整電壓的控制機制。它也應該能根據溫度來調整電壓。

幾年前，大家普遍認為，由于交/直流整流器不佳而導致的紋波電流是縮短電池壽命的主因。但如今，人們意識到，在大多數UPS 系統中，紋波電流并不會造成嚴重問題，但過多的交流紋波電流確實會對電池內部熱量生成和服務壽命造成巨大影響。UPS 充電器應盡量減少紋波電流（如每100 AH 低于5A 等）。

電池反極– 大型電池串聯組，主要是VRLA 一電蓄電池會出現電池反極現象。只有當電池放電，且具備以下兩個前提條件時，才會形成電池反極：

1. 在一個電池串聯組中，一個電池的電量遠遠低于其它電池。

2. 電量較低的那塊電池被其它正常電池造成電極反極。

盡管出現電池反極，但電池組仍能保持足夠的總電壓，以便電池組繼續向負載供電。

這種情況是否會出現，取決于系統設計。一般來說，電池總線電壓低于100 V 的UPS 系統，或是采用并聯電池組的系統，不會出現此現象。因為電池性能下降或生產時的問題，會出乎意料地形成上面第一個條件。而以上兩個條件都出現后，反極的電池會給全部電池電量帶來5%的功率消耗，導致電池嚴重過熱，甚至在某些極端狀況下爆炸。

幸運的是，我們可以通過以下措施，幾乎完全避免系統中出現電池反極的風險：

使用并聯電池組

使用較低的UPS 直流總線電壓

監控電池組中的電壓

并聯電池組有助于防止上面第二個條件的發生，因為當問題電池上的電壓企圖反極時，電流會流入鄰接電池組。插裝式電池模塊采用并聯電池組，不會出現這種故障模式，因為試圖反極的電池上的負載電流會流入鄰接電池組。

內部故障– VRLA 故障包括負極端子侵蝕、負極匯流排破損、極板過度增長、負極容量損失，以及正極和負極匯流排相觸等。這些故障會在電池使用后的1 至5 年內出現。

板柵侵蝕/極板間距變短– 正極板柵侵蝕/增長是導致VRLA 一電蓄電池和插裝式電池模塊（特別是設計壽命較短的電池）故障的主要原因之一。這種情況下，總是先發生電解液干涸，再出現板柵侵蝕問題。正極板柵侵蝕也是富液電池系統的一種常見故障模式。它造成機械強度減弱，最終使得板柵上鉛脫落。內部阻抗增加，而電量減少。嚴重時，板柵侵蝕會破壞一電蓄電池箱、蓋和端子。極板間距變短也是一種常見故障模式。這種故障減少了電池電量，但電池組仍能為UPS 供電。

互聯故障– 大多數電池間連接故障會導致突然斷路，不會造成危險。但一小部分互聯故障會造成穩定高阻抗。在VRLA 一電蓄電池系統中，放電期間，連接端子上電流很高。高阻抗互聯會導致嚴重過熱甚或火災。帶有電流和溫度監控的電池系統能夠檢測或在其嚴重前防御此類故障模式。插裝式電池模塊在工廠出廠前就已完成連接，故障率低。插裝式電池模塊一般在低電流下運行，因此不像富液電池那樣，對低阻抗連接有較高的要求。

熱失控– 當一個VRLA 一電蓄電池長時間處于極高“浮充”電壓狀態或在完全重組模式下過度充電，幾乎所有過度充電的能量都變成熱能。出色設計的應用能夠熱失控，達到熱平衡，因此不會出現問題。但是，如果熱量產生速度超過散熱速度，電池溫度將會升高。溫度升高，則會使電池電流增加（浮充電流）。而電流增加，則又進一步提高溫度，為保持浮充電壓不變，就需要更高電流。更高電流又散發更多熱量，直至電解液在126°C (259°F)蒸發為止。在排氣口打開，釋放出氫氣、氧氣，偶爾還釋放出極少量的硫化氫和霧狀電解液之前，電池中始終存在壓力。電池內部壓力和外殼材料在較高溫度下的軟化，已證實會造成一電蓄電池箱凸起甚至破裂。如果一直不能察覺，那么這個惡性循環將繼續，直到電池電解液干涸并失效。

以下情況會導致熱失控：

高溫環境

通風不良/電池/設備間未留有足夠空間

缺乏能降低電壓的電壓補償

不當的浮充電壓調整（充電器電壓過高）

電池組中單個電池故障

充電器故障導致高輸出電壓、電流或紋波電流

過度冗余的整流器（造成充電電流過高）

在熱失控中，高電壓和高熱能互為因果。如果其中一個消失，則熱失控問題就會得到緩解。出色設計的整流器或不間斷電源系統采用了溫度補償充電。實際上，防火規范現在要求為安裝在數據中心或網絡機房中的電池配備經過認可的溫度補償設備。溫度補償充電能夠監控電池溫度，根據電池溫度的增加情況，按比例降低充電電壓。對于熱失控的校正措施包括：

降低房間或機柜中的環境溫度

將電壓降低到將引發熱失控的閾值以下（對于工作于恒定電壓的電池）

將電流降低到將引發熱失控的閾值以下（對于工作于恒定電流的電池）

斷開電池與充電器或整流器的連接

關閉整流器或充電器

閥控式密封鉛酸（VRLA） 一電蓄電池的安全