蓄电池工作原理与维护

阀控式密封铅酸蓄电池工作原理与日常维护内容简介蓄电池基础知识日常维护参数设置使用前、中、后维护重点常见问题探讨剖面图阀控密封蓄电池（VRLA）基本概念（1）是一种能量的备用储存装置，仅供备用；作为备用的优势（充满保存）；（2）“免维护”概念的误导（3）“密封”设计的概念(超细玻璃棉隔板内阻低、高效率放电向能好)（安全阀：调节电池内外压力、过滤酸雾、防电池内部污染）（4）固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）基本原理和反应酸性二次可逆电池；（固定、阀控、密封GFM、GFMJ胶体）氧化还原得失电子反应（在各自不同的区域里进行)氧复合原理（氧循环原理）AGM——阴极吸收式（贫液式）GEL——胶体式（5）现行通信行业标准《YD/T799---2002》现行电力行业标准《DL/T637---1997》★组成阀控密封电池的必要条件（1)专门的正极板板栅铅合金；板栅的作用及正板栅的技术要求《Pb-Sb和Pb-Ca双合金技术及其应用》（2)负极活性物质过量设计原则；《浮充状态下蓄电池使用寿命的保证》（3)专门设计功能型单向安全排气阀；《单向安全排气阀的必备功能》（4)专门设计功能的超细玻璃纤维；《保证蓄电池内部氧气复合的基本条件》（5)专门设计的充电方式；《两阶段恒压安全连续充电、电压、电流》VRLA电池具有以下主要优点★不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；★自放电小，25℃下自放电率小于3%（每月）；★电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年（理论寿命15年）；★结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小；★电池的高低温性能较好，可在-15℃—40℃范围使用；★没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）；比能量较高，大电流放电性能好。★阀控密封电池的设计思想和基本原理O2H2PbSOSO2HPbOPb:OH2PbSOe2HSOH3PbO:HPbSOe2HSOPb:24)(42224)(2444充电放电充电放电充电）放电（总反应正极负极OHPbSOSOHPbOPbOPbO2124422让负极活性物质过量，同时能很好吸收正极放出的O2，就实现了阴极吸收的设计。★阴极吸收原理的反应过程示意图（1）放电中的化学变化蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。（2）充电中的化学变化由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加,亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束。双登蓄电池产品特点及改进措施★采用双合金制作极板，蓄电池具有深放电及深循环能力好，耗水量低，耐蚀性能优异。★专利组合端子。★极群自动焊接。★外壳本体材料热封焊。★短路检测考核充放电效率及容量恢复能力★充放电时电压、电流特定要求的说明。★均充退出动作要可靠。★使用后期浮充电压正常时要有浮充电流。阀控密封蓄电池的结构特点采用玻纤隔板预压缩紧装配贫电液结构设计。阀控铅酸蓄电池基本性能（1）标称电压：2伏；实际电压：2.15伏左右。新电池的荷电状态可根据电池的开路电压测量来判断，新电池的开路电压应在充电后20℃下静置24小时测量。（此法不适用于旧电池）荷电状态（StateofCharge）开路电压/单体（V/cell）100%2.1580%2.1060%2.0740%2.0420%2.00（2）V开＝2.15(51.6V)V浮＝2.23(53.5V)V均＝2.3V(55.2)（3）V开～C新新电池容量与开路电压成正比。（4）V开～D液电解液比重与开路电压成正比。（5）DOD（放电深度）～循环次数成反比。★放出电量越大，充放次数越少；国内较好指标：80％DOD，循环次数约1000次。（6）充电量/放电量，应大于1.2倍(充电量120％）（7）℃～D液电解液比重配置与温度成反比。阀控铅酸蓄电池基本性能阀控蓄电池基本性能（8）虽无记忆效应，但不能亏电。Pb（负）＋PbO2（正）＋H2SO4↔PbSO4＋H2O以上反应中关键是由右至左的充电反应要得到保证，且越完全越好。即：理论上充电越完全，硫酸铅反应越彻底。可以认为：阀控密封铅酸蓄电池维护工作的重点，是如何保证蓄电池的充电效果和建立并完善蓄电池行之有效的充电方法。（9）单体电池充电电压＜2.40伏。2.40伏为阀控电池体系的水解电位。国产蓄电池单体充电电压不要超过2.38伏（即48伏系统充电电压不要超过57伏）。阀控密封电池的失效模式（1）板栅的腐蚀与极板的增长由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。（2）电池内部不正常干涸失水（3）负极板表面硫酸盐化在电池的循环使用过程中，由于维护不当，如浮充电压设置的不合理，或“小马拉大车”，或环境温度的影响等原因，使得电池极板内部一些活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅间形成高电阻层，内阻增大，放电后又充不进电，长此以往，容量下降。（4）热失控当充电电流增大时，造成了蓄电池失水、内阻增大、容量衰减和在充、放电过程中产生大量的热量。这些热量如来不及扩散使温度剧增，就会形成热失控。热失控产生的原因还有没及时减小浮充电压、安全阀不严或开阀压过低等等。（5）早期容量损失（快速容量损失（PCL-1）,较慢的容量损失(PCL-2)和负极影响的一般容量损失(PCL-3)负极板硫酸盐化原因铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。长期充电不足经常进行深度放电（电池电压放电至≤1.75V-1.80V)（42V-43.2V）在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。★温度补偿对使用的影响在环境温度为30℃时VRLA电池的寿命将减少一半温度上升影响使用寿命。温度下降影响放电容量。温度补偿必须注意补偿范围：例：－20℃以下≤25℃≥45℃以上,按3mv/℃/cell～5.5mv/℃/cell;★温补上限不能超过57伏高压告警值，即：单体电压不能超过2.38伏；★温补下限不能低于52伏系统开路电压；即：单体电压不能低于2.16伏；★问题：无法预先设定温补范围，谨慎使用。★安全性的问题（1）大容量电池组推荐采用系统外并结构。a、单体结构；b、不同容量（大小）组合的利弊（安全合理性、占地、承重；c、容量的组合配置建议；（2）设定退出均充（转浮充）的动作要可靠。（3）容量离线放电后，需先尽可能充满再并入。（4）电池外壳材料的阻燃问题。（5）UPS系统蓄电池使用现状（方式、边际网等）（6）放电电流小于10小时率电流1/3以下时必须控制放出容量或控制放电时间。小电流：Ι10/3;（小电流定义的依据）电流小于Ι10三分之一以下，电压与时间的关系与标准曲线不对应。举例说明：……300AH终止电压47V(1.96V）一次下电10小时放电39小时390AH终止电压44V（1.83V）二次放电3.5小时35AH合计：390＋35＝425AH小电流充电15天90％★维护工作中易忽略的问题（1）交流三项严重不平衡的影响；（2）使用后期浮充电压正常，无浮充电流的问题(调高电压）；（3）标称容量与实际容量严重不符的问题。（4）长期在线备而不用的蓄电池组的维护（负极板硫酸化）；（5)蓄电池组补水的注意事项和要求（1ML/AH)；(6)单体电池更换数量的影响(《8只）；（8）在线使用电池容量低于80％注意事项（监测、加水）；(7)新旧电池配合使用的基本原则（尽量不要）；（9）废旧电池的处理要求（短路、自燃）；★开关电源相关参数设置表此表参数适用于放电电流小于0.1C10A的场合参数规范值双登电池参数说明★浮充电压2.23~2.27V/cell2.23V/cell端子实际测量值★均充电压2.30~2.35V/cell2.30V/cell开关电源设定值★充电限流值0.1C100.1C10缩短充电时间上限1.5Ⅰ10高压警告值57/2.38/cell57V排气、失水严重低压警告值45(1.875)，高于LVDS脱离电压47V(1.95)防止小电流过放电池温度补偿系数3mV/cell3mV/cell控制温补范围不建议使用★电池温度过高值35℃35℃影响使用寿命开关电源相关参数设置表（续）参数规范值双登电池推荐参数说明LVDS脱离电压44V/22V综合放电率44.4V1.85V/单体LVDS复位电压47V/23.8V考虑回路压降47V1.958V/单体48v系统蓄电池组复位工作电压48v48v防止由于蓄电池电压多次反弹，达到工作电压继续造成工作造成蓄电池深度过放电均充周期6个月6个月自动均充周期设定根据交流供电情况而定周期均充时间1～10H10H（最大值）复电均充起始条件市电一恢复即对电池进行均充该功能参数切勿附加启动运行条件(频繁停电）浮充转均充条件≥50mA/AH≥50mA/AH开关电源相关参数设置表（续）参数规范值双登电池具体参数说明★退出均充条件≤5mA/AH≤5mA/AH退出均充电流尽可能小确保充满的必要条件继续均充时间3H1~3H★充电容量倍数不小于1.2倍不小于1.2倍电流大确保1.2倍电量★电池分流器容量设定根据电池容量根据实际电池容量按实际电池容量设定电池连接先串后并先串后并电池报废指标不小于额定容量的80％不小于额定容量的80％小于80％后，容量下降速度加快。电池端电压50mV/20mV回路/开路50mV/20mV回路/开路按标准执行均充时间的设定均充条件均充时间1蓄电池安装调试结束后投入使用前1~10h，具体时间根据退出均充条件电池组均充电流小于10mA/Ah，自动转入浮充（并联时10mA/Ah*电池组并联数）2停电后蓄电池充电50mA/Ah（并联50mA/Ah*电池组并联数）3蓄电池容量检测后经行充电4蓄电池在使用过程中单体浮充电压低于2.18v时应进行均充10h均充时间达到10h后转入浮充5基站电池一般为6个月进行一次定期均充温度对蓄电池的影响电池平均温度寿命讲的率（%）25.C030.C3035.C5040.C6645.C7550.C83一般情况下，温度越高，放电容量越大。蓄电池的环境温度保持在24-25度，蓄电池将有最佳的使用寿命和性能。温度高于25度，电池的寿命将缩短，参考数据如下：不同放电时率的容量等效关系以1000Ah蓄电池为例：10h100A(0.1C)10hV终＝1.80伏8h(0.96)120A(0.12C)8hV终＝1.80伏5h(0.80)160A(0.16C)5hV终＝1.80伏3h(0.75)250A(0.25C)3hV终＝1.80伏1h(0.55)550A(0.55C)1hV终＝1.75伏★国产阀控密封铅酸蓄电池产品现状现行标准产品检测均合格无法判别优劣现行标准检测内容中相当指标用户无法考核（如：寿命；自放电；均衡性等）产品生产制造短期内很难规范和统一（技术来源；材料选用；生产现状；）产品设计本身有待于不断完善（失水；排气阀精度与寿命；外壳材料；连接可靠性；均衡性；）无系列分类（如：UPS系统,电力系统，太阳能系统；室外使用；）2002标准部分指标的讨论环境温度5.2;－15℃～45℃－20℃～40℃阻燃性能5.5；必须阻燃。明火检测。电池重量5.7；＜500Ah，8Kg/100Ah；＞500Ah(含),7Kg/100Ah；电池容量5.8初容量≥100％容量保存率5.10电池组平均不低于96％（28天）密封反应效率5.11；95％；≥99％排气阀压力范围5.13；压力值的稳定性（寿命）端电压均衡性5.16.22伏系列±50mv；单体间连接压降5.17；＜10mv(1小时率)＜5mv;(1小时率电流)封口剂5.19；