阀控蓄电池维护规程明说.doc

铅酸阀控蓄电池使用与维护规范说明前言阀控蓄电池的维护，是蓄电池投入实际应用后的必要工作。合理的维护可大幅度提高蓄电池工作的可靠性和使用寿命。说明：蓄电池的合理使用，可以大幅度延长蓄电池使用寿命。合理使用的基础条件是对蓄电池的原理和特性熟悉，同时对使用条件的动态因素也要熟悉。这两项条件同时具备，才能对蓄电池制造厂提出合理的质量改进要求，并在使用中把蓄电池的使用价值充分发挥出来。现在许多用户对蓄电池认识较浅，所以制定的本行业使用标准中，错误的条款长期得不到修正，造成资源、能源的大量浪费。为了改变这一状况，现制定这个标准，向社会公布。蓄电池协会有责任帮助蓄电池用户修订原有标准中的错误，希望电池用户相应。本规程主要用于多单节组成的阀控蓄电池组的维护。说明：电池成组以后，就有电池组内容量均衡性问题，容量均衡性标准合理了，就为使用蓄电池提供了必要的技术条件，蓄电池的使用寿命就延长了。如何检测、控制、修复容量的均衡性，涉及到标准、专用设备，技术环境等方面的问题。本规程也适用于阀控电池、防酸隔爆和开口电池。其控制原理，也适合于锂电池、镍氢电池、锌空气电池。说明：这个规程，是基于化学电源蓄电池的固有规律提出来的。因此它可以移植到其他类型的电池上，有着广泛的指导意义。1范围为了合理使用阀控电池，现制定“阀控电池在线容量维护”规程。本规程适用于铅酸阀控电池，在成组使用蓄电池的场合，都可采用本规程维护。说明：阀控蓄电池，曾一度被误称为“免维护”电池，虽然现在已经取消了这个词，但在许多行业引发的错误做法却难以改正。如通信行业在使用阀控电池后，就取消了邮电学院和邮电大学蓄电池这门课程，使现在的50岁以下的电源技术人员，基本没有蓄电池知识。在通信行业内的电源使用经验交流会中的论文，都有明显的概念性错误，所以就没有对错误规程的纠正能力。该标准可用于铁路机车车辆、通信基站、电动汽车、煤矿蓄电池机车、UPS电源等范围。说明：在上述几个行业，使用电池数量大且集中，在使用标准中，都有一些错误，甚至把错误当作经典实施多年。如电动汽车上，由于购买汽车者不相信蓄电池的使用寿命，销售者也拿不出可信服的材料，证明使用成本低于燃油车，所以采用锂电池的电动汽车销售阻力很大。把本标准的人工维护理念注入蓄电池管理系统BMS，进行电池分档使用，就能大幅度降低电池使用成本，为电动汽车打开市场化大门添加强有力的动力。2规范性引用文件2.1蓄电池用水技术标准2,2阀控蓄电池标准说明：现有的阀控蓄电池标准，是基于单体电池制定的，主要是对蓄电池制造提出要求，对用户的要求较少。本标准主要是对蓄电池用户提出要求，内容是根据在各行业的故障调查和工艺措施汇总的，提出的对策是以“公司”的名义提出，虽已经使用多年。由于行业之间的壁垒，并未引起电池用户的关注，现在以行业协会的权威性向社会公布，以达到减少资源、能源消耗，增加社会效益的目的。3名词定义3.1蓄电池组：有大于两节的多节单体蓄电池串联和并联组成的独立化学电源装置。有3、6、12、24、48、96、144、192、300、600V等标称电压规格。说明：电压的等级，依据使用条件确定的。铅酸蓄电池组，是以2V的标称电压为基数，乘以串联单节数。镍氢电池以1.2V为基数，铁锂电池以3V为基数，锰锂电池以3.6V为基数。3.2标称容量：蓄电池的规格容量，用世界通用的C表示。3.3保有容量：蓄电池现存的实际容量，用CB表示。3.4结构容量：蓄电池充分充电达到的实际容量，用CJ表示。说明：在以往的技术标准中，电池的容量只用一个词“容量”来表述，这就引发对电池状况表述的混乱。这里细分为“标称容量C”、“保有容量CB”和“结构容量CJ”。用户选择电池时，合同注明的是“标称容量”，这个数值在使用中是不变的。使用中当下电池的实际荷电容量，称为“保有容量”，这个数值随着使用条件的不同而不同，是在0100%这个范围波动，这个数值决定着设备使用的安全性。结构容量是指蓄电池使用一段时间后，由于电池化学结构和物理结构的变化，充电后电池实际可以达到的容量值，铅酸电池这个值在0130%这个范围变化，这个数值决定着电池的使用潜力。实际生产中，大量报废的电池是由于保有容量偏低并非是结构容量失效。只有细分为这3种容量概念，才能准确表达电池实际状态。3.5日历寿命：指从蓄电池打印在壳体上的日期开始，到蓄电池下线停止使用的连续时间。3.6循环寿命：按相关标准规定的充放电规范进行的蓄电池循环次数。3.7使用寿命：指蓄电池上线使用的日期到下线停止使用的累积时间。说明：电池的循环寿命和浮充寿命是完全不同的，由于两个数值不但取决于电池结构，还取决于使用技术环境，两个数值也不能换算。有的行业提出的换算标准，缺乏技术依据，把某个厂家电池的结构当作一成不变的通用结构，这是不对的。有的电池在浮充条件运行，停电机会很少，电池的使用寿命明显高于停电较多的地方，如果只用“使用寿命”表述电池的优劣，就会得出相反的结论。电池的使用寿命区分为3种，才能准确表达电池使用特性。3.8蓄电池静态内阻：指蓄电池在不输出电流时测量得到的正负极柱的欧姆电阻。通常用电导仪测到的内阻值就是蓄电池的静态内阻。3.9蓄电池动态内阻：指蓄电池在输出电流时测量得到的正负极柱的欧姆电阻。用CB检测仪测量的数据，就是与蓄电池的动态内阻值对应的负载电压值。说明：电池的内阻要细分为“静态内阻”和“动态内阻”两个概念，它们表达的技术内涵完全不同。现在市售的电池内阻检测仪，并不声明是测量动态内阻还是静态内阻，实际测量的是静态内阻。这种概念的含混误导了许多用户，以为测量值表达了蓄电池的特性，并试图利用测量值制定作业标准。由于电池的失效是由于动态内阻增大造成的，所以现在市售的蓄电池内阻检测仪，难以在蓄电池组中识别出落后电池。只是在电池远低于安全限度的条件下，才有规律性数据表达。通信行业标准要求电池厂提供电池出厂时“蓄电池内阻”，实际就是用市售的内阻仪测量的静态内阻值，电池厂虽然知道这类检测仪测量数据不能表达蓄电池内在质量，但还是按照“上帝”的要求照办了，但没有一个电池厂用这个数据来控制产品质量，电池用户也不可能利用这些数据增加设备的可靠性。要等到从这些数据来判断电池组的故障，电池保有容量就远远低于安全限界了。这就不但增加了无效劳动，还引发了对产品质量评判的混乱。所以要根据蓄电池基本特性和规律，明确提出废止静态内阻的测量，改用负载电压法测量其负载能力或表述成动态内阻。4工艺规程阀控电池在线容量维护规程，共包含4个程序： 4.1建立备品管理制度4.1.1对下线的蓄电池组进行报废鉴定。对下线一个月内的蓄电池，通过保有容量检测，可把实际容量低于安全限界的蓄电池分离出来。对下线超过一个月的电池，应先进行充电作业，再进行分离作业。说明：对下线的蓄电池进行报废鉴定，可以避免电池的连带报废。把可以使用的电池整备后以浮充的方式保存，这部分电池就可作为备品，替换在线的不合格电池。4.1.2对鉴定可以使用的电池做除硫化作业。除硫化作业首选纯物理方法和工艺。慎用含有碱金属离子的容量复原添加剂，这类添加剂都有软化极板的副作用。说明：除硫化作业中的化学添加剂，虽然短时间对提升电池容量又较明显的作用，但对极板的结构破坏较大。市场上常见“可以使电池起死回生”的过度宣传不符合实际情况，化学法只能在应急条件下使用。采用物理方法效果较稳定。4.1.3容量恢复到使用限界的蓄电池，在2.23V或相应浮充条件下保存。说明：容量达到使用条件的铅酸电池，应模拟使用条件在浮充条件下或涓流条件下保存。在储存期间，可以考察自放电的指标是否合格。4.1.4备品电池启用时，必须测量蓄电池的CB值，验证其达标才能使用。对未能达到使用限界的蓄电池，应按报废处理。说明：备品电池的实际质量，是处于连续变动的状态，并不是当初筛选出的电池，使用中都一定是合格的。启用时要用检测仪测量蓄电池的保有容量，达到使用限度的才能启用，这就避免自放电大的电池混入电池组。4.1.5对已经损坏的电池返回有回收资质的公司。 4.2在线检测容量均衡性和安全性控制4.2.1在线检测蓄电池首选CB法由于电池在免维护状态下使用的损坏方式主要是极板硫化，而在合理维护状态的蓄电池损坏方式主要是正极板的电化学腐蚀，两种不同的损坏其电导值是不同的。由于电导仪不能在电池安全使用标准的限界左右，定量地分辨蓄电池的实际容量参数，测量的数据对表达蓄电池供电能力，有不确定性，所以使用电导仪测量蓄电池的内阻，不能保障维护后蓄电池组的容量状态达到既定标准。对一个既定规格型号的蓄电池，其动态内阻是个与负载电流、供电时间、电池的保有容量、温度这5个参数直接相关的参数。如果不说明被测电池的保有容量状态和测量电流的大小，测量蓄电池的内阻是没有意义的。负载电压法是直接测量蓄电池供电能力，见图1，这是可信度最高的测量方法。这种测量方法的产品技术水平，在安全使用限界上，已经达到可以定量分辨蓄电池是否合格的能力。这种测量方法的核心是选择负载电流I的数值、测量过程中稳定测量电流I和实时锁定对应的电压U数据。这里的U值，与电池的保有容量直接相关。按照这个原则制作的CB检测仪，对蓄电池的保有容量状态判断，数据的可信度远大于电导式内阻仪的检测值，推荐在蓄电池维护中采用。其外观见图2.测量时压接在被测蓄电池的极柱上，测量值分别用上面的两个数码管显示。说明：这种检测方法，源于高效率放电叉，使用电子技术升级后，达到检测电流恒定，电压数据测量精确的功能，是一种便捷的蓄电池维护专业工具。使用这种检测仪，可以方便的识别电池组的落后单节，也可快速查找出电池组串联无效连接的处所。IEEE1188号标准提出测量蓄电池的内阻，却没有明确是动态内阻还是静态内阻。现在市场上的蓄电池内阻仪，在通过鉴定时，都是用测量固定电阻的方法，类比高精度电阻仪的测量值，确定其精度的。但是电池的内阻与固定电阻有完全不同的属性。电池的内阻是与放电电流相关的参数，并不是一个固定值，也不可能制造出具有确定内阻的单节电池，电池静态内阻的测量值与电池的容量弱相关。200Ah电导内阻的测量值，保有容量在15%以下才有可分辨的能力，这已经远远低于设备允许的安全限界。在大容量电池中，分辨能力就更低。所以这类检测仪虽然已经销售多年，尚未见到使用其排除蓄电池组故障的报导。操作者也不敢使用电导式内阻仪的测量值，承担维护作业的责任。用两种检测仪同时检测同一组电池的效能对比，可以说明CB检测的功效远高于电导内阻法。具有中国独立知识产权的CB检测仪性能远高于国外进口的电导式内阻仪。使用CB检测仪维护的电池组，完全可以查找出电池组中的落后电池，无一漏网。4.2.2控制蓄电池单节容量的均衡性，使蓄电池组每个单节容量或CB检测值都在安全限界以上。安全限界是根据行业的使用条件制定的蓄电池下限标准，这是蓄电池可靠性的核心指标，及时更换失效单节和维护调整蓄电池的工作条件，是保持容量均衡性的作业内容。均衡性控制的目的是保障蓄电池组放电时，其中任何一个单节都不会发生过放电。只有保障蓄电池组每个电池的CB值在安全限度以上，串联的电池组供电能力才能达到安全状态。电池互换的原则是结构容量CJ的合理匹配，各单节电池间的CJ的差值应控制在10%以内。根据这个原则，不同厂家、不同标称容量、不同使用时间和不同型号的电池，都可以互换。检测的频率根据电池的新旧程度和重要性制定，时间间隔通常不小于3个月。在动力电池使用中，可在100个全容量充放电循环后做一次均衡性检测。说明：这项工艺措施，可以把铁路机车蓄电池组的运行故障稳定控制到“0”的水平，2004年已经编入铁道部机车蓄电池检修规程。通信行业标准中规定的“四不同原则”，就是不同规格、不同厂家、不同使用年限、不同批次的蓄电池，不能混用。这项要求，源于电源设计规范，把这种设计标准当作维护标准是错误的。这个要求，实际上并没有定量数据的支持，也不可能拿出数据说明混用后引发了那些故障，只是出于定性逻辑推理。这个要求的技术前提是，符合“四相同”方式组合的电池内阻是相同的。这只是期望的幻想，在实际中永远都是不存在的，电池的端电压和内阻实际始终处于连续动态变化之中，“基本一致”是短暂的，“基本不一致”状态是永恒的。按照“四相同”这个要求，在基站更换一个电池实际就是无法实施的。在每个通信公司仓库中存放的大量下线电池，因无法按照“四相同”原则配组，只能报废。在大量的维护作业中，电池组合理工作条件实际只有“结构容量一致”这一条件，在基本相同的浮充和负载放电条件下，也就是演变成“保有容量”一致的条件。这个标准在铁路系统，已经执行了几十年，减少了大量的事故，简化了备品管理，节约了生产成本。在几年通信基站的维护作业中，采用“保有容量在安全限度以上”这一原则，消化了大量被误报废的电池，转化成备品维护了上千个基站，效益显著。在以蓄电池为动力的电动车辆上，动力电池容量均衡性的检测和控制是需要定期进行的。这是降低蓄电池消耗量的重要工艺环节。4.2.3浮充电压的跟踪调节备用电源长期处于浮充状态，浮充电压直接决定着电池的保有容量和使用寿命。电池的浮充电压在2.252.29V范围，电池合理的浮充电压，要根据蓄电池组的CB值进行调节，原则是保持保有容量CB值在结构容量CJ值的90%以上即可。不能根据电池的浮充电压判断电池是否在电池的安全使用标准以内，只有当电池远远低于安全标准时，多用电压表测量的浮充电压值才有分辨能力。定期测量蓄电池的浮充电压是没有意义的。说明：合理的浮充电压，应是抵消蓄电池自放电为度，铅酸电池的浮充电压精度要控制在1%的精度。由于电池制造的差异，不能用浮充电压值来判断电池是否合格，应使用CB检测法检测电池是否在安全使用限度以内。4.2.4定期用核对性放电方法判断蓄电池的性能，需要做到全容量放电，才能知道电池的真实容量。 4.3补加水使容量提升4.3.1给运行中的蓄电池补加蓄电池用水。4.3.2补加水的周期根据失水速度确定，通常浮充条件下建议按每年一次作业。4.3.3补加水的数量按补加到可见水即可，以500Ah单节电池为例，在有空调的环境，每年需要补加250mL左右。其他容量的电池壳参照类比制定标准。4.3.4补加水后电池处于浮充电状态大于一周时间，或用0.1C电流充电58h。充电的目的是促使电解液均化。说明：“免维护”的提法，误导了通信行业上层技术决策，导致取消了邮电学院电源专业的蓄电池课程，致使现在50岁以下的技术人员，基本没有蓄电池知识。自从使用“免维护电池”，从计划开始就没有蓄电池维护经费，对电池的补加水作业也就停止了。在实际使用中，电池行业很快发现完全不加水电池的寿命会很短，于是从2004年开始，把注液口的胶粘结构改为螺纹结构，以方便补加水作业。现在已经在标准中取消“密封”和“免维护”的提法，正名为“阀控蓄电池”，但许多电池用户却不知道这一技术进步，仍然按照“免维护”的方式使用，没有维护经费，也没有维护有效的工艺，这种不合理的状态一直延续到现在，使电池的结构容量衰减速度增大了23倍。蓄电池补加水，可以大幅度延长蓄电池使用寿命，避免由于缺水造成的误损坏。补加水有具体的工艺要求。水的质量，加水量，加水周期，加水后的处理，什么情况不能加水，如何避免加水造成的电池损坏等，都有具体要求。 4.4蓄电池组的合理并联4.4.1在技术规范允许范围内，尽可能不采用多组并联的组合方式。并联电池组的充电电流分配不均衡是影响电池组寿命的重要因素。4.4.2在并联电池组的标称等压点安装均压线，可以改善充电电流分配不均的问题。均压线电阻值应大于串联线电阻50100倍。见图3.说明：在许多场合下，供电要求需要采用并联蓄电池组，以增加电池组的容量和增加电源作业时的可靠性，但是并联使用蓄电池组，会引发充电电流发生偏流，充电电流不能均衡的在各组电池中分配，这就进一步引发有的电池组被过充电和有的电池组充电不足。这种偏流的程度取决于电池的原始质量和充放电循环的次数。通常铅酸蓄电池有300次循环寿命，在96V的并联蓄电池组中，循环寿命只有3060次。这是电源的共性规律，无论铅酸电池、锂电池、锌空气电池、镍氢电池都是这样。电池内阻越小，损坏越容易发生，锂电池内阻远小于铅酸电池，采用锂电池的基站，电池的使用成本都会上升。在备用电源中，由于电池真正处于充放电循环的时间很短，在90%以上的时间里都是在浮充状态，因此并联结构电池组充电电流的偏流会造成电池组慢性损伤，所以不容易引起注意。在通信行业的实验室中，对电池的循坏寿命试验都是用单组蓄电池进行的，所以没有发现这种并联电路引发的电池损坏。5相关标准5.1蓄电池用水标准：电阻率大于500K或电导率小于2西门子。5.2用负载法检测蓄电池的负载电流用I=0.52C10,计算机控制数据锁定时间5秒。5.3对超过1000Ah的电池，采用500Ah的单节在外部进行组合方式，可以方便的更换失效单节。不推荐制造和使用“单节”容量大于1000Ah的电池。说明：通信行业在中心机房使用大容量的蓄电池，要求电池行业生产大容量的阀控蓄电池。电池厂为了迎合市场的需求，生产了3000Ah的单节电池，重量达到225Kg。这种电池实际是用几个电池并联的，直接采用外部并联，备品管理简单，维护方便。5.4对于12V连体电池，采用可注液结构的产品。说明：在UPS电源和一体化基站中，采用12V连体电池，建议选用可方便补加水的结构，方便维护作业。由于连体电池有连带报废的固有缺点，选用时要考