课件：铅酸蓄电池基础知识.ppt

铅酸蓄电池的发展历史与现状 VRLA电池的基本定义与分类 VRLA电池的基本原理 VRLA电池的基本结构与设计 VRLA电池的基本性能参数,基础知识,2,1859,Plante 普兰特 发明蓄电池,1900,开口式蓄电池 开始应用 （Open Cell ),1960-1975,Gates 公司发明： Pb-Ca 合金 Gates 公司获得： D型密封铅酸电池专利 VRLA电池原型,1979,GNB发明MFX正极板栅专利合金 GNB购买Gates专利 GNB开始大量生产吸液式密封免维护铅酸蓄电池,1984-1996,小范围应用 迅速推广 VRLA正式取代免维护概念 全面被认可并大规模取代传统富液式电池,铅酸电池发展里程碑事件,3,阀控式密封铅酸蓄电池的定义 阀控式密封铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Acid Battery (VRLA)。 蓄电池正常使用时保持气密和液密状态。当内部气压超过预定值时，单向安全阀自动开启释放气体。当内部气压降低后，安全阀自动闭合使其密封，防止外部空气进入蓄电池内部。蓄电池在使用寿命期间，正常使用情况下无需补加电解液。蓄电池具有防爆、防酸雾、耐过充电能力。 VRLA蓄电池的分类 AGM 电池： Absorbed Glass Mat 采用吸附式玻璃纤维作隔膜，电解液吸附于极板和隔膜，电池内无流动电解液。 AGM电池可以立式或卧式安装。 GEL 电池： 胶体电池采用SiO2作凝固剂。 电解液吸附于极板和胶体内，胶体电池一般立式安装。 常识备注：VRLA蓄电池一般情况下都是指AGM电池，胶体电池都需特别指明,4,阀控式密封铅酸蓄电池电化学反应原理 PbO2+2H2SO4+Pb 2PbSO4+2H2O VRLA电池电化学反应原理：充电时将电能转换为化学能，放电时将储存在电池内的化学能转化为电能释放给外在系统。 VRLA电池能够在电池内部对氧气再复合利用，并抑制氢气析出。 VRLA蓄电池又称“贫液蓄电池”。蓄电池采用负极板富余容量设计,使氢气析出时电位提高,使正极出现氧气先于负极出现氢气。充电时,正极析出的氧气,通过玻璃纤维隔板传送到负极表面与氢气结合为水，从而有效控制水的电解,减少电解液的消耗，因此失水量很小，所以无需加水加酸。,充电,放电,5,构成VRLA铅酸蓄电池的主要部件： 正负极板、隔膜、电解液、安全阀、电池壳与电池盖 端子、连接条、极柱等零件,Euroba 12V系列电池剖面图,Euroba 2V系列电池剖面图,6,VRLA蓄电池的设计： 板栅合金的选择： 板栅的功能是支撑活性物质并传输电流。它通常是铅或铅基合金制成的栅栏片状物，使 活性物质固定于其中。 备注：参加电池反应的活性物质Pb和PbO2是疏松的多孔性物质需要载体固定。 正板栅要求具有自放电小和耐腐蚀的特点。所采用的合金各异，常用的有Pb-Ca、 Pb-Ca-Sn 、Pb-Ca-Sn-Al 和 Pb-Ti-Ge合金。 负板栅一般采用Pb-Ca 合金，尽量减少析氢量。,正极板图,负极板图,7,VRLA蓄电池的设计： 隔膜的选择： VRLA电池采用的是AGM（玻璃纤维棉）隔膜。主要具有以下特征： 优良的耐酸性能和抗氧化能力 厚度均匀、无针孔、无机械杂质 材料孔径小、孔率高 优良的吸附性能，保留电解液能力强 电阻小 具有一定强度，保证工艺上的可操作度 杂质少、铜铁含量低,AGM隔膜,PVC隔膜,8,VRLA蓄电池的设计： 壳盖结构设计和材料的选择： 强度设计：电池外壁在过盈装配和承受内气压时不应有明显气胀变形。 ABS和PVC外壳厚度为8-10mm,PP 材料应加钢壳加固。 散热设计：要求外壳散热面积大、材料导热性能好 盖上极柱密封设计：关键工艺技术，不同制造商不尽相同。 壳盖密封和极柱密封结构: 热封：最可靠的密封方式，PP材料一般采用热封。 胶封：ABS、PVC材料一般采用胶封，技术关键在于选用合适的环氧树脂。,ABS槽盖配合操作图,ABS槽盖配合图,9,VRLA蓄电池的设计： 电解液的选择： VRLA电池电解液中H2SO4的含量按理论值1.5倍计算 电解液比重一般为 1.3g/ml 安全阀的要求：安全阀是关键部件影响电池寿命、一致性和安全性。可分为帽式、柱式 和伞形安全阀。 单向开阀 单向密封，防止空气进入电池内部 同一组电池各个安全阀间的开闭压力差不应超过平均值的20% 寿命不低于15年 具有虑酸功能，可防止酸与酸雾从安全阀排气口排出 隔爆，当电池外部遭遇明火是电池内部不应引爆 抗震，运输和使用期间，不会因为震动和多次开闭而松动失效 耐酸 耐高低温,10,VRLA蓄电池的性能参数： 开路电压与工作电压： 开路电压：电池在开路状态下的端电压。 开路电压=正极电极电势 负极电极电势 工作电压：也叫放电电压，指电池接通负载后放电过程中显示的电压。 初始电压是指电池放电开始的工作电压。 电池容量：电池在一定条件下所能给出的电量称为电池的容量 （符号：C 单位：Ah/mAh )。 额定容量也叫保证容量，按有关标准保证电池在一定放电条件下应该放出的 最低限度容量 比容量是单位体积或单位质量电池所能给出的电量，其单位为 Ah/Kg 或 Ah/l。可以用 于比较不同系列的电池。 电池内阻 电池内阻包括：欧姆内阻和极化内阻。 内阻的存在使电池放电时的端电压 电池的电动势和开路电压，充电时端电压高于电动 势和开路电压。 内阻值不是常数。欧姆内阻遵守欧姆定律，极化内阻随电流密度增加而非线性变大。,11,VRLA蓄电池的性能参数： 能量： 电池的能量：一定放电条件下蓄电池所能给出的电能。单位：Wh 瓦时 比能量：电池单位质量或单位体积所能输出的电能。单位：Wh/Kg 比能量反映了电池活性物质的利用率，同时也反映了电池的质量水平和制造商的技术和 管理水平。 功率和比功率： 功率是指电池在一定条件下于单位时间所能给出的能量的大小，单位：W或KW 比功率是单位质量电池所能给出的功率，其单位为 W/Kg 或 KW/Kg。 比功率越大表示电池可以承受大电流放电。 电池的使用寿命 电池使用寿命：在规定条件下，电池的有效寿命期限称为电池的使用寿命。 电池的使用寿命包括：使用期限和使用周期。 使用期限指电池可供使用的时间，包括电池的存放时间。 使用周期是指蓄电池可供重复使用的次数。,选型与设计,蓄电池的选型 蓄电池容量的计算 A. 按所需容量和电流的计算蓄电池容量方 法与实例 B . 按照所需功率计算蓄电池容量方法与实 例 EUROBA电池的特点与优势,13,VRLA蓄电池的选型与设计： 选择蓄电池的需要考虑几个因素： 电池的类型：铅酸电池：AGM或胶体电池、锂电池、镍镉电池。 电池容量：根据用户实际的后备要求（负载功率和后备时间），主设备类型计算容量。 电池性能参数：评估VRLA电池的重量、体积、比能量、使用温度范围的因素，综合考虑。 选定蓄电池之后的设计： 在确定电池组总容量的前提下，结合用户现场安装条件、负载使用情况设计： 电池组的组数（并联一般不超过3组）。 选择使用电池箱或电池架承载电池。 电池列间、层间连接电缆或铜排截面积计算，确保安全载流量和导线压降。 1小时率大电流放电时，连接线压降 10 mv 确认安装地面最大承载能力（Kg/m)确保电池安装安全可靠。,14,VRLA蓄电池容量的计算： A. 按所需容量和电流的计算蓄电池容量方 法与实例 电池容量的常用计算公式如下： Q K*C*I 其中 Q电池额定容量 I放电电流 C电池容量计算系数（查下表） K保险系数（取值范围1.2l.67） 放电小时数 T 与电池容量计算系数 C 的关系表 上表是铅酸蓄电池的一个通用特性，不同品牌的电池性能会有差异，可以通过查阅厂家资料得到具体选型信息。,15,VRLA蓄电池容量的计算： 实例 负载电流40A，要求电池维持供电时间4小时，需要电池容量为 QK*C*I1.2*5.06*40243AH 如某项目基站电流共40A（35A的交换电流十5A传输电流），要求停电时电池先对40A的负载进行4个小时的供电，而后二次下电断掉交换设备，电池再对传输维持8小时的供电后，电池欠压保护。以德克电池为例此种电池供电方式需电池容量多少？ QK*C1*（I1I2）K*C2*I2=1.2*5.06*（355）1.2*8.51*5294AH,16,VRLA蓄电池容量的计算： B . 按照所需功率计算蓄电池容量方法： 按下式来计算电池所提供的总功率值W电池电池恒功率放电公式： W = P * C0S/ * N * 6 式中： P UPS电源的标称输出功率 （VA） C0S 负载的功率因素 0.8 UPS逆变器的效率 0.92 N * 6 在UPS中以2伏单元电池来进行计算时所需的串联电池的个数,17,VRLA蓄电池容量的计算： B . 实例： 对250KVA UPS后备5分钟电池计算如下： UPS电源的标称输出功率为250kVA，单机系统; 电池电压为480V, 电池单体节数为40节，每节12V; 要求电池后备时间为5分钟; cos取0.8,考虑用户为综合负载,不仅仅是计算机负载; W/PC =250 1000 0.8 / 0.93 40 6 = 896.1W 对照电池的“恒功率放电表”，选择电池单元。 由表中可知，每节S12V285的2V单元可于5分钟以543W的功率放电( 543W*2 = 1086W 896.1W ) 所以2组S12V285电池并联可以满足要求 UPS电池配置为采用S12V285电池，2组电池并联，每组40节串联。共使用80节电池。,使用与维护,蓄电池的安装 蓄电池的使用与注意事项 蓄电池的维护,19,VRLA蓄电池的安装： 蓄电池的安装方式 安装方式分立式安装或卧式安装。 矮性设计的电池可以立式，也可以卧式安装。 高形设计的电池建议卧式安装。 蓄电池连接方式及导线 VRLA电池的应用实践告诉我们，在大电流放电应用中电池的连接方式和连接导线的压降 至关重要。 电池连接贯彻原则：多串少并，先串后并。并联电池组控制在3组以内。 连接导线的压降取决于：导线材质（电阻率）、导线长度、截面积大小 连接导线压价 10 mv（1Hr率放电电流） 蓄电池安装常规注意事项 不能将容量不同、性能和新旧程度不同的电池混在一起使用。 连接螺栓、螺丝必须拧紧，以免引起电池打火爆炸。 连接总线和导通系统前，再次确认电池极性、总电压是否正确无误。 电池组连接后电压很高，注意使用绝缘工具并防止短路。 电池组不要安装在密闭的空间，要远离热源，避免阳光直射。,20,VRLA蓄电池的使用： 蓄电池的浮充 VRLA电池主要的工作方式是浮充工作制。 VRLA电池浮充工作下，电池与整流器设备并联，电池组一般不放电。实际工作中电池存 在局部放电或由于负载突然增加而放电。 VRLA电池浮充有两个作用：市电中断，电池立即无间断向负载供电； 电池起到平滑滤波作用，滤除脉动成分，稳定负载供电质量 以EUROBA电池的浮充为例，具体浮充的参数要求： 充电电压：2.232.27V/单体(25) (建议设置为2.25V/单体) 最大充电电流：0.30C10 温度补偿系数：-3.3mV/.单体(以25为基点) 充电电压变动范围为0.02V/单体 注意事项： 同一电池组各单体电池的电压值在使用初期会出现一定偏差，半年之后将趋于一致。 浮充电压过高或过低对电池的影响如下： 长时间过高（过充电）：缩短寿命。 长时间过低（充电不足）：满足不了负载或使电池电压不一致，从而使电池整组容量下 降，寿命缩短。,21,VRLA蓄电池的使用： 蓄电池的均充 VRLA电池均充工作启动的原因：电池浮充电压偏低、放电后再充电、电池组容量不足。 VRLA电池平时不建议均充。均充可能造成电池失水而早期失效。均充电压的选择要考虑 温度因素，温度系数取 -5mv/C 。 VRLA电池均充频率的设定：电池全浮充工作一年，均充一次。时间12-24小时。 以EUROBA电池的均充为例，具体均充的参数要求： 充电电压：2.302.35V/单体(25) (建议设置为2.35V/单体) 最大充电电流：0.30C10 温度补偿系数：-5mV/.单体(以25为基点) 充电电压变动范围为0.02V/单体 退出均充条件：退出均充的电流参考值一般设定为0.01C10，并联时乘以蓄电池组数。 注意事项： 正常浮充运行可以不进行此项操作。遇到下列情况之一可考虑采用均衡充电： 放电容量低于额定容量的20%以上。 搁置不用时间超过3个月 有单体电池浮充电压低于2.18V/单体 连续浮充36个月或电池组内出现电压落后的电池 全浮充运行一年以上 蓄电池安装调试结束后投入使用前需要进行补充电。 蓄电池容量检测后进行均充电。,22,VRLA蓄电池的日常维护： VRLA蓄电池并非不需要管理，电池的变化是渐进和累积的过程。 我们平时维护要做好运行记录，具体项目如下： 电池单体和电池组的浮充电压（一月/次） 电池外壳和极柱温度（一月/次） 极柱、安全阀周围是否有渗液和酸雾溢出（一月/次） 检查连接螺栓是否拧紧（六月/次） 定期检查开关电源或UPS设备对电池均浮充电压参数是否符合电池充电要求 每年以实际负载做一次核对性放电，放电容量约额定容量的30%-40% 每3年以假负载做一次容量实验，放电深度为80%C10,23,VRLA蓄电池的一些维护经验： 通过多年VRLA蓄电池的使用实践，我们认识到VRLA电池并非免维护的而是需要管理的， 为此人们总结出一些维护经验以供参考： 机房供电情况：为保证蓄电池使用寿命，尽量不要让电池过放电。稳定的市电和油机 配备是延长蓄电池使用寿命的良好保证，所以油机每月启动一次，确保 油机正常工作。 电池的使用环