蓄电池培训课件.ppt

光宇集团产品与技术VRLA电池张博光宇集团 公司全景 企业规模哈尔滨光宇蓄电池有限公司隶属哈尔滨光宇集团 成立于1994年 1998年香港上市 公司占地面积25万平方米 员工总数近3000人 公司拥有12家中国境内子公司 5家海外子公司 并与哈工大合作成立了2个研究所 建立了博士后流动工作站 2004年底的蓄电池行业最新调查统计结果表明 光宇蓄电池有限公司现以成为中国境内规模最大 设备技术最先进 产品系列最齐全的固定型阀控密封式铅酸蓄电池的生产企业 位居同行业龙头地位 产品系列 主导产品 1 光宇牌大型阀控密封式铅酸蓄电池是我们光宇公司的主导产品之一 主要应用领域是电信 移动 电力 铁路 军事及太阳能和风能的储备 是一种重要的后备电源 应用领域 电信 移动 电力 铁路 军事 储能 主导产品 2 第二类主导产品是光宇牌中小型阀控密封式铅酸蓄电池应用领域 UPS电源 电力系统 火车照明 主导产品 3 第三类主导产品是汽车启动型铅酸蓄电池应用领域 汽车启动 主导产品 4 第四类主导产品是锂离子电池 目前主要有两种产品 液态锂离子电池和固态锂离子电池 也称作聚合物锂离子电池 两种产品均已投放市场 主要应用于手机 应用领域 手机 笔记本电脑 摄像机 电动汽车 混合动力车 电池的定义和分类电池的定义 化学能与电能相互转换的装置称为电化学电池 在充电过程中 将电能转化为化学能储存起来 在放电过程中 将化学能转化为电能 供电气使用 电池的分类 1原电池2蓄电池3贮备电池4燃料电池 电池的分类原电池 也称一次电池 其活性物质用尽后不能用充电的方法使之恢复 只能废弃 如锌 二氧化锰 锌 氧化汞电池等 蓄电池 也称二次电池 其活性物质消耗尽后可利用充电的方法使之恢复 电池得以再生 如铅 二氧化铅 锌 氧化银电池等 贮备电池 电池的某一重要组成与电池其他组成分开 这时自放电排除 电池可长期贮备 通常电解质被隔离 使用前 迅速加入电解液 激活 电池 使电池放电 燃料电池 将燃料如氢气 甲醇等作为电池两极的活性物质 当反应物连续通入电池体时 电池可以连续放电 故此类电池也称为连续电池 如H2 O2电池等 VRLA电池的发展史 1859年 法国人Plante发明了铅酸蓄电池 至今已有140多年的历史 1938年 美国人A Dassler提出了密封铅酸蓄电池的气体复合理 为VRLA电池奠定理论基础 1957年 德国阳光公司发明了触变性SiO2凝胶的胶体密封铅酸蓄电池 1971年 美国Gates公司发明了吸收式AGM隔板 实现了铅酸蓄电池 密封 的突破 1988年 哈尔滨光宇蓄电池公司自主研发了VRLA电池 成为国内较早生产VRLA电池的厂家之一 VRLA电池的工作原理 VRLA电池的工作原理 PbO2 2H2SO4 Pb2PbSO4 2H2O 放电 充电 VRLA电池的关键技术 1 VRLA电池的氧循环示意图 VRLA电池的关键技术 2 1 选择高孔隙的AGM隔板 孔隙在93 以上 为氧的复合提供通道2 采取定量灌酸 隔板吸附电解液 有5 10 的孔隙未被充满 在设计上属于贫液式电池3 过量的负极活性物质 正 负极板的容量比一般为1 1 1 1 2 在正极足电以后 负极仍未充足电 防止氢气在负极析出 氢气析出无法复合4 电池极群的紧装配 40 60KPa 保证了隔板与正负极表面的良好接触5 高纯度的Pb Ca Sn Al板栅合金 降低了因板栅腐蚀而析出氢气的可能性6 开闭阀压力稳定可靠的安全阀 保证了电池的安全运行 VRLA电池的两大类技术1 AGM技术 VRLA电池的两大类技术2 GEL技术 胶体技术 VRLA电池结构 Pb H2SO4 PbO2 电池的电特性1 开路电压 电池在开路状态下的端电压2 工作电压 电池接通负荷后在放电过程中显示的电压3 终止电压 电池放电时电压下降到某个值而停止或下降到不宜再继续放电的最低工作电压4 容量 电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量 单位为 A h 电池容量分为理论容量 额定定量 实际容量和标称容量5 放电制度 是指放电时电池的放电速率 放电形式 终止电压和环境温度6 倍率 是指电池放电时的电流的数值为额定容量数值的倍数7 电池寿命 电池的使用寿命与使用条件有关 可分为浮充使用寿命和循环使用寿命 当电池放电容量低于额定容量80 视为电池寿命终止 电池的电特性 1 开路电压 开路电压 电池在开路状态下的端电压 光宇电池标准开路电压约2 13V开路电压差 U 20mv 电池的电特性 2 工作电压 工作电压 当有电流通过电池的时候 电池的端电压 终止电压 电池放电时 电压下降到某个值而停止或下降到不宜在继续放电的最低工作电压 电池的电特性 3 容量 容量 理论容量 根据活性物质的量计算而得的理论值 额定容量 制造电池时 规定电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量 实际容量 放电时放电电流与放电时间的乘积 单位为A H 电池的电特性 4 放电制度 放电制度 放电速率 放电时间 终止电压等 放电速率 时间率 10hr 5hr电流率 0 1C100 2C10 电池的电特性 4 放电制度 放电特性 温度高 放出容量多 反之 放出容量少放电电流大 放出容量少 反之 放出容量增多 C25 Ct 1 K t 25 t 放电时环境温度10HR放电时 K 0 006 5HR放电时 K 0 007 3HR放电时 K 0 008 1HR放电时 K 0 01 以1000Ah电池为例 分别采用不同的电流放电 终止电压为1 80V 温度为25 10hr5hr3hr1hr100A 170A 250A 550A1000Ah 850Ah 750Ah 550Ah 电池的电特性 5 自放电 自放电 电池在未与负载形成回路的情况下 而不断有容量放出的现象 板栅材料自身的自放电性能环境温度杂质含量电解液浓度 电池的电特性 6 使用寿命 使用寿命 循环使用寿命 浮充使用寿命 贫液电池寿命能达到10 15年左右电池充放电频繁或充电不足容易造成电池寿命缩短 电池个体安装方式简图 竖式放置 立放型 水平放置 薄型 电池安装注意事项1 安装方案应根据地点 条件如 地面荷重 通风环境 阳光照射 机房布局及维修方便 2 蓄电池荷电出厂 在运输安装过程中谨防短路 3 蓄电池在安装之前 应仔细检查蓄电池的开路电压是否正常 有无壳体破损 溢酸等现象 4 电池组电压较高 在安装使用及维护中 应使用绝缘工具 带绝缘手套 防止电击 5 连接电缆尽可能短 以防产生过多的压降 6 电池连接时 螺丝必须紧固 防止虚接 7 在安装结束时 应再次检查系统电压和电池正负极方向 确保电池组安装正确 8 蓄电池应按厂家组号安装 以保证蓄电池组最佳性能组和 电池组的验收标准1 电池外壳 上盖及端子无物理性损伤2 无漏液 爬酸现象3 在充足电的情况下 一次循环内达到额定容量的100 4 电池的开路电压小于等与20mv5 电池的浮充电压差小于等于50mv6 电池在浮充运行中 无发热溢酸现象 电池的维护 1 充电制度一 电池的浮充电1 浮充的概念2 对电池组进行浮充电的必要性3 浮充电压的标准设置 4 应根据机房温度 适当调整浮充电压 二 电池的均衡充电1 均衡充电的概念2 光宇电池无需均衡充电三 电池放电后采用恒压限流式对电池组进行恢复充电 四 如电池组须储存 根据储存的时间 开通时应对电池组进行补充电 浮充电压与温度的关系曲线2 23V 25 C 浮充特性 浮充电压受温度的影响较大 当环境温度偏离25 5 时应该调节电池的浮充电压 U浮 2 23V 0 003 25 t 电池的维护 2 放电制度一 放电制度1 放电速率2 放电形式3 终止电压4 环境温度二 温度与容量的关系三 核对性放电四 离线式放电五 在线式放电 温度与容量的关系曲线 温度对容量的影响 C25 Ct 1 K t 25 t 放电时环境温度10HR放电时 K 0 006 5HR放电时 K 0 007 3HR放电时 K 0 008 1HR放电时 K 0 01 蓄电池容量的测试 1 核对性放电 在通讯电源维护制度中 规定了由蓄电池组向实际通信设备进行单独供电 以考察蓄电池是否满足最大平均负荷的需要 这种放电制度 称为核对性放电1在直流供电系统中 关掉整流器 让蓄电池对通信设备供电 放出电池容量的30 40 放电时要测量电池的端电压 温度 室温和放电时间 2放电结束后 对电池组采用恒压限流式充电方式对电池组进行恢复充电 3放电过程中 做好数据测试工作 留作以后再次测试时比较 蓄电池容量的测试 2 离线式测量方法1蓄电池充满电后静置1 2h 在环境温度25C 的条件下开始放电2放电前检测电池的端电压 放电期间记录蓄电池的放电电流 时间及环境温度 放电电流波动不得超过规定值的1 3测量时间间隔为 10h率放电1h 3h放电0 5h 1h率放电10min 放电末期随时测量4放电电流与放电时间的乘积即为电池的容量5放电结束后 充入电量应是放出电量的1 2倍 蓄电池容量的测试 3 在线式测量法1在供电系统中 关掉整流器由电池组放电 在蓄电池组放电中找出电池组中电压最低 容量最差的一只来作为容量测试的对象2放电后 对电池组进行充电 充满后稳定1小时以上3对最差的一只电池进行10h放电实验 放到终止电压 记录后放电电压 放电时间4放电时间与放电电流的乘积为该电池的容量5放电结束后 用充电机对该只电池进行充电 电池的维护 3 经常检测项目1 检测电池的浮充电压 电流及环境温度2 检测电池是否有爬酸 漏液 连接条氧化现象3 每半年检测电池的连接部分是否有松动现象 4 电池组尽量避免过放电 过放电后 应及时对电池组进行恢复充电 否则影响电池的使用寿命 5 每年对电池组进行一次核对性放电试验 放出电池容量的30 40 为易 6 蓄电池组若需储存 应断开电池组与充电设备及负载的连接部分 并保持环境阴凉 干燥 通风 否则会造成电池组长时间小电流放电 影响电池使用寿命 7 不得使用有机溶剂而应用肥皂水清洁电池 避免用易产生静电的干布擦拭电池 8 机房内 应保持卫生清洁 电池的维护 4 周期维护项目月度保养 1保持电池机房清洁卫生2测量电池机房环境温度3逐个检查电池的清洁度 端子的损伤及发热痕迹 外壳及盖的损坏或过热痕迹4测量和记录电池系统的总电压 浮充电流 单体电压季度保养 1重复各项月度检查2测量和记录各在线电池的浮充电压 检测电池是否有爬酸漏液现象年度保养 1重复季度所有保养 检查2每年检查连接部分是否有松动现象3每年电池组以实际复合进行一次核对性放电三年保养 1每三年进行一次容量试验 到使用六年后每年做一次 若该组电池实放容量低于额定容量的80 则认为该电池组寿命终止 电池的维护 5 对开关电源参数的设置要求1 开关电源的稳压精度应控制在 1 2 电池组的充电限流值应设置为0 1C10A 如循环使用 应设置为0 15C10A 最大不得超过0 2C10A C10 电池的容量 3 电池组的保护电压 高低压告警 脱离负载电压 4 开关电源无需均衡充电5 开关电源应具备温度补偿功能 光宇电池特点 浮充电压均一性好 电池无须均衡充电 大电流放电性能较好 密封更加可靠 使用寿命长 电池的安全性能好 电池的性能优良 VRLA电池的失效模式 1 板栅的腐蚀与增长板栅的腐蚀是VRLA电池失效的重要原因 电池在开路状态 浮充状态或充电状态 都存在板栅腐蚀现象 特别在过充电状态下 正极由于析氧反应 水被消耗 氢浓度增加 导致正极酸浓度增加 板栅腐蚀加速 电池长期处于过充电状态 容量降低较快 导致电池最后失效 电池正极板栅在遭到腐蚀的同时产生变形 使板栅尺寸线性增大 甚至于个别筋条断裂 最终导致电池损坏 VRLA电池的失效模式 2 电解液的干涸VRLA电池电解液干涸是影响电池寿命的主要因素之一 电池电解液干涸失水途径 1 氧复合无效导致失水 保持低电压充电可减少失水现象 但再充电过程太长 充电效率低 较高电流的加速充电 可造成明显失水现象 2 通过电池槽 盖渗漏 容器渗水和透氧取决于材料的性质和厚度 电池周围大气的相对湿度也有影响 PVC强度低 但氧气保持量最大 ABS硬度最大 氧气保持量优于PP PP的水蒸气渗透率小于ABS 3 板栅腐蚀造成失水 正极板栅的腐蚀而产生水的转移也是影响电池容量的主要因素之一 VRLA电池的失效模式 3 负极硫酸盐化负极硫酸盐化是电池失效模式的一个重要原因 并伴随容量的损失 铅酸蓄电池在正常工作中 负极板上PbSO4颗粒小 充电时很容易恢复为绒状铅 但有的电池生成了难以还原的大颗粒硫酸铅 成为硫酸盐化 主要产生原因 1 蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置 2 长期充电不足 3 经常进行深度放电 使没有来得及还原的硫酸铅在活性物质中积累到相当的数量 VRLA电池的失效模式 1 板栅的腐蚀与增长针对电池正极板存在腐蚀和变形的必然性 我们公司采取了以下技术措施减缓正极板的腐蚀和增长 保证了电池的使用寿命 1 增加正极板栅的厚度 保证电池板栅的工作年限 2 采用更耐腐蚀的板栅材料 Pb Ca Sn AL合金 增加了耐腐蚀性和抗蠕变强度 能更好的保证电池的使用寿命 3 在电池设计上采用玻璃棉隔板紧装配或胶体电介质使电极承受压力 提高板栅的机械支撑力 VRLA电池的失效模式 4 热失控热失控是指蓄电池在恒压充电时 充电电流和电池温度发生一种积累性的增强作用 并逐步损坏蓄电池 造成热失控的根本原因是 1 当电流流过具有一定阻值的导体时 放出的热量遵循焦耳楞次定律 Q 0 24 I2 R t 2 VRLA蓄电池在正负极板间充满了液体 无间隙 所以在充电过程中正极产生的氧气不能达到负极 从而负极未去极化 较易产生氢气 随同氧气溢出电池 电池由于氧复合 反应为放热反应 所以也产生一定的热量 VRLA电池的失效模式 4 热失控防止电池产生热失控的措施 1 采取恒压限流式的充电方式 防止过充电 2 开关电源的参数设置要根据厂家提供的技术参数进行设置 3 在电池设计和制造中尽量减少电池的内阻 如正负极间距要小 电池要紧装配等 VRLA电池的失效模式 5 早期容量损失VRLA电池的早期容量损失是指电池初期进行容量循环时 每经过一次充放电循环 容量下降明显 严重时容量下降5 以上 在实际使用时可以发现电池容量下降较快 降至额定容量的80 以下 经解剖电池 电池的内部板栅活性物质 隔板表面完好 这种现象就是电池早期容量损失 早期容量损失分为三种模式 快速容量损失 较慢的容量损失 负极影响的一般容量损失 VRLA电池的失效模式 5 早期容量损失快速容量损失 电池正极板栅与活性物质的界面影响 电池在最初10 15次循环内 电池容量下降较快 它是由于正极板栅与活性物质界面非导电层的形成引起的 板栅与活性物质界面的这层不导电和低导电层产生了高的电阻 这层电阻在充放电时发热 并使板栅附近的正极活性物质膨胀失去了活性 因而正极容量迅速下降 电池的充电接受能力很差 解决快速容量损失措施 1 在Pb Ca含量中添加其他元素如Sn Ag等 改善界面的腐蚀层电阻 2 提高板栅致密性和抗蠕变性 使电池的充电接受能力大大改善 VRLA电池的失效模式 5 早期容量损失较慢的容量损失 较慢的容量损失是正极活性物质的影响 正极活性物质PbO2在深充放电下 PbO2颗粒膨胀 颗粒间的导电性变差 颗粒间的连接变坏 放电深度越深 膨胀的趋势就越大 这种膨胀导致了PbO2软化 电池的容量下降 抑制正极活性物质膨胀的方法 1 采用回弹性好的优质AGM隔板 2 采用高温高湿固化 增强PbO2的膨胀能力 3 隔板与活性物质之间紧装配 40KPa以上 保持对活性物质的压力 VRLA电池的失效模式 5 早期容量损失负极影响的一般容量损失 负极影响的一般容量损失是受负极的影响 主要产生的原因是长期使负极充电不足 导致电池负极底部1 3处硫酸盐化 这种现象一般在200 250次循环时发生 负极膨胀剂的杂质和膨胀剂的失效会使容量损失更加严重 采取措施 1 采用高纯度更稳定的膨胀剂 2 采用高的初始充电电流充电 低的过充和后期脉冲电流充电 常见问题 常见问题 1 电池极柱旁有少量白色晶体电池极柱旁有少量白色晶体 主要原因是电池表面存在残留电解液 而出厂时由于封装比较及时 内部存有一定的水蒸气 从而在电池表面形成比较稀薄的硫酸膜 与极柱中的铅发生反应形成白色结晶体覆盖在极柱周围 或者是水蒸气凝结在极柱表面 与极柱中的钙发生反应 形成碳酸钙的结晶体覆盖在极柱周围 判断该现象是否是电池漏液的方法 漏酸的位置首先擦拭干净 然后涂抹少量的凡士林 经过一段时间 仍有此现象 属漏液 若没有 则不属于漏液 常见问题 2 电池为何会出现鼓包或变形1 安全阀压力过高或是安全阀阻塞时 当电池体内压力增加到一定程度时阀门不能正常开启 势必会造成电池的鼓包或变形 2 浮充电压过高 充电电流大 导致正极板析O2加快而来不及在负极复合 同时电池体内的温度也上升较快 在排气不及时压力达到一定时 电池会出现鼓包变形 3 VRLA电池属于贫液式设计 对气体的化合留有通到 而如果出现 富液 现象 就会阻挡O2扩散到负极 降低O2的复合率 电池内部压力增大 常见问题 3 电池连接件打火现象1 如果在电池体内极柱与汇流排或汇流排与极耳出现虚焊或假焊 在大的充电电流下 常出现打火或发热现象 容易引燃体内H2 O2 出现打火现象 2 电池的极柱出现虚接现象时 在大电流充放电的情况下 会出现打火现象 严重时可引起着火 所以在维护过程中 螺栓必须紧固 3 外界因素导致电池被点燃 常见问题 4 电池的均一性及解决办法产生原因 1 电池制造过程中 极板之间的不均一2 电池之间电解液为密度不均一3 电池之间吸酸饱和度不均一4 隔板厚度不均一5 杂质含量等等其他因素 处理办法 1 对电池组均充 恢复电池的均一性2 对电池组进行核对性放电 放出电池容量的30 40 使活性物质得到活化 常见问题 5 电池的爬酸 漏液现象 1极柱周围有白色晶体 明显发黑腐蚀 有硫酸液滴2如电池卧放 地面有酸液腐蚀的白色粉末3极柱铜芯发绿 螺旋套内液滴明显 或槽盖之间有液滴原因 1某些电池螺套松动 密封圈受压减小导致渗液2密封胶老化导致密封处有纹裂3电池严重过充电过放电 不同型号电池混用 电池气体复合效率差4灌酸时酸液溅出 造成假漏液处理措施 1对可能是假漏液的电池进行擦拭 留待后期观察2对漏液电池的螺套进行加固 继续观察3改进电池密封结构 常见问题 6 电池为什么有时 放不出电 1 电池放电电流超出额定电流 造成放电时间不足 而实际容量达到 2 浮充电压不足 会造成电池长期欠电 电池容量不足 并可能导致电池硫酸盐化 3 电池间连接条松动 接触电阻大 造成放电时连接条上压降大 整组电池电压下降较快 4 放电时环境温度过低 电池容量达不到要求 常见问题 7 电池放电容量为何出现参差不齐现象1 电池活化的时间不足2 放电前 电池是否充足电 电池充足电后 应静置4小时以上 在进行容量测试3 温度对电池的容量也有影响 根据温度公式进行换算4 使用年限的增加 电池的容量也有自我衰减 每年2 左右 常见问题 8 为什么新旧电池 不同类型电池不要混用 由于新旧电池 不同型号电池的内阻大小不一 电池在充放电时差异明显 如串联使用时会造成单只电池过充电或欠充电 如果并联使用时 则会造成充放电偏流 各组电池的电流不一致 新旧电池 不同型号的电池 因内阻大小不一 电池组的均一性会受到一定程度的影响 所以最好不要混用在一起 常见问题 9 电池表面的纹里或裂痕1 生产电池槽和盖脱模时留下的熔合纹 熔和纹与一些划伤或裂纹十分相似 但纹里较浅 应注意区别2 人为损伤 电池在运输及搬运过程中 出现人为的损伤 摔或磕碰都可能造成电池出现裂纹或开胶 所以电池在运输及搬运过程中 应做到轻拿轻放 常见问题 10 VRLA电池的浮充使用寿命VRLA电池的浮充使用寿命在正常使用情况下应达到10年以上 这是国际上采用加速寿命试验的方法来推判的 VRLA电池对温度特别敏感 有关数据认为 电池使用温度每提高10度 浮充使用寿命缩短1倍 VRLA通信用电池规定了加速试验的方法 以2 25V 单体 在55 C下进行浮充30天 然后以1小时率放电到1 70V 单体 即为一个循环 直至电池容量降到80 为终止 一个循环相当于25 C浮充寿命1年 要求电池寿命不低于8个循环 光宇售后服务体系1产品定货后 可根据用户要求 实地测量考察 提出具体辅助安装方案 2每年光宇售后服务人员对电池做定期的巡检工作 根据客户的要求 每年巡检一次或二次 发现问题及时解决问题 防止意外事故的发生 保障电池组的安全运行 防患与未然 3应急事件的处理 根据不同区域 市区内2小时 周边市