丁涛-阀控式密封铅酸蓄电池.ppt

阀控式密封铅酸蓄电池 主讲人丁涛2009 7 一 铅酸蓄电池的工作原理 Pbo2 2H2SO4 Pb2PbSO4 2H2O 放电时正极1克分子量的二氧化铅 负极1克分子量的海绵状铅 同时有2克分子量的硫酸参与 放电时 正极二氧化铅 Pbo2 变成硫酸铅 PbSO4 负极由海绵状铅 Pb 变成硫酸铅 PbSO4 充电时 正极由硫酸铅 PbSO4 转化为二氧化铅 Pbo2 负极由硫酸铅 PbSO4 转化为海绵状铅 Pb 上式中2H2O 2H2 O2这种电池有大量的氢与氧析出 二 VRLA蓄电池的工作原理 Pbo2 2H2SO4 Pb2PbSO4 2H2O VRLA蓄电池又称 贫液蓄电池 这种电池在结构 电池极板材料上作了重要改进 充电时 正极析出的氧 O2 通过隔板的贫液工艺传送到负极表面与其氢还原为水 由于VRLA蓄电池采用负极板比正极板多出10 的容量 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 这种VRLA蓄电池特有的内部氧循环反应机理 耒确保电池在使用过程中几乎不需要加水 VRLA蓄电池生产厂家采取各种方法减少氢氧气体析出 尽量消化在VRLA蓄电池内部 从而有效控制水的电解 减少电解液的消耗 三 VRLA蓄电池的结构特点 1 密封性 注意阀盖周围水气 2 少维护 浮充时负极极柱比环境温度高出摄氏一度 温升超过二度以上为故障 3 结构紧凑 可多层叠装 尽量不设柜子 需抗震措施 4 无流动电解液 可卧放 但要轻提轻放 防止开裂 5 出厂时已带电荷 使用方便 线缆不得随意搁置6 新旧电池充满后开路24小时的电压是判别的标准 7 充放电时测每个电池连接条的电流以判别接触 8 当输出小于1 3C10超过24小时以上 蓄电池将损容 9 电池缺水故障 在线调阀加水 纯水 充放电即可 四 阀控式密封铅酸蓄电池的主要技术性能 1 符号 C10是10h率额定容量A h 为1 00C10 C3是3h率额定容量A h 为0 75C10 C1是1h率额定容量A h 为0 55C10 Ct是环境温度为t时实测容量A h Ce是基准温度250C时的容量A h I10 1 00I10A I3 2 50I10A I1 5 50I10A 不同放电率的蓄电池放电容量和电流 放电率额定容量的 额定容量的电流 终止电压10小时率100 10 1 8V9小时率97 4 10 8 8小时率94 4 11 4 7小时率93 12 4 6小时率91 7 13 3 5小时率87 6 14 6 4小时率80 20 3小时率75 25 1 8V2小时率61 1 30 55 1小时率55 51 4 1 75V0 5小时率45 70 1 7V 2 容量标定 10h率第1次循环容量0 95C10 第3次达C10 3h和1h率容量分别在第4和5次达到 3 容量保存率 蓄电池静止28天后 容量不低于96 4 密封反应效率不低于95 5 阀的要求 蓄电池内的正压可确保氧通道的建立 开阀压10 35kpa 闭阀压3 15kpa 6 极限值 补充充电电流不大于2 50I10 补充充电电压不大于2 35V 单体 7 蓄电池端电压均衡性 开路最高与最低差值小于20mV 2V 50mV 6V 100mV 12V 浮充24h后最高与最低差值不大于90mV 2V 240mV 6V 480mV 12V 8 连接条压降不大于10mV 9 温度补偿 应30C调整 浮充为3 5mV 0C 均充为5 0mV 0C 10 表中的蓄电池重量为标准值 以1000Ah为界 1000Ah以下的重量上偏差不超过标准值的8 1000Ah以上 包括1000Ah 上偏差不超过标准值的5 五 说明几个问题 1 深放电电池需要一定的过充电 其条件见图 a C 5时 电池迅速恢复放出容量的80 一阶段大电流充电 保证气体复合率 不热失控 b 小于C 100才有可能接近额定容量 二阶段充电 浮充电流小到最小 实验表明 当蓄电池以低压限流方式进行充电时 在环境温度10 300C允许温度内充电 硫酸铅的熔解速度会提高 加上氧扩散速度的增大 在这些综合因素影响下 使电池充电效率得以提高 VRLA蓄电池若采用增大充电电流 缩短充电时间的充电方法 可显著提高电池的使用寿命 当采用增大电流而又不提高充电终了电压时 则因电流密度增大和充电反应速度提高 可使正板生成物PbO2或负极生成物Pb颗粒变细 同时 由于增大了活性物质孔隙率 PbO2或绒状铅Pb活性变好 除此之外 充电电流的增大使充电时间缩短 因此正极板栅与正极活性物质间界面 维持高电位时间变短 能抑制PbSO4层的生成 从而减少了发生容量损失的因素 2 气体复合效率 防止过充引起失水 均充电压 电池析气临界值 浮充运行下的VRLA蓄电池组中各单体电池的端电压往往处于非均一状态 甚至差别很大 一旦实施均充 厂方提出相当一部分电池就进入析气状态 所以均充会造成失水 热失控 引发蓄电池的早期失效 事实 关键看电压和电流 3 端电压偏差 新的阀控电池由于电介液的饱和状态不同 端电压偏差较大 吸收式六个月后 端电压偏差逐渐减小 有的出厂筛选 4 开路电压 开路电压 电介液密度1 3 0 85 2 15V5 浮充电压 2 25V 以样本为准 6 均充电压 2 35V 实际操作建议2 30V至2 33V 5 温度与容量的关系 6 温度与寿命的关系 六 基站蓄电池的使用1 现状 第一 基站频繁停电 停电时间长 停电时间无规律 使蓄电池频繁充放电 第二 开关电源设置参数不合理 蓄电池欠压保护设置电压过低 复位电压设置过低 使蓄电池出现过放电甚至深度过放电现象 第三 基站使用环境较恶劣 基站停电后 有的无空调 使基站环境温度逐步上升 或者由于空调故障 使基站室内温度偏高 从而降低了蓄电池使用寿命 第四 基站停电后 蓄电池放电至终止电压 未及时进行补充电 也将导致电池容量下降和使用寿命缩短 第五 有的电池有质量问题 2 蓄电池使用中的改善措施 第一 针对基站市电停电频繁造成蓄电池在未充足电的情况下又放电 建议采用以下措施弥补 增加蓄电池充入的电量1 对目前基站组合开关电源中蓄电池充电限流值参数进行调整 目前开关电源中对蓄电池充电限流值一般设定为0 1C10A 建议调整为0 15 0 2C10A 建议充电电压2 33V 单体 但最大充电电流不能超过0 2C10A 以缩短充电时间 增加蓄电池充电前期 8H 充入的电量 2 根据该基站停电次数及时间 如果停电次数多且停电时间长 建议对开关电源中均衡充电时间判别参数 充电时间和充电电流值判别 进行调整 延长均衡充电时间 可比原设定延长20 30 12H 13H 另外建议调整开关电源均衡充电时间周期设置 把原设置一般3个月时间周期调整为1 2个月 蓄电池均衡充电的退出机制一定要可靠 第二 对基站组合开关电源内电池欠压保护设置电压值进行重新设定 提高蓄电池欠压保护的设置电压 尽量避免蓄电池出现过放电和深度过放电 小电流过放电 具体设置要求如下 开关电源一次下电设置电压要求不低于46V 二次下电设置电压要求大于44V 建议设置在44 4V 负载电流不应小于1 3I10A 对负载电流小于1 3I10A的基站 其放电时间不应大于24小时 第三 改善基站机房室内环境 加装基站智能通风系统 解决基站由于市电停电或空调故障 机房内温升过高对蓄电池及通信设备影响 基站加装智能通风系统 不但能节省大量能源 降低基站运行费用 更能提高基站通信设备系统可靠性 降低通信设备故障率 减少蓄电池热失控发生概率和降低电池失水速率 从而延长蓄电池使用寿命 第四 监控中心一旦接到基站停电告警后 应密切注意该基站运行情况 一旦出现中断超过时限 应及时通知基站维护人员携带发电机组赶赴现场进行发电 确保蓄电池因放电终止后能进行及时充电 延长蓄电池使用寿命 第五 在工程前期站址勘察 设计阶段 一方面应选择供电质量好的供电线路 另一方面应了解该基站市电供应情况 停电时间 次数等 有重点的合理配置基站蓄电池容量 而不应采取一刀切方式配置蓄电池组容量 第六 加强基站巡检工作 每年在停电频繁的季节前安排各蓄电池厂家售服人员对基站蓄电池进行巡检 及时发现和更换落后电池 这样对提高电池组的可靠性乃至保证整组电池的寿命是非常重要的 3 阀控蓄电池的维护 一 安装使用初期的维护工作a 及时安装投入使用 避免长期贮存和人为故障 b 连接可靠 不得出现虚接 压降过大等问题 记录开路电压 c 开通时需均充补充电 以弥补运输和贮存周期带来的容量损失 d 首次容量检查应认真做好 测出实际容量值 放电参数尽可能靠近10小时率 并保证结束后完全充满 e 容量检查时 同时检查端子压降 单体温度 排气阀是否可靠 电池是否反极 f 设定好和蓄电池相关的开关电源参数 做好详细维护记录 二 使用一段时间后 约一个月至三个月之间 的维护工作a 检查连接是否可靠 b 检查浮充电压的一致性 检查落后电池 c 检查设定参数有无变化 是否稳定 特别是充电电压值和充电电流值必须稳定可靠 d 检查单体电池有无泄漏 三 使用过程中及使用后期的维护工作a 系统连接检查 b 做好安全隐患的排除 c 可能造成泄漏的部位 如端子 排气阀 壳盖间的密封检查 d 设置参数和实际参数的校对 e 浮充电压与浮充电流的检查及调整 f 定时换气 通风 将酸雾排出 g 做好定期容量检查 使用前三年 容量检查放出30 到50 即可 三年后每年做全容量检查 七 UPS电池的使用 1 现状 一般一组UPS电池由12V30节电池组成一般一组2VUPS电池由180节电池组成2 防止蓄电池组放电大马拉小车 即深度放电 2组500ah示例 放电电流电池告警阀值示例250A 1 8V500A 1 75V700A 1 7V 3 电池带载放电10h率时的标准测试电压 八 为阀控式铅酸蓄电池在线诊断技术提供思路 1 现状铅酸蓄电池从一百多年前发明到现在有大量的改进 阀控式蓄电池以它的贫液特点带来了好处 如体积小 重量轻 维护工作量少而受到青睐 然而 在日常使用中无法知道在线蓄电池的剩余容量 对于不能中断通信的电信运行商来说这是长期以来希望尽快解决而没有实际解决的问题 阀控式蓄电池公认的理论寿命为二十年 阀控式蓄电池单体设计寿命为十五年 在使用环境安装空调 每年按规定做充放电试验的整组中大容量电池 实际寿命一般可达八至十年 UPS电池或者在郊外市电差 维护环境差的整组小密电池 寿命通常为三至五年 正确判断阀控式密封蓄电池的健康状况 最有效的方法仍是放电法 所以在电源维护规程中明确规定 主电池每年要做一次核对性放电测试 容量测试每三年做一次 对使用六年后的电池应每年做一次容量测试 蓄电池容量放电测试技术存在安全隐患 离线式测量法 被脱离一组电池后 系统上备份电池组减少 而且不清楚剩余的电池组是否存在质量问题 如遇市电中断 无法保证剩余电池组可以独立支撑系统的供电同时 既要拆卸电池组正极 又要拆卸电池组负极 如果操作不小心很可能发生短路事故 极不安全 电池组能量全部以热能形式释放在机房中 造成电能浪费 此外 空调系统还要额外工作以抵消这些热能对环境温度造成的影响 进一步浪费电能在线式测量法 两组电池将均摊下游实际负载 但是如果其中一组电池存在质量问题 其内阻将大于另一组电池 由于两组电池并联电压一样 根据欧姆定律 这将导致一组电流大 一组电流小 有质量问题的电池组 最关键的问题是 在线评估式放电的深度将受到保护电压值的限制 放电深度有限 难以让长时间处于浮充状态的电池组得到深度充放电 难以达到放电容量测试以维护电池组的目的 推荐全在线蓄电池放电技术 示意图 全在线设备由工控机控制 它可以通过设定控制被测电池组的对外供电电流的大小以及对外供电的截止门限 它可以自动根据被测电池组电压下降幅度来控制自身的升压幅度 以保证在线电压始终不变当被测电池组在线放电到截止门限后 全在线设备自动转入充电恢复程序 此时 全在线设备自动根据被测电池组电压上升幅度来控制自身的降压幅度 直到被测电池组充电恢复到同另一组电池等电位被测电池组的充电恢复实际上是由整流器进行的 全在线设备在其中起控制作用 全在线蓄电池放电技术接线图A C作为全在线设备的工作电源接线端 直接取自被测电池组的直流电压也是被测电池组电压的测量端A D作为在线电压的测量端C D之间是全在线设备的升压和降压控制电路全在线设备未启动或停止工作 即使故障停机 C D之间始终是单向导通 从C到D 的物理常闭电路 以保证被测电池组始终处于在线状态 无缝连接具体表现为 以上图为例 全在线设备接入时 先接电源线L1 L2 L3 后拆原电源连接线L5 全在线设备拆除时 先接原电源连接线L5 后拆电源线L1 L2 L3 全在线放电技术应用分析 无缝连接技术 通过无缝连接技术 将全在线设备串联到被测电池组上 以确保被测电池组在接线 放电 充电三个过程中始终处于在线工作状态 全在线设备串联到被测电池组上后 全在线设备可以当作被测电池组正极与整流器正极之间的一个物理导通体 时刻保持单向导通状态 任何状态下都不影响被测电池组对外供电工作 全在线放电技术的无缝联接和拆除 2 原因 A 蓄电池由于正极板的极化电压和负极板的电位漂移造成每个单体电压有差异 正极板栅材料采用铅钙合金 容易使电位向正方向偏移 贫液状态下电液接触不紧密 造成极板表面电解液密度不一致 进而产生正极极化电势的不同 浮充时电压偏高的电池 是电池正板的极化电位 使负极表面累积大量盈余氧 氧对负极的去极化又使负极析氢电位向更负方向移动 导致电池过电位全部由正极承担 进而可把正极电位超常抬高 B 蓄电池组的浮充基准电压是一定的蓄电池由于正极板的极化电压和负极板的电位漂移造成每个单体电压有差异 组内有端电压高的电池就势必会有端电压低的电池 电池组各单体电池端电压失去均一性 导致各单体电池的电压特性差异逐渐扩大 C 由于各单体电池特性存在差异 因此每个电池所必需的能量就有差异 蓄电池组浮充时各单体电池流过的电流是同一个电流 这个电流不可能满足每个电池自放电的需要和满足维持氧通道所需要的能量 造成了浮充电流对蓄电池组各电池 饱饿不分 D 两大特性进一步扩大各单体差异 物理特性 蓄电池在浮充运行状态下的欠充使内阻大的蓄电池会电压升高 而原先容量较大的蓄电池浮充电电压上升缓慢 充电不足而容量下降 结构特性 1 泄漏 2 电解液比重层化3 隔膜压力衰退4 杂质的浸入 E 蓄电池充足标准存在缺陷 浮充电流最小 达三小时不变 为电池组充足的标准 这一标准遮掩了部分电池欠充的 饥饿 状况和造成电池完全充足概念的混肴 F 失水是中大容量电池寿命后期失效的主因 如果氧复合效率为99 一个1000Ah的VRLA蓄电池在正常浮充状态下一年将失水50g 即达到年失水量为0 5 根据某个厂家提供的资料 由于板栅腐蚀而引起的年失水量约为0 7 这两项相加时 年失水量达1 2 因此 如果失水10 将引起容量损失达20 这意味着VRLA蓄电池使用不到8年后将因失水而失效 摘自 一书常见充电电压高 引起失水 G 盐化是小密电池的常见病正常情形的负极板 放电产物硫酸铅呈较小颗粒 充电时很容易恢复为绒状铅 但在异常情况 负极板放电产物为难溶性大颗粒硫酸铅 并且在充电时不能还原为绒状铅 这种现象称为硫酸盐化 负极板容易出现硫酸盐化的原因有 电池长期充电不足 高温下放电 长期放电搁置 高型极板中电解液浓度分层 电池失水等 在这些原因中最普遍的和直接的原因是电池长期充电不足 铅酸蓄电池极板硫化示意图 这是还未接触电解液的崭新电池负极极片 在电子显微镜下放大558倍的图像 与其它图像比较 可以看到在表面没有任何硫酸盐晶 这是是从未使用 但搁置2年而硫化的电池负极极片 在电子显微镜下放大549倍的图像 可以看到化学反应已发生并摧毁了电池 极片上完全覆盖了硫酸盐晶体 这是经常性深度放电 使用6个月的电池负极极片 在电子显微镜下放大549倍的图像 明显看出大量的硫酸盐晶体覆盖在极片上 这是使用一年后 经过三个月一般脉冲充电处理的电池负极极片 在电子显微镜下放大549倍的图像 相比受严重硫化的电池图像 可以看到极片上覆盖的硫酸盐晶体的大小和数量都有明显的区别 但大部分仍牢固覆盖着的硫酸盐晶体 无法清除 说明一般的脉冲充电方法不能彻底地解决硫化问题 H 蓄电池组报废程序不完善 1 在寿命后期电池组有单体容量不足80 可报废 新旧不换用 好电池陪绑 2 对要报废的落后电池采取挽救措施不明确 如 注水 单充 充放循环人等 3 报废电池组三去向 卖掉 作备品 凑成整组使用 没有明确规定杜绝浪费 3 误区a 长期以来一直认为 浮充方式能保持电池组的容量 是电池组最佳运行条件 事实上常浮充状态下 电池组中一部分单体电池 因欠充电而容量衰减 VRLA蓄电池在浮充运行状态下的欠充为电池短寿的基本因素 b 重视蓄电池内阻的物理特性 忽视其它特性的问题 加上常浮充电池容量不足 造成现有的在线测试方法正确性有问题 交流法将一个低频交流电信号加电池组上 记录流过电池组的交流电流和电池端的交流电压 由此推算出电池阻抗 交流法测得的电导 与常浮充电池的容量对应关系不明显 但从电导的突变推测电池优劣是可取的 直流法 采用一对具有直流电压回路和直流电流回路的测试棒 加在单体电池的两端 测得在单位时间内的放电电流 t以及电池端电压 U的变化 直流法主要是忽略了电池放电能力的滞后性 如下图所示 快速放电法 是试图在电池带一定的重载时 跳过放电初始时的曲线凹陷 在十多分钟时间的放电曲线上找到电池与终止电压的关系 在一般情况下 放电凹陷与阀控电池的缺水程度有关 这种方法 尤其是在浮充状态下的快速放电法 由于电池组没有充足 各单体不是在同一起跑线上进行试验 试验数据正确与否没有必然性 而蓄电池在荷满的情况下 时间相近的两次放电曲线几乎是重叠的 U端 U静态 I R 为充电 为放电 快速放电法注意事项 新电池不做 吸收式至少半年 胶体至少一年以上 带载电流不能太小 一般要5h率以上 电池在充足后正确率会高一些 电池充足容量后浮充可维持三个月 半年以后又会出现离散性 4 介决的思路 仅供参考 由