铅酸阀控蓄电池原理与维护资料

山东鲁能智能技术有限公司蓄电池维护技术山东鲁能智能技术有限公司二OO五年八月目 录1 阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)两种主要类型1.1 AGM（玻璃纤维隔板吸附）技术1.2 GEL（胶体）技术1.3多种技术比较2 VRLA电池的容量检测方法2.1 VRLA电池容量及其影响因素2.2 不同倍率容量2.3 VRLA电池容量检测方法3 VRLA电池的运行环境、安装、维护与管理3.1 VRLA电池的使用3.2 VRLA电池的储存3.3 VRLA电池的维护4 常见质量问题解答1阀控式密封铅酸蓄电池两种主要类型目前在国内外所生产的铅酸阀控蓄电池（VRLA）有两类技术：AGM（超细玻璃棉隔板）技术和Gel技术（胶体技术）。1.1 AGM技术图11 AGM电池氧气的复合 它是采用超细玻璃棉隔板，这种隔板具有93%以上的孔隙率，可以吸收电池反应所需要的足够的电解液，因此可使电池内部没有流动的电解液，玻璃棉隔板在吸收了足够的电解液后，仍保持在10%左右的孔隙作为O2的复合通道正极析出的O2到负极复合，以实现氧的循环，即H2O1/2O2H2O，电池才可以达到密封效果（如图11所示）。AGM电池属于贫液设计，与富液式电池相比，电解液的密度较高。早期VRLA电池所出现的问题，主要是由于没有重视贫液设计所产生。目前国内外的VRLA电池以采用AGM技术为主，因为AGM电池有以下优点： 1).采用无锑Pb-Ca合金板栅和高纯度原材料，电池的自放电少，25下储存三个月，自放电率98%，因此无酸雾透出。5).初期容量较高，第三个循环周期即可达到100%以上的额定容量。6).有较好的低溢放电性能。图12 胶体电池氧气的复合 正由于以上优点，使得采用AGM技术的VRLA电池发展很快，国内外多数VRLA电池的制造厂家都采用AGM技术。1.2 Gel技术（胶体技术） 胶体电池的密封原理与AGM技术相似，也是氧的循环过程，但正极的氧气不是通过隔板的孔隙传输到负极的，而是通过胶体的裂纹来实现的，胶体的裂纹是氧的复合通道，胶体的裂纹是胶体形成时收缩产生的。胶体电池使用初期，由于胶体的裂纹较少，氧的复合效率较低，因此安全阀易开阀而有较多酸雾析出，随着电池的使用，裂纹增加，氧的复合效率提高。 胶体电池的主要生产厂商：德国Sonnenschein（德国阳光）公司，美国Gromptor Parkinson公司，意大利的FIAMM公司。胶体电解质电池的氧复合原理如图12所示（2）。胶体电解质的制备方法有三种：中和法、硅溶胶法、气相二氧化硅法，其中，气相二氧化硅在国外较多采用，其胶体电解质的稳定性较好。胶体技术的优点：1).胶体电池采用富液设计，因此，深放电的恢复特性较好，较好地防止电解液干涸。2).由于胶体的固定作用，胶体电池几乎不存在电解液的分层现象。3).在较高的环境温度下，胶体电池有比AGM电池更长的使用寿命，Gel技术比AGM技术发展慢的原因，是由于胶体电池有以下缺点：采用胶体和PVC隔板，且胶体易堵塞隔板及活性物质中的孔，使电池内阻较大，因此与AGM电池相比，在常温下20小时率容量低15%左右，-18启动放电，负荷电压约低20%。a) 使用初期，氧的复合效率较低，酸雾排出较多。b) 胶体电池对过充电较为敏感，如果电池倾斜或卧放，则电池内胶体可能会流出来。c) 不适合快充，高倍率放电，特别是在低温环境下。d) 不适合于薄型极板设计。图13 AGM和胶体电池在循环寿命中失水和气体复合的比较图 总的来说：AGM电池的气体复合效率高于Gel电池，而Gel电池的失水率要低于AGM电池。如图13所示。近年来，在铅酸电池的国际会议讨论中，对Gel技术有逐渐重视的趋势，但对AGM技术和Gel技术在应用中的优缺点还有不同的看法。有的认为动力型电池如电动车电池、牵引电池采用AGM技术好，因为其大电流放电性能好，而备用电池、UPS电池采用Gel技术好。但是，我们访问Trojan Battery公司时，John Wertz认为胶体电池的深循环性能优于AGM电池，因此他们设计VRLA电池动力牵引电池采用Gel技术，而UPS、备用电池则采用AGM技术。1.3 多种技术电池比较 从上图14可以看出：2.3.1铅酸蓄电池的体积比能量和重量比能量最小。2.3.2锂聚合物电池的体积比能量和重量比能量最大。2.3.3但是阀控铅酸蓄电池由于价格的优势仍然得到大面积的使用。2 VRLA电池的容量及检测方法2.1 VRLA电池的容量及影响因素 额定容量：在规定的工作条件下，蓄电池能放出的最低电量称为额定容量。VRLA电池规定的工作条件为：10小时率电流放电，电池温度为25，放电终了电压为1.8V。 实际容量：在特定的放电电流，电解液温度和放电终了电压等条件下，蓄电池实际放出的电量称为实际容量。 影响容量的主要因素有：放电电流、放电温度和电解液浓度。 2.2 不同倍率容量蓄电池容量是指电池在规定的时间内，以10小时率放电电流为一的倍数计算，放电到规定的终止电压为止所能放出的安时数。其放电率、放电电流、终止电压及应达到额定容量的百分数的百分数见下表：表 4 电池放出容量、放电电流、终止电压放电率（h）电池额定容量百分数（%）放电电流倍数（A）终止电压（V）0.5357I101.701505 I101.753752.5 I101.808941.18 I101.80(1.84)101001.0 I101.80(1.85)201100.55 I101.80(1.86) 注：括号中的终止电压值为第六次循环之后至电池保证寿命中期测量电池容量时，应达到的终止电压值。表5 南都GFM-系列电池型号及外形尺寸电池型号额 定电压（V）额定容量(Ah)外形尺寸（mm）重量（Kg）C10C3C1长宽槽高总高GFM-200220015011012020036638516GFM-300230022516516120036638523GFM-400240030022020120036638530GFM-500250037527524220036638538GFM-600260045033028320036638545GFM-800280060044018324460962962GFM-10002100075055021824460962976GFM-15002150011258253052446096291112.3 VRLA电池容量检测方法2.3.1离线式测量法（1） 将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置124小时，在环境温度为255的条件下开始放电：（2） 放电开始前应测蓄电池的端电压，放电期间应记录放电电流、时间及环境温度，放电电流波动不得超过规定值的1%。（3） 放电期间应测量蓄电池的端电压及室温，测量时间间隔为：10h率放电1h，3h率放电0.5h，1h率放电10min。在放电末期要随时测量，以便准确地确定达到放电终止电压的时间。（4） 放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量。蓄电池按10小时率放电时，如果温度不是25，则应按照实际测量的容量按下式换算成25的容量：CeCT1K（T25）式中T放电时的环境温度 K温度系数，10小时率容量实验时K0.006/ 5小时率容量实验时K0.008/ 1小时率容量实验时K0.01/ 如0条件下，五小时率放出的实际容量仅为额定容量的90。因此，一般情况下，建议在阀控电池的机房要求能配备空调。2.3.2在线式测量法（1） 在供电系统中，关掉整流器由蓄电池组放电供给实际负载，在蓄电池组放电中找出蓄电池组中电压最低，容量最差的一只作为容量测试的对象。（2） 打开整流器对蓄电池组进行充电，等待蓄电池组充足电后稳定1小时以上。（3） 对（1）中放电时找出最差的那只电池进行10h率放电实验。放电前后要侧记该只电池的端电压、温度、放电时间、和室温。以后每隔1小时记录一次，放电快到终止电压时，应随时侧记，以便准确记录放电时间。（4） 放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量。蓄电池按10小时率放电时，如果温度不是25，则应按照实际测量的容量按上式换算成25的容量。（5） 放电结束后用充电机对该只电池进行充电，恢复其容量。（6） 根据侧记的数据绘制放电曲线。2.3.3核对性容量试验法（1） 在直流供电系统中，关掉整流器，让蓄电池对实际负载供电，蓄电池组放电前后要记录每只电池的端电压、温度、室温、放电时间。放出额定容量的30%40%为止。（2） 放电结束后要对蓄电池进行充电，充入电量应是放出电量的1.2倍。（3） 根据记录的数据作出放电曲线，留作以后再次测试时作比较。2.3.4 随机性容量测试法（1） 采用蓄电池自动监控系统，监控每一只电池的状况，并按蓄电池维护要求设定告警值。（2） 蓄电池在日常工作，自动监控系统将记录蓄电池端电压变化情况。（3） 自动监控软件将实际数据与厂家提供曲线比较，可判断出蓄电池容量状况。 以上几种容量测试方法，是当前日常维护中常用的方法，但无论哪中方法，在容量测试期间，设备安全都会受到一定的威胁。因此在做容量测试时要防止市电停电，备用发电机组应处于良好状态。2.4浮充电寿命与环境温度之间的关系t25tT2（T25）10其中：T为电池在实际运行时的环境温度；tT为在环境温度为T时，电池的设计寿命；t25为在环境温度为25时，电池的设计寿命；例如：35环境温度下，设计寿命为5年的12V电池，实际寿命为：t35t252（T25）10=5/2（3525）102.5年即：实际寿命为2.5年3.VRLA电池的运行环境、安装、维护与管理3.1电池的使用3.1.1使用条件 GFM-系列电池可在-1545的环境中使用，最佳使用温度为25。 开关电源参数设置参考如下：表6 开关电源参数设置表参数项目220V/104只电池110V/52只电池*浮充电压(V)（25）230234115117均充电压(V)244.4249.6122.2124.8均充周期3个月;电池组中有两只以上电池电压低于2.18V均浮充转换电流（A）0.005C10*限流值（A）0.1C10(若有特殊情况,限流值可提高0.15C10)* 上表中的浮充电压数据是在25环境温度下的参数设定值，其它温度下的参数见表7。* 限流值指开关电源的输出电流减去通信设备所需电流值。3.1.2 浮充使用 南都GFM-系列电池可浮充运行也可循环使用。 浮充运行是蓄电池的最佳运行条件，运行时电池一直处于满荷电状态，在此条件下运行电池将达到最长的使用寿命。浮充运行时，充电电压应随环境作适当调整，具体见表7：表7 不同温度时电池的浮充电压值环境温度（）浮充电压（V/只0.02 V/只）0102.2911152.2616252.2326302.2131352.2036402.193.1.3均衡充电 GFM-系列电池在下列情况下需对电池组进行均衡充电： 电池系统安装完毕，对电池组进行补充充电 电池组浮充运行三个月后，有两只以上电池电压低于2.18V 电池搁置停用时间超出三个月 电池全浮充运行达三个月 均衡充电的方法推荐采用如下： 以2.35V/单体2.40V/单体充电24小时 注意：上述充电时间是指温度范围为2030，如果环境温度下降，则充电时间应增加，反之亦然。3.1.4电池充电 电池放电后应及时充电。充电方法推荐如下： 以0.1C10A的恒电流对电池组充电，到电池单体平均电压上升到2.352.40V,然后改用 2.352.40V/单体进行恒压充电,直到充电结束。 用上述方法进行充电，其充足电的标志，可以用以下两条中的任一条作为判断依据： 充电时间1824小时（非深放电时间可短，如20放电深度的电池，充电时间可缩短 为10小时。） 电压恒定情况下，充电末期连续三小时充电电流值不变。 在特殊情况下，电池组需尽快充足电，可采用快速充电方法：限流值0.15C10A，充电电压为2.352.40V/单体。图15表示GFM500在放电深度为100用0.1C10A的电流，限压2.35V（25）进行充电的特性曲线。从图中可以看出，完全放电后的蓄电池,充电15小时后,充入电量可达100以上。图16表示GFM500在放电深度100后用0.1C10A的电流，限压2.23V（25）进行充电的特性曲线。充电24小时后，充入电量可达100以上。 图15 GFM500在放电深度100后用0.1C10A的电流， 限压2.35V（25）的充电特性曲线图16 GFM500放电深度100后用0.1C10A的电流， 限压2.23V（25）的充电特性曲线3.2电池储存所有铅酸蓄电池在开路状态下都会自放电，自放电的结果是电池的开路电压降低，从而引起电池容量的减少。南都GFM-系列电池在储存时应注意以下几点: 自放电率与电池的储存温度有关，温度低则自放电程度小，温度高则自放电程度大。 南都GFM-系列电池存放环境要求035。存放地点应通风、干燥。 储存时的一个重要参数是开路电压，它与电解液浓度有关。为避免自放电对极板的永久 性损伤，电池存放三个月应进行补充电。充电方法见均衡充电。 电池存放期间，若开路电压低于2.10V/单体，应进行补充电后才能投入使用，充电方法 见均衡充电。 所有准备储存的电池在存放前都必须充足电。建议记下电池存放的时间，归入定期维修 记录，并记下需再补充电的时间。 所有GFM-系列电池组的合格证上有电池最后一次充电的时间，可根据这个推算电池下一次补充电时间。3.2 电池的维护 为确保电池的使用寿命，应对电池进行正确的检查和维护。以下推荐GFM-II系列电池的维护保养方法。3.2.1月度保养每月完成下列检查： 保持电池房清洁卫生。 测量和记录电池房内环境温度。 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。 测量和记录电池系统的总电压、浮充电流。3.2.2季度保养 重复各项月度检查。 测量和记录各在线电池的浮充电压。若经过温度校正有两只以上电池电压低于2.18V,电池组需进行均衡充电，如问题仍然存在，继续进行电池年检乃至三年维护中的项目检查。以上方法均失效，请与本公司用户服务中心联系。3.2.3年度保养 重复季度所有保养、检查。 每年检查连接部分是否有松动。 每年电池组以实际负荷进行一次核对性放电试验,放出额定容量的3040。3.2.4三年保养 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。3.2.5使用维护注意事项 进行电池使用和维护时，请用绝缘工具。电池上面不可放置金属工具。 请勿使用任何有机溶剂清洗电池。 切不可拆卸密封电池的安全阀或在电池中加入任何物质。 请勿在电池组附近吸烟或使用明火。 请勿使用异样电池。 所有的维护工作必须由专业人员进行。4 常见质量问题及解决方法4.1如何进行电池选型？答：（1）根据直流系统的标准基础电压变动范围确定最低电压值VL （2）确定蓄电池放电时全程回路压降DV。终止电压VF与电池只数有如下关系：VF=（VL+ D V）/N。 （3）根据近期负荷电流I（本期+近期将装机负荷+照明+其它）与市电不可用度T（小时）确定电池容量。（注：市电不可用度主要有：一类供电0.5 - 1 小时；二类供电1 -2 小时；三类供电 2- 3 小时） （4）选型容量的计算： C10 = C/hkht C10：25oC 下，产品出厂时按用户要求电流放电所应保证的容量（10小时率）ht ：温度补偿系数，1+0.006（t-25），选型时t取使用环境的最低值hk ：衰老系数，0.80（1994-763文件规定：使用浮充8年以上，或容量80%）4.2为什么高型电池最好采用卧放，低型电池最好采用竖放？答：高型电池竖放易导致电池内部电解液分层，放置时间久后，上层的硫酸密度变稀，下层硫酸密度变浓，从而形成浓差微电池，长期如此导致电池自放电严重，缩短电池使用寿命。 低型电池电解液分层的可能性小得多，而采用竖放将有效地减少电池漏液的可能，因此矮型电池宜选择坚立放置。4.3怎样确定电池的安装方式？答：对于采用AGM技术的阀控电池，高型设计的电池在安装时应选择水平卧放，以免在使用过程中产生电解液分层。安装时，主要考虑安装面积和地面承重，用户可根据电池安放区情况选择二层、三层、四层和六层的安装方式，在地面承重允许的情况下，选择四层或六层方式安装可节省占地面积，这种方式较适合于电池放在一楼或地下室，对于有足够的面积而地面承重能力差的情况，宜采用二层方式安装。具体安装方式参照“电池安装手册”。超出“安装手册”以外的，由公司技术人员为客户进行专项设计，也称之特殊设计。4.4怎样计算电池的承重？答：根据等效均布荷载理论，计算公式如下： 8Mmax qt=- bl2 其中： b:楼板的计算跨度 l:楼板上局部荷载的有效分布宽度 Mmax:楼板的绝对最大弯矩 qt：蓄电池等效均布荷载以2组500/48V蓄电池为例，设电池室楼板跨矩为6m，楼板承重最大为600 Kg/m2。下表中计算了双层单列一排和双层单列两排两种安装方式的等效均布荷载。荷载长边垂直于板跨1.3651.3m2.730.59mb1.3652.73l0.621.24Mmax20100qt305191 从表中可以看出，无论采用那种安装方式，均小于楼板最大承重。4.5 采用电池软连接有哪些好处？答：电池之间采用连接条连接，常用的有铜排（硬连接）和电缆（软连接）二种，铜排制作方便，安装简单，成本较低，但由于材料的刚性，连接时易造成极柱损伤或接触不良，电缆软连接克服了上述缺点使电池连接灵活方便，电接触性能良好。两组以上电池并联使用时，应注意尽可能使每组电池至负载的连接线等长，以保持电池组之间的相对均匀性。4.6 为什么新旧电池、不同类型电池，最好不要混合使用？答：由于新旧电池、不同类型电池的电池内阻大小不一，电池在充放电时差异明显，如串联使用会造成单只过充或欠充；如果并联使用，则会造成充放电偏流，各组电池的电流不一致。4.7 电池在运行维护过程中，需经常检查哪些项目？答：（1）电池的总电压、充电电流及各电池的浮充电压； （2）电池连接条有无松动、腐蚀现象； （3）电池壳体有无渗漏和变形； （4）电池的极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出。4.8 什么叫浮充电压？怎样确定电池的浮充电压？答：浮充使用时蓄电池的充电电压必须保持一恒定值，在该电压下，充放电量应足以补偿蓄电池由于自放电而损失的电量以及氧循环的需要，保证在相对较短的时间内使放过电的电池充足电，这样就可以使蓄电池长期处于充足电状态，同时，该电压的选择应使蓄电池因过充电而造成损坏达到最低程度，此电压称之为浮充电压。一般情况下（15-19），南都电池浮充电压为2.23V/只。4.9 新安装的电池，有些压差较大，会影响使用吗？答：新安装的电池，经过一定时间浮充运行后，浮充电压将趋于均匀，因为刚使用硫酸饱和度较高，气体复合效率差，运行后饱和度略微会下降，电池浮充电压也会均匀。下面为有关资料显示电池浮充运行情况：浮充电压（V）新电池1月后3月后6月后最高2.3152.3002.2702.260最低2.1502.2002.2002.2004.10 电池在长期浮充运行中，电池电压不均有那些原因？答：目前VRLA电池存在着浮充电压不均匀的现象，这是由生产电池的各个环节中所用配件和材料的质量、数量以及含量的误差累积所致，特别是VRLA电池采用了贫液式设计，误差将影响到电池内部的硫酸饱和度，这直接影响电池浮充时氧气的再化合，从而使浮充时电池的过电位不同，电池的浮充电压也就不一样。但VRLA电池经过一定时间的浮充运行后，浮充电压将趋于均匀。因为硫酸饱和度高的电池氧气复合效率差，使饱和度略微下降，电池的浮电压也就越均匀。 另电池串联的连接条压降大；极柱与连接条接触不良；新电池在运行三六个月内均有可能存在不均匀现象。4.11 电池浮充运行时，落后电池如何判断？答：落后电池在放电时端电压低，因此落后电池应在放电状态下测量，如果端电压在连续三次放电循环中测量均是最低的，就可判为该组中的落后电池，有落后电池就应对电池组均衡充电。 例如，对于在浮充状态的电池，如果浮充电压低于2.16V应予以引起重视.4.12 电池有时有略微鼓胀，会影响电池使用吗？答：由于电池内存在着内压，电池壳体出现微小壳体的鼓胀程度，一方面厂家要注意安全阀的开阀压，使电池内压不致太大，以及选择合适的壳体材料，壳体厚度；另一方面用户要对电池进行正常的维护保养,以免过充和热失控。4.13 电池放电后，一般要多少时间才能充足电？答：放电后的蓄电池充足电时间所需时间，随放出容量及初始充电电流不同而变化。如一般蓄电池经10h率放电，放电深度100%的蓄电池，蓄电池通过“恒压限流”和“恒流限压”充电24小时后，充入电量可达100%以上。4.14 电池漏液分哪几类，主要有那些现象？答：阀控密封电池的关键是密封，如电池漏夜，则不能与通信机房同居一室，必须进行更换。(1) 现象：a极柱四周有白色晶体,明显发黑腐蚀,有硫酸液滴。b如电池卧放，地面有酸液腐蚀的白色粉末。c极柱铜芯发绿，螺旋套内液滴明显；或槽盖间有液滴明显。(2) 原因：a某些电池螺套松动，密封圈受压减小导致渗液。b密封胶老化导致密封处有纹裂。c电池严重过放过充，不同型号电池混用，电池气体复合效率差。d灌酸时酸液溅出，造成假漏液。(3) 措施 ：a对可能是假漏液电池进行擦拭，留待后期观察 b对漏液电池的螺套进行加固，继续观察 c改进电池密封结构4.15 蓄电池的使用寿命为几年，是如何推断出的？答：根据目前的研究，电池寿命主要取决于正极栅的腐蚀，用加速寿命测试方法，浮充在55至2.25-2.30V/只，用1.5C1020放电至1.70V，40天为一个循环，相当于使用寿命1.6年，经过9.5个循环，电池容量保持80%，涂膏极板要除以系数1.14。 根据上述试验，电池在25下浮充使用寿命为： 1.69.5/1.14=13年 因此，对电池在正常浮充使用下，寿命应在10-15年之间。4.16蓄电池使用中，为什么有时“放不出电”？答：电池在正常浮充状态下放电，放电时间未达要求，其原因为；（1） 电池放电电流超出额定电流，造成放电时间不足，而实际容量未达到；（2） 浮充时实际浮充电压不足，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（充电过程则相反，此电池电压上升也较快）。（4） 放电时环境温度过低。随着温度的降低，电池放电容量亦随之下降4.17 电池在充电时，为什么有时会有“扑扑”的声音？答：一般情况下，充电时会产生部分氧，有足够的气体扩散通道，达到氧的迅速传递与化合，但在电池过充时，产生的气体较多，来不及复合，电池内部全体压力过高，当内部压力超出安全排气阀正常值时，该闭自动开启，待压力恢复到正常值时自动控制关闭，在此过程中，由于气体流动会产生声响。4.18 电池发烫，温度较高会影响电池使用吗？答：一般情况，处于充放电过程，由于电流较大，电池存在一定内阻，电池会产生一部分热量，温度有所升高。但是，当电池充电电流过大，电池间间隙过小会