通信用VRLA电池的技术与维护PPT学习教案

1、会计学1通信用通信用VRLA电池的技术与维护电池的技术与维护二、通信电源系统中所用铅酸蓄电池的类型二、通信电源系统中所用铅酸蓄电池的类型 固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池（固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池（GF电池）电池） 固定型阀控密封铅酸蓄电池（固定型阀控密封铅酸蓄电池（VRLA） AGM阴极吸收式（贫液式）阴极吸收式（贫液式） GEL胶体式胶体式 德国阳光公司德国阳光公司OPzV 隆源双登富思特隆源双登富思特GFMJ第2页/共53页三、三、VRLA电池的工作原理电池的工作原理正极放电反应正极放电反应反应反应 1 中等当量中等当量H和电子分别来自电解质溶液和板和电子分别来自电解质溶液和板栅界面，栅界面

2、， 称为双注入过程称为双注入过程双注入过程双注入过程1. PbO2 2H+ + 2e Pb(OH)2 2. Pb(OH)2 + H2SO4 PbSO4 + 2H2O第3页/共53页三、三、VRLA电池的工作原理电池的工作原理负极放电反应负极放电反应Pb H2SO4- PbSO4 2H+ + 2e电池内气体的产生电池内气体的产生 过充电过充电 正极板栅腐蚀正极板栅腐蚀 自放电自放电H2O H2 1/2O2第4页/共53页四、四、VRLA电池的关键技术电池的关键技术氧复合原理氧复合原理第5页/共53页四、四、VRLA电池的关键技术电池的关键技术 过过 充充 （正（正 极）极） H2 O O2扩扩

3、散散 充电充电 （负（负 极）极） PbSO4 Pb + （ O2 ） 同同 H2SO4 反应反应 反反 应应 PbO 氧循环原理图氧循环原理图 （Gas Recombination） （HH2 2 OO 1 1 1/ / /2 2 2 O O O2 2 2 HH2 2 OO）第6页/共53页四、四、VRLA电池的关键技术电池的关键技术高孔隙率的高孔隙率的 AGM AGM 隔板，为隔板，为O O2 2的复合提供通道的复合提供通道电池极群的紧装配，预压缩技术装配压在电池极群的紧装配，预压缩技术装配压在40406OKpa 6OKpa 高纯度的板栅合金，提高析氢过电位高纯度的板栅合金，提高析氢过电位

4、开、闭压可靠的安全阀开、闭压可靠的安全阀 开阀压：开阀压：101049Kpa49Kpa 闭阀压：闭阀压：1 1 10Kpa10Kpa过量的负极活性物质过量的负极活性物质 正、负极板容量比正、负极板容量比1:1.1-1.21:1.1-1.2恒压限流的充电方式恒压限流的充电方式定量灌酸，贫液设计定量灌酸，贫液设计第7页/共53页GF GF 电池的缺点电池的缺点VRLA电池与防酸隔爆式（电池与防酸隔爆式（GF）电池的比较）电池的比较 流动电解液流动电解液 不密封不密封 充放电析出酸雾，污染充放电析出酸雾，污染 环境及腐蚀设备环境及腐蚀设备 需经常补加酸和水需经常补加酸和水 不能卧放不能卧放 占地面积

5、大，须与通讯占地面积大，须与通讯 设备、开关电源隔离放设备、开关电源隔离放 置。置。 第8页/共53页内阻小，超细玻璃棉内阻小，超细玻璃棉隔板吸收电解液，具隔板吸收电解液，具有有9393以上的孔隙率以上的孔隙率其中其中1010左右作为左右作为O O2 2的复合通道。的复合通道。AGM AGM 技术特点技术特点五、五、VRLA电池的两大类技术电池的两大类技术第9页/共53页VRLA电池的两大类技术电池的两大类技术AGM AGM 技术技术第10页/共53页GelGel技术（胶体技术）特点技术（胶体技术）特点VRLA电池的两大类技术电池的两大类技术内阻较大，SiO2胶体吸收电解液，胶体的微裂纹作为O

6、2的复合通道，使用初期有酸雾逸出。第11页/共53页GelGel技术（胶体技术）技术（胶体技术）VRLA电池的两大类技术电池的两大类技术第12页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性 开路电压开路电压 工作电压工作电压 终止电压终止电压 容量容量 理论容量理论容量 实际容量实际容量 额定容量额定容量 放电制度放电制度 放电倍率放电倍率 使用寿命使用寿命 浮充寿命浮充寿命 循环寿命循环寿命第13页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性充电特性充电特性浮充充电浮充充电第14页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性充电特性充电特性快速充电快速充电 最大充电电流最大

7、充电电流0.2C10A 均衡充电均衡充电 均充电压设定为均充电压设定为2.35V/单体单体(25)。 充电最大充电最大 电电 流为流为0.25C10A 第15页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性放电特性放电特性不同倍率的放电特性曲线不同倍率的放电特性曲线 第16页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性高倍率放电特性高倍率放电特性不同倍率放电容量不同倍率放电容量放电率放电率给出的容量（给出的容量（25）10小时率放电小时率放电100% C10小时率放电小时率放电55% C10第17页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性温度与容量的关系温度与容量的关系第1

8、8页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性浮充特性浮充特性VLRA电池不同温度时的浮充电压电池不同温度时的浮充电压环境温度（环境温度（）浮充电压（约浮充电压（约V0.01V/单体）单体）0102.3111152.2816252.2526302.2331352.2136402.20第19页/共53页六、六、VRLA电池的电特性电池的电特性浮充电压与寿命的关系浮充电压与寿命的关系不同浮充电压下不同浮充电压下VRLA电池寿命与温度的关系电池寿命与温度的关系 第20页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式1 1、板栅的腐蚀与增长、板栅的腐蚀与增长 板栅腐蚀是板栅腐蚀是VRL

9、A电池失效的重要原因，无论是在开路状态，还是在电池失效的重要原因，无论是在开路状态，还是在浮充状态或是充放电状态，板栅都存在被腐蚀的现象。特别是在过充放电浮充状态或是充放电状态，板栅都存在被腐蚀的现象。特别是在过充放电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，浓度增加，导致正极附近酸度增状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，浓度增加，导致正极附近酸度增高，板栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充放电状态，那么很高，板栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充放电状态，那么很快这些电池的容量降低，最后失效。快这些电池的容量降低，最后失效。 正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚至于

10、正极板栅在遭受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，最终导致整个电池的损坏。个别筋条断裂，最终导致整个电池的损坏。 针对正极板栅存在着腐蚀和变形的必然性，我们采取以下技术措施减针对正极板栅存在着腐蚀和变形的必然性，我们采取以下技术措施减缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的使用寿命。缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的使用寿命。（1 增加正极板栅的厚度，保证增加正极板栅的厚度，保证VRLA电池板栅的工作年限。电池板栅的工作年限。（2 采用更耐腐蚀的板栅合金材料，耐腐蚀性好，抗蠕变强度也明显增采用更耐腐蚀的板栅合金材料，耐腐蚀性好，抗蠕变强度也明显增加。加。（3 在电池设计上采用

11、玻璃棉隔板紧装配或胶体电介质使电极承受压力，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。提高板栅的机械支撑力。第21页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式VRLA 电池失水途径有三：电池失水途径有三： （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，或较高电池加速充电，可造成明显失水现象。效率低，或较高电池加速充电，可造成明显失水现象。 （2） 通过电池槽、盖渗漏。容器渗水取决于材料的性质和厚度，电池周围大气的相对湿通过电池槽、

12、盖渗漏。容器渗水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。常用电池槽材料为度也有影响。常用电池槽材料为ABS，PP，PVC，各有优缺点。，各有优缺点。PVC 强度低，但强度低，但氧气保持量最大；氧气保持量最大；ABS 硬度最大，氧气保持量优于硬度最大，氧气保持量优于 PP；PP 的水蒸气渗透率小于的水蒸气渗透率小于ABS。 （3） 板栅腐蚀造成失水。板栅腐蚀造成失水。 板栅合金腐蚀的微电池反应为：板栅合金腐蚀的微电池反应为： 2 2、失水、失水2H+ + 2e H2Pb(合金) 2e + H2SO4 PbSO4 + 2H+第22页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效

13、模式3 3、负极硫酸盐化、负极硫酸盐化 铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。 长期充电不足，整组电池中的落后电池。长期充电不足，整组电池中的落后电池。 在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，在在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，在 交流供电状况比较恶劣的偏远通讯机站交流供电状况比较恶劣的偏远通讯机站 经常进行深度放电（电池电压放电至经常进行深度放电（电池电压放电至1.75V -1.80V）第23页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式4 4、热失控、热失控（1） 当电流流过具有一定阻值

14、的导体时，放出的热量遵循焦耳楞次定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：律： Q = 0.24I2Rt 处于正常充足电状态的电池，其内阻极小，如处于正常充足电状态的电池，其内阻极小，如GFMZ500电池，其内阻约电池，其内阻约为为0.2 m，浮充电流约，浮充电流约0.4A，放出的热量很少。处于异常状态的，放出的热量很少。处于异常状态的VRLA的电池，的电池，DmcMenamin通过测电池的电导，发现内阻很大，电池发热。通过测电池的电导，发现内阻很大，电池发热。（）（） GF型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙，所以在型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙

15、，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，随同氧气逸出电池，生氢气，随同氧气逸出电池，VLRA电池由于氧复合，反应为放热反应电池由于氧复合，反应为放热反应，充电过程中，充电过程中VLRA电池产生热量多于电池产生热量多于GF型铅酸蓄电池。型铅酸蓄电池。第24页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式防止热失控的措施防止热失控的措施采取恒压限流的充电方式，防止电池的过充电，开关电源设采取恒压限流的充电方式，防止电池的过充电，开关电源设置的均充电压值和浮充电压值不能高于厂家所规定的数值。置

16、的均充电压值和浮充电压值不能高于厂家所规定的数值。另外在电池设计和制造中尽量减小电阻的内阻，如正负极间另外在电池设计和制造中尽量减小电阻的内阻，如正负极间距要小，电池要紧装配等。距要小，电池要紧装配等。第25页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式5 5、早期容量损失、早期容量损失（Premature Capacity LossPremature Capacity Loss） VLRA电池的早期容量损失（电池的早期容量损失（PCL）是指电池初期进行容量）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，严重时容循环时，每经过一次充放电循环，容量下降明显，严重时容量

17、下降达以上。在实际使用时可以发现电池在使用较短量下降达以上。在实际使用时可以发现电池在使用较短时间（远远低于设计寿命），电池容量已下降至额定时间（远远低于设计寿命），电池容量已下降至额定容量一下，经解剖，电池内部板栅活性物质、隔板表面完好，容量一下，经解剖，电池内部板栅活性物质、隔板表面完好，这种现象就是早期容量损失。这种现象就是早期容量损失。第26页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式早期容量损失的三种现象早期容量损失的三种现象第27页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式解决解决 PCLPCL1 1的措施的措施 在在Pb-Ca含量中添加其他元素如含量中添加

18、其他元素如Sn、Ag、稀土元素、稀土元素Se等，可等，可 以改善界面的腐蚀层电阻以改善界面的腐蚀层电阻 铸造成的板栅在经过一次辊压，提高其致密性和抗蠕变性能铸造成的板栅在经过一次辊压，提高其致密性和抗蠕变性能， 使电池的充电接受能力大为改善。使电池的充电接受能力大为改善。第28页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式主要方法主要方法 解决解决PCLPCL2 2的措施：抑制正极活性物质膨胀的措施：抑制正极活性物质膨胀）采用回弹性好的优质）采用回弹性好的优质AGM隔板；隔板；）采用高温高湿固化，形成）采用高温高湿固化，形成4BS为主，经化成后的正极活性为主，经化成后的正极活性 物质

19、为物质为 PbO2） 将组装压力增加至将组装压力增加至40KPa以上，使隔板保持对正极活性物以上，使隔板保持对正极活性物 质质 的压力；的压力；第29页/共53页七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式解决解决PCLPCL3 3的措施的措施PCL-是负极的影响，这是由于是负极的影响，这是由于VLRA电池如果长期使负极充电池如果长期使负极充电不足，导致负极底部电不足，导致负极底部13处硫酸盐化，这种现象一般在处硫酸盐化，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次循环时发生，负极膨胀剂的杂质和膨胀剂的失效会使PCL-更更加严重。采用高纯度更稳定的膨胀剂，采用

20、高的初始电流充电，加严重。采用高纯度更稳定的膨胀剂，采用高的初始电流充电，低的过充和后期脉冲电流充电可以解决低的过充和后期脉冲电流充电可以解决PCL-。 第30页/共53页VRLAVRLA电池的主要技术问题电池的主要技术问题1 1、VRLAVRLA电池的均一性问题电池的均一性问题 第31页/共53页VRLAVRLA电池的主要技术问题电池的主要技术问题2 2、VRLAVRLA电池对环境温度和充电的敏感性问题电池对环境温度和充电的敏感性问题 1,0001001011980- 1985Surveyed Installation (log scale)6 yearNone Replaced1986-

21、19891990- 19931994- 19961997- 200010,000第32页/共53页VRLAVRLA电池的主要技术问题电池的主要技术问题2 2、VRLAVRLA电池对环境温度和充电的敏感性问题电池对环境温度和充电的敏感性问题 1,0001001011980- 1985Surveyed Installation (log scale)6 yearNone Replaced1986- 19891990- 19931994- 19961997- 200010,000100,000第33页/共53页VRLAVRLA电池的主要技术问题电池的主要技术问题2 2、VRLAVRLA电池对环境温度

22、和充电的敏感性问题电池对环境温度和充电的敏感性问题 TelecomUtility5050501101001,00010,000100,0006 yearNone Replaced第34页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护1 1、VRLAVRLA的选型的选型 计算法：计算法：a.根据电池组电压波动范围确定最低电压值根据电池组电压波动范围确定最低电压值VL；b.确定电池组全程回路压降确定电池组全程回路压降V;c.终止电压终止电压VF = (VL+V) /N N电池只数电池只数VF一般为一般为1.80V;d.根据近期负荷电流根据近期负荷电流I与市电不可用度与市电不可用度T（小

23、时）确定电池最低容量（小时）确定电池最低容量C，由，由I和和 T两个数据查厂家提供两个数据查厂家提供的不同放电倍率下，不同终止电压与容量关系从容量关系曲线查出实际放电容量。的不同放电倍率下，不同终止电压与容量关系从容量关系曲线查出实际放电容量。e.计算选型容量计算选型容量C10=C / k tC10：25 下厂家应保证的电池容量（小时率）；下厂家应保证的电池容量（小时率）； k ：衰老系数，一般为：衰老系数，一般为0.81; t ： 温度补偿系数，温度补偿系数，10.006(t 25) t 取使用温度的最低值取使用温度的最低值第35页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护曲

24、线查找法：根据放电电流和放电时间及终止电压确定曲线查找法：根据放电电流和放电时间及终止电压确定第36页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护选型参数：选型参数：第37页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护2 2、VRLAVRLA的安装使用及注意事项的安装使用及注意事项安安 装装 方方 式：式：高型设计的高型设计的AGM技术的技术的VRLA 卧放卧放 （防止电解液分层）（防止电解液分层）矮型设计的矮型设计的AGM技术的技术的VRLA采用采用Gel技术的电池技术的电池安装层数安装层数: 根据地面的承重允许状况及根据地面的承重允许状况及 安装面积而决定安装面

25、积而决定竖、卧放竖、卧放第38页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护竖式放置（立方型）竖式放置（立方型）卧式放置（高型）卧式放置（高型）水平放置（薄型）水平放置（薄型）安安 装装 方方 式式 图：图：第39页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护 ）安装方案应根据地点、条件，如：地面负荷、通风环境、）安装方案应根据地点、条件，如：地面负荷、通风环境、 阳光照射、腐蚀和有机溶剂、机房布局，以及维修方便。阳光照射、腐蚀和有机溶剂、机房布局，以及维修方便。 ）安装时新旧蓄电池一般不能混用，不同类型的电池或不同）安装时新旧蓄电池一般不能混用，不同类型的电池或不

26、同 容量的电池决不可混合使用。容量的电池决不可混合使用。 3）电池均为）电池均为100荷电出厂，必须小心操作，忌短路，安装时荷电出厂，必须小心操作，忌短路，安装时 应采用绝缘工具，戴绝缘手套，防止电击。应采用绝缘工具，戴绝缘手套，防止电击。 4）电池在安装使用前，在）电池在安装使用前，在035的环境下存放，储存期限为的环境下存放，储存期限为 3个月，若超过个月，若超过3个月，就应按使用书给定标准对电池进行个月，就应按使用书给定标准对电池进行 补充电。补充电。2 2、VRLAVRLA的安装使用及注意事项的安装使用及注意事项第40页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护 5）按

27、规定的串并联线路，连接列间、层间、面板端子的电池连接，在安装末端）按规定的串并联线路，连接列间、层间、面板端子的电池连接，在安装末端 连接件和整个电源系统导通前，应认真检查正极性及测量系统电压。并注意：连接件和整个电源系统导通前，应认真检查正极性及测量系统电压。并注意： 在符合设计截面积的前提下，引出线应尽可能短，以减少大电流放电时的压在符合设计截面积的前提下，引出线应尽可能短，以减少大电流放电时的压 降；降； 两组以上电池联时，每组电池至负载的电缆线最好等长，以利于电池充两组以上电池联时，每组电池至负载的电缆线最好等长，以利于电池充 放电各组电池电流均衡。放电各组电池电流均衡。 6）电池连接

28、时，螺丝必须紧固，但也要防止拧紧力过大而使极柱嵌铜间损坏。）电池连接时，螺丝必须紧固，但也要防止拧紧力过大而使极柱嵌铜间损坏。 7）安装结束时应再次检查系统电压和电池正负极方向）安装结束时应再次检查系统电压和电池正负极方向 ，以确保电池安装的正确。，以确保电池安装的正确。 8）可用肥皂水浸湿软布清洁电池壳、盖、面板和连接线，不能用有机溶剂清洗）可用肥皂水浸湿软布清洁电池壳、盖、面板和连接线，不能用有机溶剂清洗 以免腐蚀电池盖及其它部件。以免腐蚀电池盖及其它部件。2 2、VRLAVRLA的安装使用及注意事项的安装使用及注意事项第41页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护3

29、3、VRLAVRLA的维护的维护 ）VRLA电池的安放电池的安放 VRLA电池不必专设电池室，可与通信设备同装一室，电池不必专设电池室，可与通信设备同装一室， 可可 叠放组合或安装在机架上。叠放组合或安装在机架上。 ）经常检查的项目）经常检查的项目 a 浮充电压，环境温度；浮充电压，环境温度； b 连接处有无松动、腐蚀现象；连接处有无松动、腐蚀现象； c 电池壳体有无渗漏和变形；电池壳体有无渗漏和变形； d 极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出；极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出； 第42页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护 3 ）补充电）补充电 a 、 电池系统安装完毕，对电池

30、组进行补充充电；电池系统安装完毕，对电池组进行补充充电； b 、 电池搁置停用时间超过三个月；电池搁置停用时间超过三个月； 蓄电池的放电蓄电池的放电 a 每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出额定容量的每年应以实际负荷做一次核对性放电试验，放出额定容量的30%-40%； b 每三年做一次容量试验，到使用六年后应每年做一次；每三年做一次容量试验，到使用六年后应每年做一次；第43页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护4）、蓄电池容量的测量）、蓄电池容量的测量 方法方法1：离线式测量法离线式测量法a.将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置1

31、24h，在环境温度，在环境温度 255的条件下开始放电的条件下开始放电 b.放电开始前应测蓄电池的端电压，放电期间应测记蓄电池的放电电流，放电开始前应测蓄电池的端电压，放电期间应测记蓄电池的放电电流，时时 间及环境温度，放电电流波动不得超过规定值的间及环境温度，放电电流波动不得超过规定值的1% c.放电期间应测蓄电池端电压及室温，测量时间间隔为：放电期间应测蓄电池端电压及室温，测量时间间隔为：10h率放电率放电1h， 3h率放电率放电0.5h，d.电池容量电池容量 电流电流 x 放电时间，并根据环境温度换算成放电时间，并根据环境温度换算成25 的容量的容量e.测量结束后，对电池组充入放出容量的测量结束后，对电池组充入放出容量的1.2倍电量倍电量第44页/共53页八、八、VRLA电池的使用与维护电池的使用与维护4）、蓄电池容量的测量）、蓄电池容量的测量 方法方法2：在线测量法在线测量法a.关闭开关电源，由电池组供电，找出电池组中电压最低，容量最差的一关闭开关电源，由电池组供电，找出电池组中电压最低，容量最差的一只只 电池，进行容量试验电池，进行容量试验 b.重新打开开关电源，对电