《通信设备的供电与安全技术》课件-4.2充放电特性与容量

阀控式密封铅酸蓄电池本章内容重难点本章内容：1、蓄电池的作用、分类与型号、结构；2、阀控式密封铅酸蓄电池基本工作原理、工作特性及技术指标；3、阀控式密封铅酸蓄电池使用与维护。本章重难点：1、阀控式密封铅酸蓄电池基本工作原理、工作特性；3、阀控式密封铅酸蓄电池使用与维护。4.2充放电特性与容量5.4全浮充工作方式蓄电池的运行有充放电、半浮充和全浮充三种工作方式。通信局（站）现在都采用全浮充工作方式，即整流器与蓄电池组并联向负载（通信设备等）供电，正常情况下蓄电池组始终同整流器和负载并联，充电时也不脱离负载。5.4.1浮充电压1浮充（浮充充电）为补充自放电损失的电量，使蓄电池保持电量充足的连续小电流充电称为浮充电。所谓自放电，是由于电池内杂质的存在，使正极和负极活性物质逐渐被消耗而造成电池容量减小的现象。

2浮充电压浮充时所需的充电电压称为浮充电压。3浮充时对整流器状态要求自动稳压状态，其稳压精度达到≤±0.6%。4浮充电压值浮充电压值的选取直接影响阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命、供电性能和运行的经济性。浮充电压偏低，则补充充电电流太小，不够补充蓄电池的自放电，将使蓄电池长期处于充电不足的状态，一旦遇到交流电源停电，需要蓄电池组放电供给负载电流时，就会因蓄电池储存的电量不足而影响正常供电，并容易使极板硫酸盐化，从而缩短蓄电池的使用寿命；

浮充电压偏高，则补充充电电流偏大，将加剧正极板的腐蚀，并可能使蓄电池排气频繁、失水、温度高，甚至造成蓄电池热失控（浮充状态下蓄电池放热，热失控是电池的浮充电流与电池温度发生积累性相互增强而使电池温度急剧升高的现象，轻则使电池槽变形鼓胀，重则导致电池失效），也会缩短蓄电池的使用寿命。蓄电池浮充单体电压为2.20～2.27V/只（25℃）。参考值：2.23V/只（25℃）。5温度补偿：温度±1℃，浮充电压-3～-7mV/只。5.4.2均充电压为使蓄电池组中所有单体电池的电压等达到均匀一致的充电，称为均衡充电（简称均充）。对蓄电池进行均衡充电的电压，称为均充电压。1均充为使蓄电池组中各单体电池性能一致进行的充电称为均衡充电，简称均充。2均充电压均充时的充电电压称为均衡充电电压。3均充电压值蓄电池均衡充电单体电压为2.30～2.35V（25℃）。参考值：2.35V（25℃），这时-48V开关电源输出的均充电压应为-56.4V。一般均充6～18小时。均充时间不宜太长，以免蓄电池过充电；如均充后仍有落后电池，可相隔二周后再均充一次。5.5充电特性传统充电方式有恒流充电和恒压充电两种。恒流充电是用恒定的电流对蓄电池充电，恒压充电是始终用大小一定的电压对蓄电池充电。而现在广泛采用的充电方式是限流恒压充电。5.5.1恒流充电蓄电池端压变化特性1以一定电流充电时，电池端电压逐步升高；在充电后期，端电压趋于稳定；停止充电后，端电压有所回落。如下图2当充电电流增大时，同一时刻，电池端电压增大，充电终止提前达到。如下图3缺点：在充电后期，由于充电电流大，气体产生现象严重，终止电压高。5.5.2恒压充电时电流变化特性1以一定电压充电时，充电电流逐步减小；在充电后期，充电电流趋于稳定；如下图2充电电压增大时，初始电流和终止电流都增大。如下图3缺点：在充电初期，充电电流大。5.5.3恒压限流充电1定义所谓限流恒压充电，是在蓄电池充电前根据蓄电池的需要设置好整流器的充电电压和蓄电池的充电限流值，充电时整流器根据设置的电压和充电限流值对蓄电池进行充电。2为什么需要限流？平时整流器输出浮充电压给负载供电。交流电源中断后，由蓄电池组给负载供电，蓄电池在放电过程中存储的电量逐渐减少，电压下降。当交流电源恢复整流器重新工作时，即使是输出浮充电压值，由于蓄电池放电后电动势E降低，蓄电池组开始充电的充电电流也可能很大。如果充电电流过大，将加剧正极板的腐蚀，并可能使蓄电池排气频繁、失水、温度高，甚至产生热失控而损坏。为了避免蓄电池遭受损害，蓄电池的充电电流必须限制，充电限流值一般取0.1C10（A）为宜。3充电限流值得设置蓄电池的充电限流值，可预先在开关电源的监控模块上设定。具体设置充电限流值时要考虑两个因素：一是蓄电池允许的充电电流值，二是整流器的承受能力。整流器的额定输出电流乘以安全系数0.9，减去负载电流，为整流器允许给蓄电池的充电电流；将该值与0.1C10（A）相比较，取其数值小者为充电限流值。3恒压限流充电过程恒压限流充电的实质是恒流充电和恒压充电相结合。现以交流电源中断一段时间后恢复供电时的情形来说明恒压限流充电过程，见下图。

交流电源恢复供电时，整流器开始运行。

1充电前期，整流器使蓄电池的充电电流（i）基本恒定在充电限流值，进行恒流充电，这期间整流器的输出电压（u）由低到高逐渐上升；

2充电中期，当蓄电池组端电压上升至预先设定的均充电压值时，整流器的输出电压保持恒定，变为恒压充电，充电电流则大体上按指数规律下降。当充电电流减小到预先设定的“转换电流”值【可设置为每安时10mA，即0.01C10（A）】时，待继续均充的保持时间达到预先设定的“保持时间”（通常可在1～180分钟范围内设置，例如设为10分钟），控制器（监控模块）就控制整流器的输出电压降为浮充电压值，自动返回浮充供电状态。

3充电后期，端压、充电电流稳定不变。说明：在限流恒压充电中，电池充电所需的具体时间，由蓄电池上次放电的深度、充电限流值、充电电压值和电池充电期间的温度等因素决定。若提高充电电压设定值、增大限流点，则充电所需时间较短。但充电电压不能超过通信设备允许的电压上限和蓄电池厂家规定的均充电压值。5.6阀控密封蓄电池放电特性

1、放电率（1）定义放电率是针对蓄电池放电电流大小而言的，用时间率或电流率表示。（2）放电时间率指在一定放电条件下，放电到终了电压的时间长短。（3）放电电流率是为了比较蓄电池放电电流大小而设立的，通常以10小时率电流为标准，用I10表示。2、放电终止电压（1）定义蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终止电压（也称为终了电压），常用Uf表示。（2）放电终止电压取值终止电压的数值视放电速率和需要而定。3恒流放电端压变化情况现在通信设备的耗电电流基本固定，因此电池的供电基本上可认为是恒流放电，所以只讨论电池恒流放电时端压变化情况。（1）恒流放电端压变化情况，如下图（2）恒流放电端压变化情况

放电一开始，电池端电压明显下降；中期放电端压随着时间缓慢下降；后期电池端压急剧下降，达到所规定的放电终止电压。说明：停放后端压回升。（3）不同放电率放电端压变化情况如下图放电电流越大，其端压下降越快，可放电的时间越短，放电终止电压则可稍低。阀控密封蓄电池充电放原理——放电原理和特性1不同放电率下蓄电池放电曲线

阀控密封蓄电池充电放原理——放电原理和特性2阀控式密封铅酸蓄电池放电终止电压和蓄电池放电率相关，不同放电率下单节蓄电池放电终止电压如下，现场实际场景使用时候，可以根据负载电流和蓄电池总容量灵活设置蓄电池放电终止电压，即一次下电电压、二次下电电压。阀控密封蓄电池充电放原理——放电原理和特性3左图为蓄电池10小时放电率放电曲线图。从图中可以看出如下几个阶段：（1）在放电初期蓄电池端电压下降是比较快的，在放电10分钟，电压下降到50.0V。（2）大约半小时后，蓄电池端电压降至49V左右，1小时后降至48V；（3）蓄电池在48V时，放电时间最长，大约要持续7到8小时；（4）8小时后，蓄电池端电压开始下降，下降速度比较快，降至43.2V时系统所有直流接触器断开，以便保护蓄电池，此时蓄电池端电压会有所上升，上升值约为5V左右。5.8蓄电池容量5.8.1蓄电池容量的概念1定义充足电后的蓄电池放电到规定终止电压所能供应的电量(电流与时间的乘积)，称为蓄电池的容量，用C表示；单位为Ah，即安培×小时。电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。（1）理论容量理论容量：理论容量是活性物质的容量按法拉第定律计算而得的最高理论值（2）额定容量：也称保证容量，是指国家或有关部门的颁布的标准，规定在25℃环境下，蓄电池以10小时率电流放电至终止电压时所能达到的最低限度容量，用符号C10表示（10小时率容量）；C3为3小时率额定容量，数值是0.75C10；C1为1小时率额定容量，其值等于0.55C10。固定型铅酸蓄电池是在25℃时，以10小时率电流放电到终了电压1.8V所能达到的容量为额定容量，用C10表示。10小时率电流为移动型铅酸蓄电池是以20Hr容量C20作为额定容量，即在25℃时，以20小时率的电流放电到终了电压所能达到的容量。蓄电池的额定容量由正极板的片数和单片容量决定。单片容量同极板面积等因素有关，极板面积大则容量大。从使用的角度看，蓄电池的实际容量同放电率、电解液温度等因素有关。（3）实际容量：是指蓄电池在实际使用条件下所能输出的电量，受使用条件的影响，小于理论容量。等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah。 C（安时）=I放×t放式中：I放为放电电流（安）；t放为放电时间（小时）（4）放电容量系数某放电小时率的蓄电池实际容量与蓄电池额定容量之比。用，用η表示。例如3小时率的η=0.75，表明这时蓄电池的实际容量为额定容量的75%。3小时率放电电流的数值为2蓄电池容量特性影响蓄电池使用容量的因素除厂家制造因素外，还与蓄电池以下运行条件有关。（1）放电率对电池容量的影响对于一只给定电池，其使用容量随放电倍率增大而减小。（2）温度对电池容量的影响蓄电池容量与电解液温度的关系用下式计算式中Ct—温度为t℃时的电池容量；Ce—标准温度（25℃）时的电池容量；α—温度系数，10小时率放电时α=0.006/℃，10>放电小时率>1时α=0.008/℃，1小时率放电时α=0.01/℃；环境温度对蓄电池容量的影响较大，在一定的温度范围内，随着环境温度的升高而增大。（3）终止电压对电池容量的影响在不影响蓄电池使用浮充寿命的条件下，终止电压取值小时，放电量会增加，反之，终止电压取值大时，放电量会减小。

(4)新旧程度的影响、3、蓄电池容量的选择其中：K－安全系数1.25I－近期最大负荷电流（A）T－放电小时数（h）t－最低环境温度（无采暖5℃，有采暖15℃）η－放电容量系数α－电池温度系数0.006放电小时23610η0.610.750.8815.9VRLA蓄电池的其他特性1温度特性对电池性能的影响①温度对铅酸电池极化作用的影响温度越低，极化现象越严重，充电效率越低。②温度对电池使用容量的影响在一定环境温度范围内，使用容量会随温度升高而增加；但过高的温度（如超过45℃）则会使电池实际容量明显减小。③温度对电池内阻的影响在0～+30℃环境温度下放电，电池的内阻随温度升高而增大；在0℃以下时，温度降低，内阻增大。④温度对充电效率的影响低温下充电，充电效率降低。若在10℃以上的环境下充电，充电效率提高。⑤温度对自放电的影响温度越低，自放电速度愈小，所以低温条件有利于电池储存。⑥温度对寿命的影响蓄电池寿命随着温度的升高而缩短。2容量保存率由于电池内杂质的存在，使正极和负极活性物质逐渐被消耗而造成电池容量减小，这种现象称为自放电。蓄电池静置28天后其容量保存率应≥96％，静置90天后其容量保存率应≥80％。3防爆性能4防酸雾性能5耐过充电性能蓄电池所有活性物质返回到放电前充足电的状态再持续充电称为过充电。按规定要求试验后电池外观应无明显变形及渗液6电池间连接压降7蓄电池端压的均衡性5.10蓄电池的寿命1行标规定的蓄电池使用寿命我国通信行业标准YD/T1051—2000《通信局（站）电源系统总技术要求》中要求，固定型阀控式密封铅酸蓄电池在环境温度不超过30℃的情况下，浮充寿命不低于10年；YD/T799—2002《通信用阀控式密封铅酸蓄电池》中则规定：2V系列的蓄电池折合浮充寿命不低于8年，6V以上系列的蓄电池折合浮充寿命不低于6年。当蓄电池的实际容量（条件为25℃、以10小时率电流放电）低于额定容量的80%时，视为蓄电池寿命终止。2影响蓄电池寿命的因素①环境温度高；②浮充电压值或均充电压值偏高、均充时充电限流值过大或充电未限流、均充时间过长等，导致蓄电池过充电；③浮充电压或均充电压、充电限流值偏低，电池连接处接触不良等，使蓄电池长期充电不足；④蓄电池过放电，或者放电终止后没有及时充电；⑤维护工作不到位。5.3阀控式密封铅酸蓄电池的使用与维护5.3.1对蓄电池运行环境的要求①阀控式密封铅酸蓄电池能在环境温度-15℃～+45℃、相对湿度10%～80%的条件下使用。在通信局（站），它宜放置在有空调的机房（房间有定期通风换气装置），机房温度不宜超过30℃，不宜低于5℃（最佳运行温度为20℃～25℃）。不专设电池室（防酸隔爆电池必须专设电池室）。②应避免阳光对蓄电池直射，朝阳窗户应作遮阳处理。③蓄电池应离热源2m以上；蓄电池组中各电池应温度均匀，温差不超过5℃。④应确保蓄电池组之间、蓄电池组与其他设备之间有足够的维护通道，不小于500mm。⑤地面承重应满足要求。机房的地面承重一般为300kg/m2～600kg/m2，应弄清所在机房允许的地面承重，蓄电池组的安装必须保证地面承重安全。5.3.2蓄电池维护的一般要求①每组至少选2只标示电池，作为了解全组工作情况的参考。②不同规格的蓄电池禁止在同一直流供电系统中使用；不同年限的蓄电池不宜在同一直流供电系统中使用。③如具备动力及环境集中监控系统，应通过该系统对蓄电池组的总电压、电流、标示电池的单体电压、温度进行监测，并定期对蓄电池组进行检测。通过电池监测装置了解电池充放电曲线及性能，发现故障及时处理。④蓄电池尽可能卧式安装。电池组安装后，应逐个检查电池间连接螺栓是否拧紧，检查电池正负极连接是否符合系统图的要求，检查电池组的总电压是否正常。需要注意，如果连接螺栓松动，会造成连接处的电阻增大，充放电过程中容易引起打火，严重时导致发热、起火，发生事故。5.3.3阀控式密封铅酸蓄电池的安装1、安装前的准备应根据地点条件（如地面荷重、通风环境、阳光照射以及布局和维修方便）、系统电压、容量要求等设计好安装方案。2、开箱及检查开箱检查蓄电池外观，清点连接条、连接螺钉等配件是否齐全，规格型号是否一致，查阅安装图、注意事项等。开箱后安装前注意事项（1）防止导电材料短接蓄电池正负端子；（2）搬运蓄电池时，不可在端子部位用力，同时避免蓄电池倒置、遭受摔掷或冲击；（3）不能打开排气阀。3、安装及接线（1）将金属安装工具（如扳手）用绝缘胶带包裹，安装时佩带好绝缘手套。（2）自底至高层组合机架，按方案预定的串并联线路，连接列间、层间、面板端子的电池馈电线。注意小心操作，切忌短路！（3）认真检查并确保组件上螺栓、连接条、平垫圈等连接牢固。（4）连接前后，在蓄电池极柱表面敷涂适量防锈剂。（5）与系统的连接和上电：蓄电池组本身连接完毕后，在同整个电源系统连通前，应认真检查正、负极性及测量蓄电池组电压，先将蓄电池组应接地的一端接至直流配电屏（或直流配电单元）的地线铜排，再将整流器的输出电压调整到与蓄电池组端压一致（相差<0.5V）,然后将电池组的另一端接到直流配电屏（或直流配电单元）的相应端子。这样可以避免蓄电池组接入直流供电系统时因连接处电位差较大而引起打火现象。蓄电池组接入系统后，调整整流器的输出电压为均充电压以限流恒压方式对蓄电池组进行补充充电。5.3.4安装注意事项（1）安装连接条前应先用干净的抹布擦去电池极柱及外壳和钢架上的灰尘，尤其是极柱上的灰尘要擦干净。（2）安装后要逐个检查所有连接处是否拧紧。最好指定专人检查，专人负责。确保连接处处于拧紧状态。（3）安装检查结束后，测量并记录所有电池的开路电压和电池组的总电压。（4）安装后如果没接市电或整流器不能开机，蓄电池组和直流电源系统不能接通。（5）蓄电池在投入运行之前，应进行一次补充充电，最好进行一次放电循环，通过测试单体电池的充放电电压、温度及观察电池是否有电液泄漏、变形等，及早发现不合格电池。5.3.5阀控式密封铅酸蓄电池的充放电及注意事项1、阀控式密封铅酸蓄电池的充电：正常充电、特殊充电（1）、正常充电蓄电池使用过程中放电之后的充电叫正常充电，包括小容量放电后的充电和深度放电后的充电。均采用限流恒压方式对电池进行充电，其中前一种情况是整流器输出浮充电压对电池进行充电，后一种情况是整流器输出均充电压对电池进行充电，充电完后，自动转为浮充。（2）、特殊充电是根据蓄电池特殊状态所作的充电。特殊充电分为四种：补充充电、快速充电、落后电池充电和均衡充电。2、阀控式密封铅酸蓄电池的放电（正常放电、人工放电）及注意事项（1）标准小时率放电（容量试验）将充足电的电池静置1～24小时，使电池表面温度为25±5℃,固定型电池通常以0.1C10（A）的恒定电流（一般是对假负载）放电至1.8V/只，以考察蓄电池的额定容量，这种放电称为容量试验。根据通信电源有关维护规程，每三年应做一次容量试验；使用六年后宜每年一次。（2）核对性放电根据通信电源有关维护规程，每年应做一次核对性放电，即由蓄电池组向实际通信设备单独供电，一般放出其额定容量的30～40％，以考察蓄电池实际荷电程度。