蓄电池综合培训资料.ppt

1、基础知识、常见问题分析 工程设计、选型及运行维护 交流材料 汇报人：艾默生网络能源公司王可朴 TEL阀控式密封铅酸蓄电池,第一部分 阀控式密封铅酸蓄电池 基础知识 Valve Regulated Lead-Acid Battery,提 纲,Part I：概述 Part II：VRLA 电池工作原理 Part III：VRLA 电池结构、组 件与制造,1.电池基本概念,电池是一种电的存储装置，可以有各种形状、大小、电压和容量的电池 电能 化学能,当两种金属（通常是性质有差异的金属）浸没于电解液之中，它们可以导电，并在两极之间产生一定电动势,2.铅酸蓄电池原理,铅（Pb）

2、（负极）与二氧化铅（PbO2）（正极）浸入硫酸（H2SO4）溶液（电解液）构成。每个单体具有2V电动势。,蓄电池通过串联获得所需电压；通过并联获得所需容量。,3.铅酸蓄电池的发展（1）,1859年：G.Plante发明铅酸蓄电池。 1881年： C.Faure发明涂膏式极板。 1957年：西德Sonnenschein公司首次将凝胶电解质技术用于铅酸蓄电池，制成接触变性凝胶工业电池并投入市场。 1971年：美国Gates公司首次将超细玻璃纤维用于密封铅酸电池中，第一次把氧气复合原理在商品电池中实施，实现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。, 70年代末期：美国GNB公司，英国Chloride公司，日本

3、 YUASA株式会社等先后申请了吸收式密 封铅酸蓄电池技术专利。 80年代：欧洲电信部门数据通信网络启用分散式供电方 案，要求基础电源设备与通信设备同装一室， 刺激了密封铅酸蓄电池的发展。,铅酸蓄电池的发展（2）,铅酸蓄电池的发展（3）, 我国VRLA电池的研制和生产始于80年代末，到1996年已有大小厂家400多家，具有较大规模的有40多家。 现状：1、实力相差悬殊 2、质量鱼龙混杂 3、国产品牌占绝对优势,4.铅酸蓄电池两种基本类型, 阀控式（密封）铅酸蓄电池 （VRLA Battery-Valve Regulated Lead-Acid Battery） 注：术语SLA-Sealed L

4、ead-Acid Battery 已不再使用 开口排气式（富液式） （Open Vented）,5.两类蓄电池比较,开口排气式 阀控式VRLA 较早的技术 氧气复合技术 需要单独的电池房 可直接在办公环境中使用 定期维护 低维护“免维护” 需要额外的安全防护 滤酸防爆，较安全 贮存使用保持直立状态 贮存使用可为任意方向 接线数量可能较大 可在负载内部或邻近使用 阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式,6.VRLA电池分类比较,AGM电池 高比能（按体积或重量） 可快速充电 可适应低温运行环境 中等深度放电 高温影响,GEL电池 适合深循环放电 可适应高温运行环境 适于小电流放电模式

5、早期无氧复合反应 氧气通道的随机性, AGM-Absorbent Glass Mat,7. VRLA蓄电池应用, 通信电源 电力操作电源 太阳能贮能系统 铁路机车起动 应急备用电源 UPS不间断电源 警报系统 安全装置 电子检测设备, 三个基本应用 1、工业用 2、汽车起动用 3、牵引用（电动马达驱动，如电动汽车）,提 纲,1.VRLA蓄电池工作原理“双硫酸盐”理论,“Double sulfate”theory, 电解液中硫酸不仅是导电用之电解质也是反应之反应物 阳极的PbO2与阴极的Pb于放电反应后皆产生PbSO4,2. 开口（富液式）电池充电后期电极反应,正极板（Positive Plat

6、e） 2H2OO2 (oxygen gas) + 4H+ + 4e- 负极板（Negative Plate） 4H+ + 4e- 2H2 (hydrogen gas),3.VRLA 电池氧气复合反应, VRLA 电池内含不流动电解液 VRLA Cell with Immobalized Electrolyte,当吸收正极板产生的氧气而消耗的海绵状铅的量 与 负极板充电生成海绵状铅的量 二者达到平衡状态时，便实现了电池的密封,VRLA 电池氧气复合反应,提 纲,1.蓄电池外观结构,镀锡紫铜端子,阻燃ABS电池壳,2.铅酸蓄电池内部结构, 电池槽、盖（container & cover） 超强阻燃

7、ABS塑料 端极柱（terminal） 内嵌镀锡紫铜芯，使其电阻最小化，极柱采用三层特殊密封技术，完全阻止蓄电池漏液可能 汇流排（strap/group bar） 防腐蚀抗氧化、耐大电流冲击 正负极群（Positive & negative plates） 板栅采用特殊的铅钙锡铝四元合金，抗伸延、耐腐蚀、析氢过电位高 微细玻璃纤维隔板 （AGM） 粗细纤维合理配比，吸液力强、弹性持久 安全阀（safety valve） 配备导气三通阀，采用防酸雾集气排气专利结构,3.板 栅（Grids）,结构 放射状结构：利于大电流放电 栅格结构：利于深度放电,厚度 薄板：大电流放电性能较好 厚板：浮充使用寿

8、命较长,正极板栅合金成份, Pb(Lead) Pb-高Sb(Lead-High Antimony) Pb-低Sb(Lead-Low Antimony) Pb-Ca(Lead-Calcium) Pb-Sn(Lead-Tin) Pb-Ca-Sn-Al(Lead-Calcium-Tin-Aluminium) Pb-Ca-Sn-Ag(Lead-Calcium-Tin-Silver),正极板 涂膏：一氧化铅 （lead oxide PbO） 化成：二氧化铅 （ lead dioxide PbO2）,负极板 涂膏：一氧化铅 （lead oxide PbO） 化成：铅（lead Pb） 膨胀剂：木素/炭黑、

9、硫酸钡（xylogen/carbon black and barium sulfate),4.活性物质,保持正负极板绝缘 防止铅枝短路（Dendrite Shorts） 吸附、保持电解液 气体通道 压紧活性物质，延缓活物质脱落,5.隔 板（Separator）,隔板材料 孔隙度 孔隙尺寸m 内阻/cm2 微孔PVC 80 3 0.18 微孔隙聚乙烯 63 1 0.15 无纺聚乙烯 60 12 0.21 无纺玻璃棉 65 20 0.18 微细玻璃纤维棉 90 24 0.1 (AGM),组成： H2SO4 + H20 缓冲添加剂： Na2SO4,6.电解液（Electrolyte）,电解液既为导电

10、物质又参与化学反应 电解液比重（Specific Gravity）与电池开路电压（Open circuit voltage）关系 ： OCVSG + 0.84 SG 影响充电电压大小、电池“放电性能” SG 影响电解液冰点（ SG=1.300，冰点： -68. 9 ） SG 影响板栅腐蚀速度,常用材料 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS） 聚丙烯（Polypropylene-PP）,7.电池壳（Container）,ABS,PP,8.安全阀（Safety Valve）, 功能：单向调节蓄电池内压，防止空气进入电池内部。 开阀压力：10-49Kpa 闭阀压力：1-15Kpa,9.蓄电池的制造流程,第

11、二部分 阀控式密封铅酸蓄电池 常见问题分析与解决方案,1、现象 极柱四周有白色晶体 极柱铜芯、连接条与端子接触部位发绿，周围出现电解液 电池槽盖间、电池阀体有电解液渗出 2、原因 机械损伤：外力造成壳体、密封部位裂纹； 制造原因：注液量过多，密封不严； 使用原因：蓄电池达到寿命期，极柱腐蚀穿透，密封材料老化,常见问题1蓄电池漏液,解决蓄电池漏液的对策,“O”形密封圈,维护： 注意到货验收、避免安装时磕碰 如极柱漏液及时更换 如安全阀渗液，量不大，使用一段时间后会消失,设计：,常见问题2蓄电池鼓胀,1、一组电池鼓涨-充电发生热失控,环境温度过高、充电器故障等,充电电流过大,蓄电池发热量大,蓄电池

12、温度上升,蓄电池损伤,70,40,60,30,2.2,2.3,2.4,2.5,环境温度,充电电压（V/单体）,50,2、个别电池鼓涨-电池安全阀失效,常见问题2蓄电池鼓胀,内部压力超过一定限度 蓄电池 有发生破裂的危险,解决蓄电池鼓胀的对策,设计： 改善板栅合金配方 提高析氢过电位，抑制氢气的产生 提高安全阀可靠性 确保长期使用的可靠性 维护： 减小初期充电电流 艾默生电源预限流功能，最大充电电流0.15C10，温度适应范围广 采用温度补偿调整充电电压 高温条件下减小充电电流 提高氧气复合反应效率是关键,例：艾默生蓄电池抗热性试验,常见问题3蓄电池过放电,物质 分子重量 密度 相对Pb体积比

13、Pb 207.2 11.34 1 PbO 223.2 9.64 1.26 -PbO2 239.2 9.37 1.32 -PbO2 239.2 9.3 1.40 PbSO4 303.3 6.29 2.64,现象 超过电池放电终止保护电压之后的继续放电 危害 生成的PbSO4在充电时不能完全恢复成活性物质，导致电池容量下降,针对过放电的对策,1. 设计深放电后具备良好回复充电特性的板栅合金、结构与铅膏配方,以12V100Ah为例，5次短接容量测试与初始容量比较，某国产合资品牌为55%，某进口品牌为65%，艾默生电池为95%,2. 根据负载电流调整放电终止保护电压。,针对过放电的对策,常见问题4电池

14、电压异常, 电池电压小于2.1V 内部存在短路的可能（渗透短路“铅枝搭桥”现象） 电池电压大于2.5V 内部存在断路（开路）的可能（极群或串联连接存在虚焊，负极板极耳、汇流排产生泥状硫酸盐化）,渗透短路,负极汇流排硫酸盐化,改善蓄电池电压异常的对策,常见问题5容量过早衰减，使用寿命短,正极板改进设计,2、负极板硫酸盐化,活性物质收缩硬化,常见问题5容量过早衰减，使用寿命短,设计：改进负极板铅膏添加剂 负极添加剂：特殊配比BaSO4、木素、短纤维 木素推迟电极钝化 BaSO4为PbSO4提供结晶成核中心 短纤维增强活物质之间结合力,维护要点,维护：避免频繁放电造成硫酸盐积累。如多次放电间充电时间

15、短于7天，则需要定期强制均充，恢复容量,常见问题5容量过早衰减，使用寿命短,3、电解液枯竭,蓄电池漏液,水分损失,电解液浓度上升,容量衰减,极间电阻增加,正极板腐蚀,电池 故障,电解液重力分层,设计： 改善电解液配方 降低电解液比重（电解液比重：1.29g/cm3 ，活物质利用率相对降低，使用寿命相对延长） 添加剂：特殊配比Na2SO4、硅质添加剂 Na2SO4：缓冲剂，抑制放电后PbSO4在电解液中的溶解； 硅质胶体：阻止电解液重力分层，保持极板活物质性能稳定性。 维护： 改善使用条件：保持常温下对电池进行充电；对充电电压进行温度补偿,针对电解液故障的对策,4、隔板劣化,常见问题5容量过早衰

16、减，使用寿命短,电池故障,隔板松散弹性减弱,不能压紧极板保持湿润,AGM隔板改进设计, 采用特殊配比粗细纤维多层交织搭配， 起到如下重要作用： 吸液力强保持电解液不流动； 孔隙率高成为气体再化合良好通道； 辅助提高极板装配压力，提高蓄电池循环使用寿命 电池安装采用极板水平放置方式，自然压紧。,5、电槽、安全阀,电池故障,密封性 降低,负极板 容量衰减,空气进入（吸收氧气）,常见问题5容量过早衰减，使用寿命短,壳体材料的改善,采用： 超强阻燃材料 抗老化、高强度的密封胶 抗老化、弹性恢复力好的安全阀,常用材料 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS） 聚丙烯（Polypropylene-PP）,常见问题

17、6UPS级电池与电信级电池混用,UPS级蓄电池蓄主要针对短时间、大电流应用而设计 电信级蓄电池主要针对长延时、深放电要求而设计,UPS级蓄电池用于长延时、深放电要求会严重影响其寿命电信级蓄电池用于短时间大电流放电会功率不足,采用合适的蓄电池品种,如通讯需要可采用电信级12V电池 满足小电流、长时间、深放电应用要求 使用寿命长 可靠性高（密封结构、内置应用防酸雾装置、超强阻燃材料） 遵照标准：YD/T799-2002,错误品种的维护,如长延时设备中选用了UPS级蓄电池，则需要提高电池放电保护电压。由于相应缩短了备电时间，需要提高充电响应速度。 如在高功率设备中选用了电信级蓄电池，则要做好放电时间

18、缩短的准备，或设立不同设备关机顺序，使功率尽快降低。,第三部分 阀控式密封铅酸蓄电池 选型与工程设计,提 纲 1. 概述 2. 通信应用蓄电池选型 3、蓄电池工程设计,“VRLA电池其它优点是GF型不能相比的，但当前在国内长寿命报道还未见有。北京市话局1997年著文反应，从1993年到目前，共用115组300500Ah阀控电池，最长使用寿命为3.5年，贵州黔南州报道他们只用29个月就没电了。现在全国有400多大小生产厂家3，鱼龙混杂，使用29个月的电池必然存在。我们了解几个UPS用户，他们反应VRLA只用3个月3年，没有超过3年的。邓昕聪论述VRLA电池可用5年4，解决一些问题后可用10年，此

19、论点是比较实际的。但目前国内的生产厂家所用的材料、技术参等区别不大，短时间难以达到邓论述的水平。只有改进某些技术参数和选用新添加剂材料，才可达到邓所讲的寿命，甚至达到商品广告中的20年也是可能的。” 摘自电源技术2000年第一期赵禹唐的论述文章固定型阀控铅酸蓄电池寿命,1.1 通信应用蓄电池现状,1.2 国内蓄电池格局,总体分布(2V、6V、12V),通信应用（主要为2V）,1.3 应用环境对蓄电池影响,电网环境 温度环境,例： 通讯配套UPS级12V蓄电池使用寿命调查,使用时间一年以下的蓄电池比例占30%，使用时间两年以下的蓄电池比例高达88%，而使用时间超过两年的蓄电池比例只占12%,1.

20、4 供电系统中蓄电池的地位,ONU,电源,蓄电池,阀控式密封铅酸蓄电池（即VRLA蓄电池）是通信供电系统的重要组成部分，也是保障电信通信畅通的关键设备之一。,提 纲 1. 概述 2. 通信应用蓄电池选型 3、蓄电池工程设计,2.1 机房环境对蓄电池的要求,如：分散通讯站点对蓄电池的要求 1、质量稳定，寿命长 2、长延时，深放电性能好 3、温度适应性强 4、安装适应性强、维护方便 5、充电快,设备的维护成本可能超过采购成本 设备可靠性（质量性能）为首要考虑因素,2.2 蓄电池选型基本要求,基本要求 蓄电池的技术性能应达到YD/T799-2002标准, 电信级12V电池 YD/T799-2002

21、UPS级12V电池 JIS C8702-1995,2.3通讯配套蓄电池选型重要指标,环境恶劣地区更需要 使用性能优良的蓄电池,基本要求：蓄电池的技术性能应达到YD/T799-2002标准,通讯配套蓄电池的加严选型，建议着重考虑以下条件： (1) 10小时率容量：第一次达到100%C10 (2) 蓄电池设计使用寿命： 10年以上（20-25）。高温加速寿命试验：试验环境温度60 条件下，充电电压按厂家提供的25 充电电压值，每30天进行一次容量测试（10小时率容量），90天后实测放电容量应达到额定容量的90以上 (3) 良好深放电恢复性能：以I10放电接近0V，短接电池两极24小时，再重新充电，

22、重复5次短接测试，蓄电池每次放电至1.80V/单格时放出的容量均应不小于0.9C10 (4) 通讯内置蓄电池特殊要求：蓄电池应具备对主设备的安全防护设计，如防酸雾结构等,应用实例（1）河南睢县,该地区原蓄电池使用状况某合资品牌（投入使用时间18个月）用户普查结果：无法正常使用有9个点；50%-80%有77个点，能正常使用的有11个点。,睢县共有30个点采用艾默生电池，18个月后调查随机抽样6个点，其中5个点直接断开交流电由蓄电池对负载供电，负载工作电流约3A，放电开始蓄电池电压平均51.02V，人工停止放电时的电压平均为48.24V，放电过程单体电池电压一致性良好，平均放电时间约20小时；另一

23、个点采用3小时率放电，放电电流25A，放电3小时后蓄电池电压为46.1V，结果十分理想。,应用实例（2）河北省（部分）,徐水县：用户反馈信息某合资品牌电池使用效果差，现逐步采用2V电池运用到网上。 随机抽查一组48V300Ah电池（由24只2V300Ah单体组成），采用1小时率放电，放电电流160A，放电1小时5分钟时，蓄电池组电压为45.6V，容量合格。,阜平县：随机抽查一组48V200Ah电池（由12V100Ah两组并联组成），采用1小时率放电，放电电流110A，放电1小时，蓄电池组电压为45.2V，容量合格。,永清县：用户反馈某合资品牌电池使用效果差 随机抽查一组艾默生48V200Ah电

24、池（由12V100Ah两组并联组成），采用3小时率放电，放电电流50A，放电3小时，蓄电池组电压为43.94V，容量合格。,安新巡检报告：大阳、李庄接入网艾默生电池浮充电压正常，其中大阳接入网点测试结果：浮充总电压53.4V，3小时率放电开始电压48.6V，放电3小时电池总电压45.9V，放电容量充裕，电池合格。,2.4 蓄电池选型质量保证要求,蓄电池制造现场考察 （1）质量体系运行情况 （2）设备状况与产能 （3）工艺流程情况 （4）研发体系的考察,提 纲 1. 概述 2. 通信应用蓄电池选型 3、蓄电池工程设计,直流电源蓄电池容量选择 Cmin=WT1.25(VfK) 或 Cmin=IT1

25、.25K Cmax50I,C蓄电池容量，Ah PL负载功率，W Vf蓄电池额定电压，V T-备用时间，h（小时） -UPS电池逆变效率（阻性满载 ） K-蓄电池放电系数 备电时间T3h，K= 0.6 备电时间T=3h5h，K= 0.8 备电时间T=5h-10h，K= 0.85 备电时间T10h，K= 1,交流电源蓄容量选择 C = PLT / (Vf K),3.1 蓄电池容量选择,选配表的使用,恒功率放电表的使用,3.2 蓄电池规格选择,非重点局站的电池组：容量一分为二是主流选择,例： 蓄电池规格选择艾默生产品系列,与主设备一体化设计、施工、服务,（1）TELION2V系列,长寿命设计 瑞士O

26、ERLIKON工艺技术 高可靠性 多项专利技术,（2）TELION12V系列,电信级 专为通信、长延时备电应用而设计 产品符合YD/T799-2002标准,（3）TELION12V内置系列,电信级12V电池 集气排气防酸雾装置 V0阻燃等级材料,在开发：T12V165SEF,内置蓄电池应用,（4）6V系列,冲击性放电性能优良 首推电力配套应用,（5）UPStar12V系列,容量：24Ah-100Ah 24Ah、38Ah、65Ah、100Ah,用于较长时间备电要求的UPS配套,（6）UH系列,容量（15分钟放电率下w/单格） 12V100、140、170、200、270、310、370、500

27、6V740,用于高功率短时间UPS配套,3.3蓄电池安装方式设计,蓄电池安装方式设计,48V100Ah/单层 承重要求640Kg/m2,48V100Ah/ 双层 承重要求1240Kg/m2,48V500Ah/ 8层 承重要求2600Kg/m2,48V500Ah/ 4层 承重要求1840Kg/m2,承重与空间 的综合考虑,蓄电池安装方式设计, 模块化安装方式，有利于解决楼板承重要求,3.4机房整体布局设计,（1）出线方式：上出线/下出线选择 （2）空调、电源、设备与电池位置 散热要求、防水要求 （3）扩容空间预留,电池组,交换、传输、电源,空调,两个硬指标： （1）蓄电池对主设备的安全防护设计要

28、求 （2）阻燃要求,1。电池内置全密封机柜 蓄电池不能在完全密闭环境中使用 2。可能产生酸雾的防护 主设备必须给予安全防护,3.5安全防护设计,3.6 墙体工程,节省投资的先期工程 墙体槽钢工程：解决楼层安装承重问题 墙体防水工程,墙体,3.7 特殊工程设计,防水、防鼠、 散热、排气 要求,第四部分 阀控式密封铅酸蓄电池 运行维护,提 纲,1.蓄电池的安装流程及工程界面 2. 蓄电池使用环境及运行特点 3. 蓄电池日常维护,1.蓄电池安装流程,电池架柜安装,测量单个电池开路电压及电池组总电压,电池组与电源连接,到货点验, 检查电池型号、规格、数量、包装、附件、外观等,安装准备, 安装工具准备

29、开箱检查电池外观,电池间连接,防护措施, 固定到地面, 避免短路 保持电池10mm左右间距, 端子、连接片加绝缘保护盖 接线部位涂防锈剂 电池加盖防尘罩, 以防电池接反或制造过程的反极, 加载上电对电池进行充电,2.蓄电池标准工程界面,提 纲,1.蓄电池的安装流程及工程界面 2. 蓄电池使用环境及运行维护 3. 蓄电池日常维护,1.蓄电池使用环境, 并联使用：推荐为3组以内； 多层安装：层间温度差控制在3以内； 散热条件：电池间距保持5mm10mm之间； 换气通风条件：保证室内氢气浓度小于0.8% ； 关于电池混用：新旧不同、厂家不同的产品不允许混合使用； 浮充使用条件：限流0.25C10 ，

30、电压为2.23V/单格； 最佳环境温度：2025,2.蓄电池使用条件,温度对蓄电池使用寿命的影响,低倍率放电1h -高倍率放电1h,温度（）,容量C10,放电容量与环境温度关系,3.充电方式,1、浮动/备用充电：蓄电池处于连续充电状态，电压相对较低，注意充电电流。 2、循环充电：蓄电池重复充、放电使用时的充电方法，电压相对较高，注意充电时间。,放电之后应立即充电 （防止PbSO4重结晶）,保存时间（月）, 对蓄电池补充电（在条件许可的情况下，建议使用）： 先带负载放电23小时，然后进行强制均充充电2024小时。,7.蓄电池充电特性,8.充电电压温度补偿,9.蓄电池放电特性,1.蓄电池的安装流程

31、及工程界面 2. 蓄电池使用环境及运行特点 3. 蓄电池日常维护,提 纲,（1）阀控式密封铅酸蓄电池（即VRLA蓄电池，以下简蓄电池）是通信供电系统的重要组成部分，也是保障电信通信畅通的关键设备之一。 （2）建立定期巡检制度，制订月、季度、年度检查、维护项目与任务。 （3）掌握日常维护、一般故障及严重故障处理方法，迅速准确地排除故障，保障系统稳定、可靠运行和优质供电。 （4）维护目标：当市电停电后，保证蓄电池能够向电信设备提供不间断供电，供电质量符合标准。 （5）通过定期的维护检查和测试，延长蓄电池使用时间，发挥其最大效能。 （6）建立蓄电池运行维护过程文档。,1.蓄电池维护总则,2.蓄电池维护关注点,1. 浮充电压一致性 指标要求 浮充运行6个月后同组电池之间端电压的最大差值应不大100mV/单格 2V电池90mv，12V电池480mv 关注点 安装前开路电压一致性，浮充