ups电池基础知识培训(共42张).pptx

1/51/53电池基础知识培训电池基础知识培训2/5蓄电池基础培训 目录 一、什么是电池，电池的分类 二、什么是铅酸电池，它的发展史及分类 三、阀控式密封铅酸蓄电池介绍 四、阀控式密封铅酸蓄电池的基本结构 五、阀控式铅酸蓄电池的命名及术语和符号的介绍 六、阀控式铅酸蓄电池的特点工作原理和技术指标 七、各大因素对电池的影响 八、电池应用 3/5一一、什么是电池，电池的分类什么是电池，电池的分类电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置3一次电池：不可充电，如锌锰、碱性、 锂电池二次电池：可充电，如铅酸、镍氢、 锂离子电池高级电池：结构特殊，性能卓越，如锌空电池，以空 气做正极，体积很小，用于助听器4/5燃料电池：Fuel Cell, FC, 将存在于燃料(氢气)和氧化 剂(氧气)中的化学能转化为电能的装置4太阳能电池：物理电源，通过光电效应或光化学效应 直接把光能转化为电能的装置1883年Charles发明首块太阳能电池前景广阔，绿色能源，可再生能源5/5二二、什么是铅酸电池什么是铅酸电池 1 1、 什么是铅酸电池什么是铅酸电池 定义:铅酸蓄电池是指正负极活性物质分别是铅和二氧化铅、由硫酸水溶液做电解液的二次电池。 2 2、 铅酸蓄电池的发展史铅酸蓄电池的发展史 1860年普兰特发明了铅酸电池1881年福莱和布鲁希发明了涂膏极板1881年赛隆研制成功铅锑合金板栅骨架1898年裴利帕特发明管式极板1937年霍尔用玻璃丝管改进了管式极板20世纪50年代阀控铅酸电池诞生:1957年英国一家公司开发出再化合免维护式汽车电池，德国阳光制成胶体工业电池日本发明阴极吸收式技术，制成小型密封电池20世纪70年代 美国盖茨公司把玻璃纤维隔板(AGM隔板）应用于密封铅酸电池 80年代，阀控式密封铅酸蓄电池得到快速发展，为了世界程控数字通讯的需要，日本汤浅 、美国GNB 、德国的阳光都推出了大型电池。6/561859年法国Plante发明铅酸蓄电池AGM隔离板美国盖茨公司1971年PSOC技术NorthStar2001年卢森堡第一座铅蓄厂契卑（Trible)双极硫酸盐化理论1882年1957年德国阳光公司胶体技术1890年裴利帕特管式极板铅钙合金Haring1935年铅酸蓄电池的历史铅酸蓄电池的历史7/5三、阀控式密封铅酸蓄电池介绍三、阀控式密封铅酸蓄电池介绍 阀控式铅酸蓄电池广泛使用的一种铅酸蓄电池，主要特点是： 1、电解质吸附于AGM隔板中或者变成胶体状态，内部无游离酸 2、每个单体有一个安全阀，大部分时间处于密封状态，内压过大时开阀排气降压1938年Dassler提出的气体复合原理是VRLA的理论基础1957年德国阳光公司的胶体(GEL)技术和1971年美国Gates公司的AGM技术是VRLA的实践基础目前主要有AGM技术和GEL技术两种8/51、正负极板2、隔板3、电解液4、安全阀5、壳体6、端子四、阀控式密封铅酸蓄电池的基本结构四、阀控式密封铅酸蓄电池的基本结构阀控式铅酸蓄电池结构图9/59电池结构示意图外壳：一般是塑料或金属材质正极：电流的流出端负极：电流的流入端端子：内部与活性物质相连， 外接用电器隔板：防止 正、负极短路，并 提供电子的内部传递通道电池的结构电池由外壳、正极、负极、端子、隔板等组成电池由外壳、正极、负极、端子、隔板等组成10/5正负极板 1、正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2） 板栅 2、负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb） 阀控式密封蓄电池的极板大多为涂膏式，这种极板是在板栅上敷涂由活性物质和添加剂制成的铅膏，经过固化、化成等工艺过程而制成。 11/5隔板阀控式铅酸蓄电池中的隔板材料普遍采用超细玻璃纤维。隔板与极板紧密保持接触。它的主要作用有：(1)吸收电解液；(2)提供正极析出的氧气向负极扩散的通道；(3)防止正、负极短路。12/5电解液 铅蓄电池的电解液是用纯净的浓硫酸与纯水配置而成。 它与正极和负极上活性物质进行反应，实现化学能和电能之间的转换。 电池中一般加入硫酸比例为1.25-13.35g/ml13/5安全阀一种自动开启和关闭的排气阀，具有单向性，内有防酸雾垫。只允许电池内气压超过一定值时，释放出多余气体后自动关闭，保持电池内部压力在最佳范围内。14/5壳体1、材料应满足耐酸腐蚀，抗氧化，机械强度好，硬度大，水气蒸发泄漏小，氧气扩散渗透小等要求。2、一般采用改良型塑料：如 PP、PVC、ABS 等材料。3、 2V是1个单格,6V有3个单格，12V有6个单格。15/5 实物图16/5五、阀控式铅酸蓄电池的命名及术语和符号的介绍五、阀控式铅酸蓄电池的命名及术语和符号的介绍 1、电池命名 我国需电池产品型号，蓄电池行业命名原则由四部分组成： A:蓄电池用途；B:正极板结构；C：蓄电池特性；D:电池额定容量。 17/5 12V 100AH 6v 10AH 2V 200AH通常代号字母的含义如下： G固定式 Q起动型 A干荷式 M 密封式 D 电力牵引，电动车用 T 铁路客车用 18/52、电池术语： A A： 开路电压开路电压 电池不充放电时，电池两极之间的电位差被称为开路电压。 电池的开路电压，会依电池正、负极与电解液的材料而异，如果电池正、负极的材料 完全一样，那么不管电池体积有多大，几何结构如何变化，其开路电压都一样的。 19/5B B：放电电流：放电电流电池在连接用电器或带载，产生的电流叫放电电流。C C：电池内阻：电池内阻电流流过电池内部所受到的阻力称之内阻，它包括欧姆内阻和极化内阻，电池的内阻很小，一般用微欧或者毫欧为单位。在一般的测量场合，要求电池的内阻测量精度误差必须控制在正负5%以内，所以必须用专用仪器来进行测量。不同类型的电池内阻不同。相同类型的电池，由于内部化学特性的不一致，内阻也不一样。内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下，内阻小的电池的大电流放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。 D D：放电终止电压：放电终止电压指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。根据不同的电池类型及不同的放电条件，对电池的容量和寿命的要求也不同，因此规定的电池放电的终止电压也不相同。 20/5E E：电池容量：电池容量电池在放电期间释放出能量，放出能量的大小用容量来标示。电池容量是电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，即电池的容量，通常以安培、小时为单位（简称AH）。F:F:恒流充电恒流充电电流维持在恒定值的充电叫做恒流充电。这是广泛采用的一种充电方法。蓄电池的初充电，运行中的蓄电池的容量检查，运行中的牵引蓄电池的充电以及蓄电池极板的化成充电，多采用恒流或分阶段恒流充电。此法的优点是可以根据蓄电池的容量确定充电电流值，直接计算充电量并确定充电完成的时间。 G:G:恒压充电恒压充电蓄电池两极间的电压维持在恒定值的充电方式。这也是广泛采用的一种充电方法。电信装置、不间断电源(UPS)等的蓄电池的浮充电和涓流充电都是恒压充电。起动用蓄电池在车辆运行时也处于近似的恒压充电的情况。其优点是随着蓄电池的荷电状态的变化，自动调整充电电流，如果规定的电压恒定值适宜，就既能保证蓄电池的完全充电，又能尽量减少析气和失水。21/5H H：浮充电：浮充电将蓄电池和充电装置并联，负荷由充电装置供给，同时以较小的电流向蓄电池充电，使蓄电池经常处于满充电状态。一种连续、长时间的恒电压充电方法。补偿蓄电池自放电损失，并能够在电池放电后较快地使蓄电池恢复到接近完全充电状态,又称连续充电。这种充电方式主要用于电话交换站、不间断电源(UPS)及各种备用电源。 浮充就是恒压小电流充电,目的是防止蓄电池自放电, 浮充电就是指将充足电的蓄电池组，与充电设备列运行，浮充电主要由充电设备供给恒定负荷，蓄电池平时不供电，充电设备以不大的电流来补充蓄电池的自放电。J J：均衡充电：均衡充电为确保蓄电池组中所有单体电池的电压、电解液比重达到均匀一致，而采用恒压充电方式，进行的一种延续充电。所谓均衡充电，就是均衡电池特性的充电，是指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。 均充就是均衡充电，均充电压一般为2.35V(2V单体电池提高到2.35V左右）。一般是在下列情况下蓄电池需要均衡充电。 1 、市电停电后电池释放的能量超过总容量的15%。 2、蓄电池长期处于浮充状态（电网稳定，长期不停电）。 3、电池组中，出现了落后电池，在浮充状态下单体电压低于2.2V，更 换新电池后。22/5 3、符号介绍23/5六六、阀控式铅酸蓄电池的特点、工作原理和技术指标1、 阀控式铅酸蓄电池的特点:优点：优点： A、电池荷电出厂，安装时不需要辅助设备，安装后即可使用； B、在电池整个使用寿命期间，无需添加水，调整酸比重等维护工作，具有“免维护” 功能； C、不漏液、无酸雾、不腐蚀设备，可以和通信设备安装在同一房间，节省了建筑面积和人力； D、采用具有高吸附电解液能力的隔板，化学稳定性好，加上密封阀的配置，可使蓄电池在不同方位安置； E、电池寿命长，25下浮充状态使用可达 10 年以上； F、与同容量防酸式蓄电池相比，阀控式密封蓄电池体积小、重量轻、自放电低。 G、 具备大电流放电性能 缺点：缺点： A：充电制度严格， B：热管理极其严格，最大充电电压差距较大，温度变化需要对充电电压进行调整 C：深循环寿命低下， D：容易造成电池早期容量失损24/52、 工作原理 A、正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为纯铅（Pb）。 B、电解液由蒸馏水和纯硫酸按一定的比例配制而成。 C、正负极板上活性物质的性质不同，当两种极板放置在同一硫酸溶液中时，各自发生不同的化学 反应而产生不同的电极电位。 D、玻璃纤维隔板具有高孔率 E、化学反应原理图：如下 放电过程放电过程 负极：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4 正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ = PbSO4 + 2H2O 总反应：Pb + PbO2 + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O充电过程充电过程 阴极：PbSO4 + 2e- = Pb + SO42- 阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO42-总反应：2PbSO4 + 2H2O = Pb + PbO2 + 2H2SO4 25/5 氧气循环原理 充电时部分电量用于电解水；充电容量到80%后，该反应加剧 氧的复合反应：正极生成的氧气通过AGM隔板的孔隙扩散到负极，与铅反应生成氧化铅，氧化铅和硫酸反应生成硫酸铅和水，硫酸铅经充电变成负极活性物质铅，水则进入电解液关键：高孔隙率的AGM隔板：孔隙率93%以上定量加酸：AGM隔板吸酸后仍有10%左右的孔隙率过量的负极活性物质：比正极的容量多10%20%极群的紧装配、高纯度的铅钙合金、稳定可靠的安全阀等。26/5蓄电池在放电过程的特点 正、负极板上的活性物质都不断转变为硫酸铅（PbSO4）。 蓄电池的内阻增加。 电解液的比重逐渐下降，电动势逐渐降低。27/5蓄电池在充电过程的特点 正极板上的硫酸铅（PbSO4）逐渐变为二氧化铅（PbO2）。负极板上的硫酸铅逐渐变为海绵状铅（Pb）。 蓄电池的内阻降低。 电解液的比重逐渐增加，蓄电池的电动势也逐渐增加。28/53、电池的主要性能指标： ( (1)1) 气密性：气密性：蓄电池应能承受50KP正压或负压而不破裂，不开胶，漏气，压力释放后壳体无残余变形。 (2) (2) 容量容量电池在充满电下，静置1-24小时，在25环境下，进行放电，10H（10小时）率，容量应达到C10,3H率容量应该达到0.75C10，1H率容量应该达到0.55C10. 放电终止电压如下表： 29/5 举例说明：举例说明： 12V100AH A、10小时率检测小时率检测 放电电流放电电流10A 恒流恒流 终止电压终止电压10.8V 放电时间应高于放电时间应高于10小时小时 放电电流计算放电电流计算100*0.1=10A B、3小时率检测小时率检测 放电电流放电电流25A恒流恒流 终止电压终止电压10.8V 放电时间应高于放电时间应高于3小时小时 放电电流计算方法放电电流计算方法100*0.25=25A C、电池容量计算：电池容量计算： 放电电流放电电流(A)时间（时间（H)=电池容量（电池容量（AH) D、当容量不在、当容量不在25换算公式如下：换算公式如下： Ce=ct/1+K(t-25) ct:常温中的测试容量常温中的测试容量 式中：式中：t放电时的环境温度；放电时的环境温度； K 温度系数温度系数/（10h率时率时 K=0.006；3h率时率时 K=0.008；1h率时率时 K=0.01）。）。30/5 (3) (3) 大电流放电性能大电流放电性能以30/10（3倍1C)电流放电3秒,极柱不熔断，内部汇流排不熔断，外观无出现异常，局部无严重发热。此项性能可看出电池的连接好坏或出现开路，防止电池在使用过程中出现爆炸发生火灾。 (4)(4) 容量保存率容量保存率 蓄电池在25环境下充满电后，静置28天后，其容量保存率应不低于96%。电池在存放的条件下可看出电池的自放电情况，主要表现在开路电压低，放一段时间带载能力低下，电池在静置状态下，有自放电，电存放在一定周期时需对电池进行补充电，以防止电池存放老化。 (5)(5) 密封反应效率密封反应效率在25（5）环境下蓄电池密封反应效率应不低于95%。密封发应效率，电池在充电时产生的氧气复合成水的效率，此项指标可看出电池失水状况，失水会造成电池容量失损。 (6)(6) 防酸雾性能防酸雾性能在正常浮充工作过程中无酸雾逸出酸雾的逸出，会导致大气的污染，和造成设备的腐蚀。 31/5(7)(7) 安全阀安全阀 安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能，其开阀压力应在10kpa-35kpa范围内， 闭阀压力应在3kpa-30kpa范围内，范围越小越好。开阀压力的均匀一性可影响电池浮充电的均匀性。 (8)(8) 耐过充电能力耐过充电能力 在完全充电的情况下，在255环境中，以0.03C10电流在充电160小时，无漏 液破裂变形，电池在恶劣充电环境的承受能力。 (9)(9) 电池一致性电池一致性 若干单体组组成一体的组成的一体的组合蓄电池，应具备： A、开路电压 电池间电压最高和最低差值应小于2V（20mv) 、6V(50mv) 、12V(100mv) B、浮充状态电压 浮充状态下24小时后，电压最高和最低的差值应小于2V(90mv) 、6V(240mv) 、 12V(480mv) C、内阻 同组蓄电池内阻偏差应不找过15% D、容量一致性 同组蓄电池10H率容量检测，最大实际容量与最小实际容量应不大于5%32/5电池的一致性是，电池组的重要参数，如在浮充状态下，有电压偏高的电池，可以看出电池 处于过充电状态，过充电会造成电池内部压力增大，开启安全阀，造成电池失水，同时加速极板的腐蚀，或铅膏的脱落，是电池完全损坏。电压偏低的电池，会长期处于欠充状态，当电池处于欠充电池时，电池在一次放电时，会出现不可转换的PbSO4,时间长了在极板的表面形成阻挡层，影响电池的放电性能。主要表现电池组容量低下。电池在成组使用时，电池的一致性相当重要，特别是多组使用时。通信行业电池标准通信行业电池标准33/5 （1010） 电池寿命电池寿命 电池寿命一般称循环寿命，电池在充电后，进行一次放电，形成一次循环。循环寿命电池寿命一般称循环寿命，电池在充电后，进行一次放电，形成一次循环。循环寿命一次来表现。一次来表现。 34/5七、各大因素对阀控式铅酸蓄电池寿命的影响七、各大因素对阀控式铅酸蓄电池寿命的影响（1 1） 放电深度的影响放电深度的影响放电深度：放电时，一定条件下电池放出容量的多少，电池放出的容量多，放电深度约大，电池放出的容量小放电深度就越小。放电深度对电池寿命影响主要表现在，放电深度越大相对使用寿命越短，放电深度过大充电后易造成正极板活性物质脱落。 （2 2） 充电电压的影响充电电压的影响充电电压：通常是设备的设定值，如浮充电压、均充电压。电池组在充电过程中，由于本身存在的差异性，也会出现偏高或偏低现象，当电池充电电压偏低时，电池在充电状态下，会处于欠充电，欠充电是导致负极板硫酸盐化失效的重要原因；当电池充电电压偏高时，电池充饱电后会处于过充电。 放电DOD循环次数30%120050%50080%350100%20035/5过充电电池内部电解液水解，造成电池内部失水，正极板栅腐蚀，缩短寿命，当长时间处于过充电，内部失水严重时，会出现热失控，造成电池鼓胀变形，损坏，铅酸电池在适当条件下，进行过充电有利于延长寿命，均充电是过充电一种方式，均充电必须有时间上的要求。（3 3） 终止电压的影响终止电压的影响指电池放电时，电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值称为终止电压终止电压。终止电压的高低直接影响到，铅酸蓄电池的放电深度，在同等条件下电池终止电压越高， 电池放深度越小，越低放电深度越深。（4 4） 环境温度的影响环境温度的影响环境温度不仅影响阀控式铅酸蓄电池的容量，而且在浮充状态下影响电池的寿命和存放寿命。当电池在温度偏高时，电池放电容量会高于实际容量，同时放电的深度也会增加，反之，低温是时放电性能会变弱，容量会减少。在存放条件下，温度高自放电大，存储寿命短，温度低，自放电小，存储寿命长。在浮充电状态下环境温度尤其重要，浮充电流随温度的增高而增大，环境温度每增高10,浮充电流会增加一倍，寿命会降低一半。36/5 (5) (5) 电流的影响电流的影响电池充电电流大小，范围0.05C-0.3C，电池小电流充电时（小于0.05C）会导致电池充电时间过长或者充不饱和电，电池很容易造成负极板硫酸盐，电池放电后，在没有特殊充电方法的情况下，最好在15小时内完全补电，最适合0.1C充电。当电流用至0.2C-0.25C时，属于对电池快速充电，电池快速充电很容易造成正极板铅粉脱落，和板栅损坏，不建议经常性使用。 电池放电电流大小，直接影响电池的放电深度，电流小时间长电池放电深度就大，电流大放电深度小，电池放电电流超过3C，很容易造成电池损坏，如需大电流放电特殊电池，需在选型时考虑。37/5 八、电池应用八、电池应用 UPS UPS电池配置电池配置 A：电池需根据电池容量，带载时间，带载功率，充电电流，使用环境，进行选型 （1）偏远远山区，停电较频繁的，可采用深循环性能电池； （2）需要带载时间短，大电流放电，可采用高功率电池； （3）电池在某种特殊环境下使用都可以进行特殊订购； （4）电池容量大小的配置。 电池容量根据带载时间，带载功率进行配置，在配置时需考虑电池的充电流。 带载容量需考虑环境使用温度 25进行换算。 38/5 B：电池容量确定后需考量电池组的充电电流和放电电流（1）电池充电电流,最大的充电电流0.3C10，充电器的充电电流标准值为0.1C，供电不 稳定的地区或用户充电电流应不小于0.1C，供电稳定的地区或用户充电电流应不小于0.05C。（2）带载电流，最小电流不低于0.1C,最大电流不超过3C。（3）特殊环境还需选用特殊的充电方法。 C：多只电池串联、并联使用时需进行备案。串联使用：推荐电压在450V以内，超过450V 并联使用：推荐为3组以内，超过4组需在总部进行备案，以便公司技术支持给予正确指导，重点巡查，防止异常问题的发生。电池运输保存要求电池运输保存要求 （1）由于有的电池重量较重，必需注意运输工具的选用，严禁翻滚和摔掷 （2）避免蓄电池倒置。 （3）搬运电池时不要触动极柱和安全阀。 （4）蓄电池为带液荷电出厂，运输中应防止电池短路。 （5）电池可在-3040的环境下存放，电池在存放时会产生自放电，对储存期的电 池，应定期充电维护。补充电方法：低于20每9个月一次（A）用2.232.30V/单体定电压，限电流0.20C(A)充电23天（B）用2.302.40V/单体定电压，限电流0.20C(A)充电1016小时（C）用0.1C（A）定电流充电810小时、 三种方法可任选一种三种方法可任选一种20-30每6个月一次30以上每3个月一次39/5（6）电池在贮存和运输过程中温度偏高或通风不良会导致自放电增大，因此应保持电 池通风良好，并使电池远离明火、火花、热源等。（7）存放电池时，电池应该处于完全充电状态，存放地干净，防潮防雨防高温，通风干燥环境下保存。蓄电池使用环境蓄电池使用环境（1）使用环境温度范围：AGM电池：可使用在-15+40胶体电池： 可使用在-20+40在此范围外使用，会促进电池劣化、电池放电能力低下、异常发热、破损及变形。 (推荐在温度20-25之间使用，电池寿命最长)（2）附近无明火、火花、热源等；（3）避开热源和阳光直射的场所；（4）避开潮湿、可能浸水场所，（5）避开完全密闭场所。40/5电池安装电池安装由于密封阀控式铅酸蓄电池带电，且有大电流放电性能，电池安装过程非常重要，也是一个需要非常细心的过程，在现实安装过程中，因人为操作不当导致电池组在安装时短路、爆炸、燃烧，甚至有人遭到电击，烧伤等发生，为了保证正确的安装，需按照以下规范操作 蓄电池安装作业规范及注意事项 电池巡检和维护作业电池巡检和维护作业 蓄电池巡检和维护作业规范及注意事项 41/542/5演讲完毕，谢谢观看！