阀控式密封铅酸蓄电池技术与简单维护.ppt
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1、阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池电池简介阀控式密封铅酸蓄电池就是VRLA电池。英语全称为:ValveRegulatedLeadAcidBattery它诞生于20世纪70年代,到1975年时,在一些发达国家已经形成了相当的生产规模,很快就形成了产业化并大量投放市场。这种电池虽然也是铅酸蓄电池,但是它与原来的铅酸蓄电池相比具有很多优点,而倍受用户欢迎,特别是让那些需要将电池配套设备安装在一起(或一个工作间)的用户青睐,例如UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等。这是因为VRLA电池是全密封的,不会漏酸,而且在充放电时不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备,污染环境,所以从结构特
2、性上人们把VRLA电池又叫做密闭(封)铅酸蓄电池。为了区分,把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于VRLA电池从结构上来看,它不但是全密封的,而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀,所以VRLA铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密闭铅酸蓄电池”。技术特点铅酸蓄电池的电性能用下列参数量度:电池电动势、开路电压、终止电压、工作电压、放电电流、容量、电池内阻、储存性能、使用寿命(浮充寿命、充放电循环寿命)等。相关参数当蓄电池用导体在外部接通时,正极和负极的电化反应自发地进行,倘若电池中电能与化学能转换达到平衡时,正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值,便是电池电动势,它在数值上等于达到稳定值时的
3、开路电压。电动势与单位电量的乘积,表示单位电量所能作的最大电功。但电池电动热与开路电压意义不同:电动势可依据电池中的反应利用热力学计算或通过测量计算,有明确的物理意义。后者只在数字上近于电动势,需视电池的可逆程度而定。电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池正极电极电势与负极电极电势之差。电池工作电压是指电池有电流通过(闭路)的端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后,由于欧姆电阻和极化过电位的存在,电池的工作电压低于开路电压。电池容量?电池容量是指电池储存电量的数量,以符号C表示。常用的单位为安培小时,简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。电池的容量可
4、以分为额定容量(标称容量)、实际容量。(1)额定容量额定容量是电池规定在25环境温度下,以10小时率电流放电,应该放出最低限度的电量(Ah)。a、放电率。放电率是针对蓄电池放电电流大小,分为时间率和电流率。放电时间率指在一定放电条件下,放电至放电终了电压的时间长短。依据IEC标准,放电时间率有20,10,5,3,1,小时率及分钟率,分别表示为:20Hr,10Hr,5Hr,3Hr,2Hr,1Hr,0.5Hr等。b、放电终止电压。铅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了电压。大多数固定型电池规定以10Hr放电时(25)终止电压为只。终止电压值视放电速率和需
5、要而夫定。通常,为使电池安全运行,小于10Hr的小电流放电,终止电压取值稍高,大于10Hr的大电流放电,终止电压取值稍低。在通信电源系统中,蓄电池放电的终止电压,由通信设备对基础电压要求而定。放电电流率是为了比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而设的,通常以10小时率电流为标准,用I10表示,3小时率及1小时率放电电流则分别以I3、I1表示。c、额定容量。固定铅酸蓄电池规定在25环境下,以10小时率电流放电至终了电压所能达到的额定容量。10小时率额定容量用C10表示。10小时率的电流值为C10/10其它小时率下容量表示方法为:3小时率容量(Ah)用C3表示,在25环境温度下实测容量(Ah)是放
6、电电流与放电时间(h)的乘积,阀控铅酸固定型电池C3和I3值应该为C3=0.75C10(Ah)I3=2.5I10(h)1小时定容量(Ah)用C1表示,实测C1和I1值应为C1=0.55C10(Ah)I1=5.5I10(h)(2)实际容量实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积,单位为Ah。电池内阻电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻,极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在,使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压,充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数,在充放电过程中随时间不断变化,因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。欧姆电
7、阻遵守欧姆定律;极化电阻随电流密度增加而增大,但不是线性关系,常随电流密度的对数增大而线性增大。循环寿命蓄电池经历一次充电和放电,称为一次循环(一个周期)。在一定放电条件下,电池工作至某一容量规定值之前,电池所能承受的循环次数,称为循环寿命。各种蓄电池使用循环次数都有差异,传统固定型铅酸电池约为500600次,起动型铅酸电池约为300500次。阀控式密封铅酸电池循环寿命为10001200次。影响循环寿命的因素一是厂家产品的性能,二是维护工作的质量。固定型铅电池用寿命,还可以用浮充寿命(年)来衡量,阀控式密封铅酸电池浮充寿命在10年以上。对于起动型铅酸蓄电池,按我国机电部颁标准,采用过充电耐久能
8、力及循环耐久能力单元数来表示寿命,而不采用循环次数表示寿命。即过充电单元数应在4以上,循环耐久能力单元数应在3以上。电池能量电池的能量是指在一定放电制度下,蓄电池所能给出的电能,通常用瓦时(Wh)表示。电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理可用理论容量和电动势(E)的乘积表示,即W理=C理E电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积,即W实=C实U平常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能,单位分别是Wh/kg或Wh/L。比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量
9、为1kg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响,电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下:W实=W理KVKRKm式中KV电压效率;KR反应效率;Km质量效率。电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电池放电时,由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降,工作电压小于电动势。反应效率表示活性物质的利用率。电池的比能量是综合性指标,它反映了电池的质量水平,也表明生产厂家的技术和管理水平。储存性能蓄电池在贮存期间,由于电池内存在杂质,如正电性的金属离子,这些杂质可与负极活性物质组成微电池,发生负极金属溶解和氢气的析出。又如溶液中及从正极板栅溶解的杂质,若其标准电
10、极电位介于正极和负极标准电极电位之间,则会被正极氧化,又会被负极还原。所以有害杂质的存在,使正极和负极活性物质逐渐被消耗,而造成电池丧失容量,这种现象称为自放电。电池自放电率用单位时间内容量降低的百分数表示:即用电池贮存前(C10)(C10”)容量差值和贮存时间T(天、月)的容量百分数表示。阀控式密封铅酸蓄电池技术与简单维护阀控式密封铅酸蓄电池技术与简单维护一、一、阀控式密封铅酸蓄阀控式密封铅酸蓄电池电池在通信电源系统中在通信电源系统中的作用的作用1后备电源,包括直流供电系统和UPS系统2平滑滤波3调节系统电压4动力设备启动电源图1:电池作用示意图.二、二、固定型铅酸蓄电池的类型固定型铅酸蓄电
11、池的类型三、阀控式密封铅酸蓄三、阀控式密封铅酸蓄电池电池中一些字母、数字、名词的含义中一些字母、数字、名词的含义中G:固定用,F:阀控式,M:密封中3:表示每组合电池的单体数,1000:表示电池的额定容量(Ah,10h率)。华达为例中2000:表示容量为2000Ah的电池。光宇为例与I10:C10表示电池的10小时率放电容量。I10表示电池10小时率放电的电流。I10=C10/10(A)5.放电深度:电池放电时放出所有容量的程度,一般用百分数表示。放电深度为20%:电池只放出所有容量的20%即停止放电,此时电池还剩有80%的容量。开路电压:电池在开路状态下的端电压。(单体电池的开路电压大约为)
12、。工作电压:电池接通负荷后在放电过程中显示的电压,又称负荷电压或放电电压。四、电池自放电四、电池自放电电池的自放电是指电池在存储期间容量降低的现象。电池自放电原因:1)正极活性物质与电解液的反应;2)正极活性物质与板栅合金之间的反应;3)正极活性物质与负极析出氢气的反应。电池自放电的速度与板栅材料,电解液密度,活性物质纯度及储存期温度等因素有关。五、电池的连接方式:五、电池的连接方式:1000Ah以上的大容量电池大部分是由500Ah或1000Ah并联而成的,连接条使用较多,应采用“多串少并,先串后并”原则。目前华达最大单体电池为2V1500Ah。在市电正常时,蓄电池与整流器并联运行,蓄电池自放
13、电引起的容量损失在全浮充过程被补足。在市电中断或某特殊场合,由蓄电池单独供电。六、蓄电池的容量:六、蓄电池的容量:1.容量的选择:容量的选择:阀控铅酸蓄电池的额定容量是10小时率房放电容量。放电电流过大,则达不到额定容量。因此,应根据设备负载大小、放电时间、电压大小等因素来选择合适容量的电池。蓄电池总容量应按下式配置:QKIT/n1+a(t-25)式中:Q为选用的蓄电池总容量(Ah);K为安全系数,取;I为负荷电流(A);T为放电小时数(h);n为放电容量系数(T、n在电池安装手册上找);t为实际电池所在地最低温度值。有采暖设备时,取15,无采暖设备取5;a为电池温度系数((1/)当放电小时率
14、10时,取;当10放电小时率1时,取;当放电小时率1时,取a=0.01.2.放电率对电池容量的影响放电率对电池容量的影响铅酸蓄电池容量随放电倍率增大而减小,在谈到容量时,必须指明放电的时率或倍率。电池容量随放电时率或倍率不同而不同。3.温度对电池容量的影响温度对电池容量的影响环境温度对电池的容量影响较大,随着环境温度的降低而减小。环境温度变化1时的电池容量变化称为容量的温度系数。温度补偿系数应以各电池厂家提供的为准。根据国家标准,如环境温度不是25,则需将四实测容量按下式换算为25基准温度时的实际容量Ce,其值应符合标准。Ce=Ct/1+K(t-25)式中:t为放电时的环境温度,K是温度系数,
15、10小时放电率的容量实验时K=0.006/,3小时放电率的容量实验时K=0.008/,1小时放电率的容量实验时K=0.01/,4.容量计算容量计算阀控式铅酸蓄电池的实际容量与放电制度(放电率、温度、终止电压)和电池的结构有关。如果以恒定电流放电,放电至规定的终止电压,则电池的实际容量Ct=放电电流I*放电时间t,单位为Ah.5.剩余容量的估算剩余容量的估算电池容量动态计算,是通过电池电流对时间的积分来计算的,它反映了电池充入的或放出的容量的多少,同时有时需要大致了解电池的”好坏程度”,因此需要进行容量的预计.用户可以启动容量预计来预测容量。容量估算的基本方法是:获取一组完好的标准电池的0.05
16、C10A放电电压曲线后,对电池进行以电流放电,每隔一段时间比较一下放电端电压及放出的容量.例如某标准电池放电到用了200分钟,而所测电池放电到只用了150分钟,则该电池的静置容量为额定容量的150/200*100%=75%。很多情况需要不是等真正停电后知道电池能支持多长时间,因为如果到这时才发现电池容量不够为时已晚。所以希望能对电池的容量能进行一个预估。在UPS开机时或运行一定时间时或能进行在线手动的对电池的测试。该测试特别是带了重要负载后的在线测试是承担一定的风险的。建议电池只支持很短的一个时间,最好是负载需要的能量由市电和电池分担,这样可以防止因电池容量不足造成猝不及防的UPS输出中断问题
17、。但是很多UPS的容量估算是根据电池的电压直接估算的百分比。不管怎样,容量估算仅仅是“估算”,一般做到10%的精度已经相当不错的了。七、七、VRLA电池的失效模式电池的失效模式VRLA电池尽管有许多的优点,但它和所有电池一样也存在可靠性和寿命问题。VRLA电池文献报道:其使用寿命为15年左右(25浮充使用)。但国内外的VRLA电池在实际使用过程中,均出现过提前失效的现象。目前造成VRLA电池的失效模式主要有板栅的腐蚀与增长、电解液干涸、负极硫酸盐化、早期容量损失(PCL)、热失控等。八、八、VLRA电池的使用和维护电池的使用和维护1、VLRA电池的选型电池的选型VLRA电池主要应用于电信、电力
18、、UPS不间断电源等领域。在使用前必须正确的选择型号,以保证电池有足够的放电容量(负载大小与放电时间是选择电池容量的主要依据),使通信设备能够正常运行;另外选择合理的容量能够避免选择容量过大而造成浪费。选型方法有两种:1)计算法)、曲线查找法。2、VLRA电池的安装使用及注意事项电池的安装使用及注意事项在安装和使用电池之前,首先应仔细阅读产品说明书,按要求进行安装和使用。安装时,应特别注意以下几个方面:1)、安装方案应根据地点、条件制订,如地面负荷、通风环境、阳光照射、腐蚀和有机溶剂、机房布局、维修是否方便等。2)、安装时新旧蓄电池一般不能混用,不同类型的电池或不同容量的电池决不可混合使用。3
19、)、电池均为100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。4)、电池在安装使用前,在035的环境下存放,储存期限为3个月,若超过3个月,就应按使用书给定标准对电池进行补充电。5)、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,应认真检查正负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降;两组以上电池并联时,每组电池至负载的电缆线最好等长,以利于电池充放电时各组电池电流均衡。6)、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)、安装结束后应
20、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。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,以免腐蚀电池盖及其它部件。3、VRLA电池的维护电池的维护1)、补充电:采用恒压限流充电。a、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;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;2)、蓄电池容量的测量方法1: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124h,在环境温度为255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
21、间应测记蓄电池的放电电流,时间及环境温度,放电电流波动不得超过规定值的1%;c、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1h,3h率放电,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;d、放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量,蓄电池不按10小时率放电时或环境温度不是25时,则应将实际测量的容量换算成25时的容量;e、放电结束后,要对蓄电池组充电,充入电量应是放电电量的倍。方法方法2:在线式测量法:在线式测量法a、在供电系统中,关掉整流器由蓄电池组放电供给通信设备,在蓄电池组放电时找出蓄电池组中电压最低,容量最差的一只电池来作为容量试验的
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