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阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护

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发表于 2008-10-17 22:19:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护
原帖摘自《创新论坛
一、阀控式密封铅酸蓄电池在通信电源系统中的作用* H6 Y/ z/ a4 j6 q+ _) ?) M
. |5 V. S- `0 I* `; i$ q
      1、后备电源,包括直流供电系统和UPS系统 " o1 e; y% ]# ^) `* a* H2 z
      2、滤波
2 J  @4 {# h: Y% a: V$ O      3、调节系统电压 * P7 \2 |& _. V4 H
      4、动力设备启动电源
$ C! Q3 l: B0 K9 t

5 P3 ]+ i+ p4 q                               
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8 B7 \4 S6 i, M3 }8 r, v                               
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/ W0 `7 _  {2 f8 O+ i
                               
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image002.jpg (10.98 K)9 [2 h, z" `6 b5 p$ f+ t
2008-9-19 0:44:32$ n6 P: i$ O7 p+ I( Y
+ E; F5 N6 G: R  }+ ]
8 i0 i6 ~1 K8 L. i; c6 {+ K
图1:电池作用示意图
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 楼主| 发表于 2008-10-17 22:21:38 | 显示全部楼层
二、固定型铅酸蓄电池的类型; K2 Y+ \" K) O
1.VRLA电池与GF电池相比较,VRLA电池具有以下特点:
- t; V2 N& g' s3 P) U/ U5 ^) F(1) 在使用过程中,不需要添加水、调整酸的比例。, I* x& c+ l" v: d6 k8 P
(2) 不漏液,无酸雾,无环境污染。
  l) _2 ?7 s) w2 ]) M0 a(3) 自放电小。
$ u3 }( k6 d- w$ `! J) ](4) 结构紧凑,密封良好,抗震,比能量高。
) A- Y; Z) H# D# h7 F* K(5) 不存在记忆效应。
& c! q1 ?* L2 I; Z* O4 l/ \+ z* \(6) 使用范围广。
; b7 S, c' G, f+ h, T* ?( t2 @

( H/ W- n) R# l& w+ l- B1 d2 L1 `                               
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图2: VRLA电池与GF电池(左)的比较
2、阴极吸收式VRLA电池与胶体电池的比较0 _5 E7 [( q: o
(1) AGM电池使用初期无气体逸出,GEL电池在使用初期需安装排风装置。
/ R+ X, M: U5 _1 t9 Y(2) AGM电池内阻小,大电流放电特性优于GEL电池。
$ ]4 U+ L7 z# i+ u3 F(3) AGM电池的一致性和均一性较好,因电解液的扩散性和均匀性优于GEL电池。
3 a/ u7 E! O  l) K(4) GEL电池,(特别是管状电极)使用寿命较长,不易热失控。
8 x+ V) Y4 a2 s" g! l) b三、VRLA电池的工作原理
( i1 O/ a) d- r1.电池的充/放原理:
5 l# _9 ~% M, l1 f+ h7 v
0 E- z8 ?; m5 v2 k) ~6 M: s
1 E* `. Z, W  `; e! V
铅酸蓄电池的基本电极反应是铅(Pb)和二价铅(Pb2+)及四价铅(Pb4+)之间的转化。
% T4 V+ B# y% y; M7 Q3 r7 a
% S$ [, v4 J, d8 Z6 F, y3 [放电过程:3 N9 ?" B9 v% B% x% \- x. L- @
负极:Pb→Pb2+正极:Pb4+→Pb2+(
6 V) i3 L( N0 Y(+) PbO2 + 3H+ + HSO4 -+ 2e 放<═══>充 PbSO4 + 2H23 t# d( I& c. x, _$ C+ w
电子得失为:# \9 b% I0 H4 c, T9 Y! l
负失正得即负氧化正还原
6 I2 G0 o" Q8 v# A0 F/ q
) C+ }) H( H9 F! }& z: t/ l充电过程:/ n% I5 i7 g( q
负极:Pb2+→Pb( ?2 Y, a/ r8 ?7 u6 k- R
正极:Pb2+→ Pb4+0 M& J3 W. _. F- p5 w* |$ m* _* c
(-)Pb + HSO4 - 放<═══>充 PbSO4 + H+ + 2e
# e, I& f0 ^  A电子得失为:负得正失即负还原正氧化
! g! s# G/ L9 q2 q* e
% U0 Z5 c6 ?- ?$ ~3 d电池的充放电反应7 c9 G2 n& q  ]) _6 K$ E- }
电池总反应:Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4
1 ^+ E7 A* k' N" {6 o  _0 P3 B2 b7 U/ x$ ^  n, C
2.VRLA电池的密封原理:
" F: k" `8 Q& x; K; E
- i! P7 m1 F7 [+ Q6 M. Q+ [3 Q(1)电池内部气体产生的原因:4 C4 o9 y% N; x7 S9 {
电池在过充电时电池分解水,正极产生O2,负极产生H2* Q9 y4 Q" u; n+ e1 x. D
正极板栅腐蚀的同时产生H25 h# w% N" ^: {5 E. e" f0 u- M
电池自放电时正极产生O2,负极产生H2
: w  n! V, l0 K; |; u+ H
! A6 D6 U" V% r4 w8 N3 `* F(2)氧复合原理(氧循环原理):
) A# G5 [" D6 d电池在充电过程中,正极除了有PbSO4转变为PbO2以外,还有氧析出反应,特别是电池的充电后期,当电池容量达到80%时,氧的析出反应更为剧烈,两极的气体析出反应如下: 4 D* S$ {" d, P7 P1 i/ J
(+)2H2O → O2 + 4H+ + 4e (--) 2H+ + 2e → H23 E3 a: H+ S  c/ R5 G
对于浮充使用的VRLA电池,即使是浮充电流很小,但在长期浮充状态下,除浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物资以外,不避免的,浮充电流另一部分则用于水的电解,使正极析出氧气,负极析出氢气。3 w/ ]9 ^4 |+ U8 [+ |2 E6 Z
氧和氢气的产生使电池内部失水,电解液密度发生变化,也使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来,人们都一直在寻求电池的密封,以此减少对电池的维护。VRLA电池的出现,实现了电池的密封,电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合实现氧的循环,以及采用AGM隔板吸收电解液,使电池内部没有流动的电解液,氧的复合原理如图3、4所示:
+ L3 |0 ?! J- Z# y( A
/ p  v0 |4 l2 a3 g
4 i4 Y. v( ~3 P3 p

( S! q! ?1 R2 E: o( N' @                               
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图3:密封原理示意图
9 b, `% O! @& G; S
                               
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图4:氧循环原理图
从图3、4看出,正极充电过程中因电解水析出的氧气,通过AGM隔板的孔隙,迅速扩散到负极,与负极活性物质海绵状铅发生反应生成氧化铅(PbO),负极表面的PbO遇到电解液H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O,其中PbSO4再充电而转变为海绵状Pb,生成的H2O又回到电解液,因氧气的再复合,避免了水的损失,从而实现了电池的密封。: J6 T& u8 q) X" [$ a; v

& m, @, u2 \, o5 P* G) T- t% k3 b铅酸蓄电池实现密封的措施:: i$ N+ @2 ]3 ^8 l/ x
1) 选择高孔隙率AGM隔板,孔隙率在93%以上,为氧的复合提供通道
0 Q* k) |' H+ Y8 L1 F2) 采取定量灌酸,使玻璃棉隔板在吸收电解液以后,仍有5—10%的孔隙率未被电解液充满,因此VRLA电池又称为贫液式电池。5 F( X. [% w) s" ~- s
3) 过量的负极活性物资,正、负极板的容量比一般为1:1.1~1:1.2,这样在正极充足电以后,负极仍未充足电,以防止氢在负极析出,若氢气大量析出是无法复合的。
' P9 d" _: y7 E3 ~9 y. _6 a4) 电池集群的紧装配,采取集群预压缩技术,将装配压在40—60Kpa之间,以保证AGM隔板与正负极板表面能够良好接触,因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板提供。 7 K5 R" M3 w) I+ _9 n/ v& `& y
5) 高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金,因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氢过电位,从而能够降低因板栅腐蚀而析出氢气的可能性。
& V+ f2 t7 R6 E8 ]) m6 y5 x) d6) 开闭阀压力稳定可靠的安全阀,通信用VRLA电池的标准要求开阀压10—35Kpa,闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近,可减少气体排放和水的损失。 ( Q* U8 o# V* x1 N  T7 j
7) 采用恒压限流的充电方式,VRLA电池对过充电较为敏感,过充电会加速电流的损坏,恒压限流充电可防止过充电和热失控。
" r/ n3 a$ X+ C5 G* z6 C! |! K

8 }2 G8 M$ M5 W3.VRLA蓄电池的自放电原理:
6 e: ~3 \  t+ y* E" Y( c
9 G* a5 ^) t8 }4 q电池自放电原因:9 y- ]$ _0 g9 I1 v- p6 U
1) 正极活性物质与电解液的反应;3 p3 }* o0 j  P
2) 正极活性物质与板栅合金之间的反应;
3 L6 I" Q; Q! j8 b/ W6 @3) 正极活性物质与负极析出氢气的反应。
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 楼主| 发表于 2008-10-17 22:24:11 | 显示全部楼层
四.VRLA电池的两大类技术' Z1 d/ a0 z3 Y; d. m9 s
1 _! d2 G# w4 \
      应用同样的氧复合原理,但由于采用不同的固定电解液技术和不同的氧复合通道技术,因此可分为两大类型的VRLA电池,即AGM技术和GEL技术(胶体),故又称为AGM电池和胶体电池。这两类电池各有优劣,目前在电信、电力等市场上应用的仍以AGM电池为主。% _; v' x* W/ V( N: h# C* k6 z

! K3 A" z* [+ W& s) [; k1.AGM技术
: j4 A5 G/ n; _  {) z/ k3 j( _7 N% @
      采用AGM技术的VRLA电池,AGM隔板采用U形包覆法(也可采用S形包覆法)。采用AGM技术的VRLA电池的特点:内阻小,以超细玻璃棉隔板吸取电解液,使电池内没有电解液,AGM隔板具有93%以上的孔隙率,而其中10%左右的孔隙作为由正极析出的O2到负极再复合的通道,以实现氧的循环,达到电池密封的目的。+ D( @& }/ |  [9 M  O- |$ X6 S
0 c$ O7 {3 F* `9 C: j
2.Gel技术(胶体技术)
8 ~( d- ?* f0 r6 F9 B3 ]
, M# ^4 `. g* `/ I/ [, {      以德国阳光公司采用Gel技术生产的OPZV胶体电池为典型代表。
9 U$ \0 H5 I$ x) {* }/ R( ?4 M2 n      胶体电池的特点:内阻较大,采用触变性SiO2胶体吸收电解液,使电解液不流动。
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 楼主| 发表于 2008-10-17 22:25:30 | 显示全部楼层
五、VRLA电池的失效模式
4 _" L; D( I9 Z4 w4 \
8 v$ `9 ~5 Q$ q  a& {9 f  e1 W
      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。VRL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。
0 l& M+ Q; q1 M& w. N8 ?" }( @
3 A2 O+ f, N6 T: g- o1 W" U1 |      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。
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 楼主| 发表于 2008-10-17 22:27:21 | 显示全部楼层
六、VLRA电池的使用和维护4 F& Z$ z; `- a& Z$ I$ a* e7 M
5 _  t7 L7 n1 Q5 M
1、VLRA电池的选型4 C! Z  d* C7 B4 ~+ H( B$ q1 t
VLRA电池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,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。$ g3 X4 g2 b& C& j  t' V. X
选型方法有两种:1)计算法2)、曲线查找法。( J" |. M0 t( B' ]  _& v, j- k" J& d
- }$ `7 l7 T. S! N5 c3 u  ~& P
2、VLRA电池的安装使用及注意事项) v1 l% ^8 B/ b1 S% J# ^& R! M, C
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:
/ L: [" j1 Q2 Z  s6 [- z      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。
; B' U/ z3 H9 Z% g  D      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。! f* i: U( r' Z( E4 Q  k! V! I
      3)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。
* z( G( r5 X8 c0 w      4)电池在安装使用前,在0~35℃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。9 ^9 o6 I2 g$ @; E
      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。
5 k" E; _% A3 w6 d1 }' g$ c      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。
: u/ t1 L5 u* A& n' `, w      7)安装结束后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。! J3 ~% o: x) |! z6 K' a7 |/ _9 O( g
      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。
! j" |) W. }1 a% T' E  D2 s" {* \1 U+ _: S4 N) A! x( }
3、VRLA电池的维护
' z( u% y  n8 m* E1)阀控式密封铅酸蓄电池的安放1 \8 ^. D4 {- |; P+ r/ x3 G/ b& k
阀控式密封铅酸蓄电池不必专设电池室,可与通信设备同装一室。可叠放组合或安装在机架上。
9 q+ `0 j5 g5 w; c! A0 E  d) _8 `3 N/ |) I' a6 p  |) N
2)经常检查的项目! E4 ~# Y2 g/ Q8 J
a、浮充电压,环境温度;" a% H9 A3 e$ E; b. c9 w
b、连接处有无松动、腐蚀现象;
9 W" S6 ]5 S" b' [& T' o8 S/ `c、电池壳体有无渗漏和变形;9 ~5 c0 @" m% l
d、极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出;
% E: C- N- v; x" ]: s) E( b4 G  O
3)补充电/ z$ `3 {+ O3 c2 y+ Q% T! n
a、电池系统安装完毕,对电池组进行补充充电;
% w& q- E# }" m6 Tb、电池搁置停用时间超过三个月;6 h% M! m4 B' u8 \/ W- d
蓄电池的放电5 y/ H& B( k& L+ _) t/ P
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%;# n* r% e" n- S. w  ^
b、每三年做一次容量试验,到使用六年后应每年做一次;
( f% [* a, q) O( c2 v& m: K
5 e3 _6 E  C! h( x, H' Y4)、蓄电池容量的测量4 P. h/ ]/ o/ ?" ]
/ j6 p2 I- `) b5 i: r: j% K
方法1:离线式测量法
9 N0 u; k# Z4 `# Ba、将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置1—24h,在环境温度为25℃±5℃的条件下开始放电;" b' K" d" K; H: {! _7 j- K
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,时间及环境温度,放电电流波动不得超过规定值的1%;  H  x9 h8 V5 d( B3 s4 [' ^( m
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0.5h,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;9 C' n0 }  Q. O- N. |
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;: f1 F" H9 O' h
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1.2倍。7 L3 U3 d8 A8 s& Q2 U3 Z
) A5 O! `4 {3 |- o: r' D  b
方法2:在线式测量法* ]$ W. {) e5 ]6 B7 K5 _3 B  p) k
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对象;* G" ]  V; J* N( D
b、打开整流器对蓄电池组进行充电,等蓄电池组充满后稳定1小时以上;
- F- s, j; d: K/ Wc、对a中放电时找出的最差的那只电池进行10小时率放电试验,放电前后要测量该只电池的端电压、温度、放电时间和室温。以后每隔1h测试一次,放电快到终止电压时,应随时测试,以便准确记录放电时间。
# p& u/ w! y5 Z9 Hd、放电时间乘以放电电流即为该电池的容量,当室温不是25℃时,应按式(1)换算成25℃时的容量;: t* I3 [4 l5 p( ~  R+ O/ t
e、放电试验结束后用充电机对该只电池进行充电,恢复其容量;
7 R. Z, M  V. C/ N# a' ~$ t- W) `5 Yf、根据测量的数据绘制放电曲线;1 W2 T* a, K" l: C- M9 ?% Z6 ?
9 V0 @1 a6 N' w6 _8 _: w
方法3:核对性容量试验法
7 z, `% x  W+ s% L9 b; }1 |5 f5 o为了能随时掌握蓄电池组的大致容量,进行核对性放电试验是必要的,其方法是:
* R. {2 L) Q9 V! I, N+ ja、在直流供电系统中,关闭开关电源,让蓄电池对通信设备供电,蓄电池组放电前后要测试每只电池的端压、温度、比重、室温和放电时间、放出额定容量的30%—40%为止;0 K/ F7 ^, W' C2 V& N& @
b、放电结束后,要对蓄电池充电;" I- F* n3 O( T) v1 X5 H/ j( _' b) _
c、根据测试的数据作出放电曲线,留作以再次测试时做比较;8 B& `( F; T! t7 i* n* z5 K
注意事项:0 u7 c" `4 O  I* e( h' j
上述3种蓄电池的容量试验方法,是日常维护中常用的方法,但无论哪种方法,在容量测试期间通信安全都会受到一定的威胁。因此在做容量试验时要防止市电中断,备用发电组应处于良好状态
4 |: K* R, \. c6 u" t0 b, O: N1 [, e' w+ m
5)、周期维护项目2 x3 I7 I+ L  u' z2 W) E
月度保养1 O& `( a' ?7 y* S; z
每月完成下列检查:
8 j( k% l  x0 s5 o9 F3 [" A1、保持电池房清洁卫生;  R( l" h. c1 v+ ~0 Y5 x; j+ q4 ~
2、测量和记录电池房内环境温度;( ^- Z" d/ E7 D0 |" x5 M- c
3、逐个检查电池的清洁度、端子的损伤及发热痕迹、外壳及盖的损坏或过热痕迹:0 E) x" `; {5 [$ a) d$ y4 |8 i# P- A
) s$ p$ x, U" F1 |3 t
4、测量和记录电池系统的总电压、浮充电流;
; C, B1 N5 u* M$ W  j2 }! I4 S1 {& H/ O
季度保养/ _9 b4 x, P! M' H  J
1、重复各项月度检查;
: h& v8 b0 s. I  _5 X2、测量和记录各在线电池的浮充电压,若经过温度校正有两只以上电池电压低于2.18V,请与厂家联系。" t/ C& |* m! p+ L3 g# G

0 E, d! A$ S% a" c年度保养
( Z/ P' r# O' Q3 U, s* H0 P1、重复季度所有保养、检查;  S1 f7 u+ m% H& v# d/ ]
2、每年检查连接部分是否有松动;$ Q) o9 W3 W3 n5 T
3、每年电池组以实际负荷进行一次核对性放电试验,放出额定容量的30%—40%;- |5 R# H: @% K8 G# P% O
3 n$ C0 u: D8 ^+ s
三年保养
3 F  r3 x, E. z! Q5 \9 a* v每三年进行一次容量试验,到使用六年后每年做一次,若该组电池实放容量低于额定容量的80%,则认为该电池组寿命终止。
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