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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
* O& \, |( l+ K% O  [& [
+ F4 H1 R. B: D2 A4 W* V8 n2 ^9 e      1、后备电源,包括直流供电系统和UPS系统 7 w- H8 N3 v; k( S2 r9 T
      2、滤波 8 n, V  O" R3 s% }/ I
      3、调节系统电压
4 ], j- s& U, o; O      4、动力设备启动电源 # ~3 l5 v! j/ f6 \; N7 A
* B7 J) J  A% P  v( [5 M8 h0 M
                               
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3 v# l5 m7 b" @; |                               
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image002.jpg (10.98 K)
( g! P) X1 i$ Q  W) D2008-9-19 0:44:32
  y5 y6 j2 i, \5 `( L; K! U/ O3 ?0 X# P
( N1 D! t& n& [9 D/ e, Q* J
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
# ?) R& S( j/ d) s3 ?3 W  K) f  q
1.VRLA电池与GF电池相比较,VRLA电池具有以下特点:
& y- Z" [6 W0 v" j; T(1) 在使用过程中,不需要添加水、调整酸的比例。: u6 n8 H: T! V& g1 W3 Q
(2) 不漏液,无酸雾,无环境污染。! }# ?5 D2 U' e2 V
(3) 自放电小。
  {/ `! Q4 i! T4 h* `% ~9 U(4) 结构紧凑,密封良好,抗震,比能量高。
" e- h  ~& a3 e1 o(5) 不存在记忆效应。$ ?# v4 }+ @, z7 l+ W1 `
(6) 使用范围广。
) V2 d+ z1 m/ N/ e' F( g5 d, t
( D  g8 ]$ u! ?! s- l: S+ R: L
                               
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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
1 k3 k+ S) v4 r, [# }4 F6 Z3 X, C(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。
2 G1 u, r* H! }" n* F0 b(2) AGM电池内阻小,大电流放电特性优于GEL电池。 9 {: }( v  t0 p, W9 r
(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。 % r( K; i& f/ f, B! K9 Y
(4) GEL电池,(特别是管状电极)使用寿命较长,不易热失控。
' r, U1 N) n, L0 p三、VRLA电池的工作原理, U6 c# |5 |8 m4 u, G
1.电池的充/放原理:
( \. D& t$ K6 E* A
) e* f) X( Y# X7 c
0 P3 ]& ~) R' V! V. H
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。
' \) _5 ?! n8 {& r; C6 Q' a
' q  W% w7 r- z" v. O: Q1 _, E放电过程:# }, R& Z6 P3 E( b4 f8 T2 k
负极:Pb→Pb2+正极:Pb4+→Pb2+(
6 C. W& X1 U1 G9 l) v# _(+) PbO2 + 3H+ + HSO4 -+ 2e 放<═══>充 PbSO4 + 2H2
* [: Z! B+ T+ u$ g0 Z" ~# s电子得失为:; X, k) D& O, @$ @" \8 g; h, a
负失正得即负氧化正还原% [: j( ^4 o4 q. C" P3 @
  c% F, }# z7 E" ^
充电过程:
6 J! g0 \" ?5 W5 c6 P' b负极:Pb2+→Pb' y; [- T6 S7 s$ {+ w& W& I
正极:Pb2+→ Pb4+
1 U7 a/ |, [8 ~; S(-)Pb + HSO4 - 放<═══>充 PbSO4 + H+ + 2e
8 n! O$ l% h4 Y% W2 a. B电子得失为:负得正失即负还原正氧化$ ~/ O1 V. S7 t+ L

/ h/ c& R& r& Y* j0 R电池的充放电反应5 d, v# I3 w2 i2 U+ ], W
电池总反应:Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4  V% d8 H+ R0 d* Z% \7 _7 h
' J, V8 r% a# m$ M+ y
2.VRLA电池的密封原理:
* [. w$ x7 j3 t- \* l* x6 T+ Z* g* h$ ~3 K: \# ~5 ]
(1)电池内部气体产生的原因:
! P6 M* @7 O0 W5 ?; U2 N' H, J9 v电池在过充电时电池分解水,正极产生O2,负极产生H2
+ ~' O( e; V0 n: Q  ?, m正极板栅腐蚀的同时产生H21 n/ E, i# X) n; O
电池自放电时正极产生O2,负极产生H2
0 v" \) o! @1 b# B+ j+ @" l: I% a% D$ R0 }5 u4 z/ h, q# s
(2)氧复合原理(氧循环原理):
2 _! P$ h* J! O( C- q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 T& q0 `" A5 x1 a! `(+)2H2O → O2 + 4H+ + 4e (--) 2H+ + 2e → H29 O# B  |6 Y6 l+ l4 h. `6 T
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。
+ F( v" o& ]& a  n4 r- [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:
2 @6 h8 c3 h6 ]. ^8 p: A
4 F/ b# g% W; S# {7 J  O5 Z  L* s" J& N+ W" p
4 Q0 x0 h* e$ i0 a9 G- ?( m
                               
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图3:密封原理示意图
. N5 j0 r& m$ d: b' E8 t* Z) V
                               
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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。0 |) `0 U4 @7 @! B' j  R6 X

2 H4 z3 U6 y- V2 T4 P% K铅酸蓄电池实现密封的措施:
6 d  i$ o2 @. ^  f1) 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
; M$ T7 v% `0 S2) 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。  U) I2 X; [) `) o* h5 a  W' o  |& ]$ w
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。
$ u' A, X  R, M/ }. J2 ]# k5 k1 U4) 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。 & y+ s- ?+ j, E! p: p& T
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。 . V5 ]& U: }. @: y
6) 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。 3 Q8 O" b! K- R9 ?2 o
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。

0 r- \) r; K. m0 p$ \2 N' c' \% R% c" W1 `6 i
3.VRLA蓄电池的自放电原理: 7 f+ M0 Q" K0 m$ d0 L

: c- c8 K  s+ M3 s3 g5 ]# V$ h电池自放电原因:
: `2 g& J1 S7 z, c1) 正极活性物质与电解液的反应;, c' Z3 c7 Z$ A3 \# ?) b- t0 t; K( v
2) 正极活性物质与板栅合金之间的反应;
9 ?  M( D+ M) [- W- l; E( t1 b9 a3) 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, q5 I- u8 w. q, F5 {
/ M6 ~' j( n2 W& i$ I- Z
      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。0 ]) _, v" _7 a$ B
' g# V& o. s: P3 }$ X1 H; S3 }
1.AGM技术% |) j/ i4 H/ j* T9 M5 P

2 z' E$ L& Q7 ?; k" u      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。
) ^" c5 ]3 Q/ _( q* q) i& `
; k6 l  K! \: R( {6 U2.Gel技术(胶体技术)
% g* H* K6 {- n% A: g1 t2 R: s2 [/ ~9 p7 Y0 F; ~, F7 m3 S3 @
      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。' p9 a: h- \; D
      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
, ?+ a* v) T. R! |- F5 v, K/ j4 m5 V
      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。+ m+ n# V( }" J( J, x
+ o0 F' z9 V3 b" H
      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# v1 D4 n# [6 y  p: Z5 s2 B+ d
' m2 Q' B- u& o" Y1 V; F
1、VLRA电池的选型  Z! t9 O( \7 |1 A7 [8 W3 {
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。
$ |' Z4 n7 ^4 _* ]选型方法有两种:1)计算法2)、曲线查找法。
# N2 R3 S9 s& t* L5 ~
: C) U8 z, l' v! e9 h0 g2、VLRA电池的安装使用及注意事项
. F* ]0 _- |' X8 M9 e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:
: v. [, q9 Q4 O' ~! [      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。) {+ w; Y- U3 ?# f% y
      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。
$ g& Y8 Z4 B  ~3 [      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。
5 M: k3 J; i+ q0 |2 ?      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。
4 s9 f& }) k3 u) z: F: @5 d      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。
. e% L) F, N' g( `' D3 `* p. V  p      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 s% S4 v, x, e8 L$ \- |! I      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。
: ?1 A' a; W+ K& {( Y' t      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。' Y7 u& P6 [8 V- i4 W# I0 W

- q: S  s# J+ E2 ^& u8 y( T5 O3、VRLA电池的维护
7 z. Q2 `" }+ v2 D2 J) D1)阀控式密封铅酸蓄电池的安放/ F) s2 P, _. F1 W$ P. 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。
+ u2 V, I& G+ M) ]6 ~& f, k
& g' ]' j) K  q4 |/ d- o" w2)经常检查的项目
* w& t$ q# Y: T' Ua、浮充电压,环境温度;3 `0 _  G. l/ L. T
b、连接处有无松动、腐蚀现象;
8 p, P+ o. N/ K: O3 m6 gc、电池壳体有无渗漏和变形;
. @1 P2 F7 }# s, k% B  _( C/ c$ F4 pd、极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出;) U, D3 c/ y1 f( F+ K% @* ~

1 I9 N2 c1 B8 E& H7 A0 |" O3)补充电/ M. t, \. S! _* A/ d
a、电池系统安装完毕,对电池组进行补充充电;
$ m& j$ X! p; o. }3 Fb、电池搁置停用时间超过三个月;
% l3 J; u' [# Q8 H/ C! x蓄电池的放电
5 B3 u) h) _7 l7 U+ [( R. M  L0 ka、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%;7 X) p4 u' ^+ |# B: c9 ~& ^* `% Z2 ^
b、每三年做一次容量试验,到使用六年后应每年做一次;
1 s6 i0 {& R4 Y0 o3 ?# y
( L; z8 c! x) j! }! C9 ?" _; f0 N4)、蓄电池容量的测量& M8 {, _8 d2 b6 S
8 ]7 J0 `1 {& E& V$ ?  E5 f
方法1:离线式测量法7 t5 I+ j. J: @9 n& h
a、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;
* S0 C( h" ~7 Nb、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%;
% m3 O1 r$ t# K4 jc、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;$ s- X* K( ^9 W% s6 f; Z9 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;
: v0 g- ?8 c3 i, F* D# we、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。1 g( {6 z5 o2 A; V# @

% O) X! r6 b& f方法2:在线式测量法
5 j8 \3 c* g. e9 K; Wa、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;
  b5 o7 M8 S: }. ~/ h9 cb、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;& L) x3 ]% a; D$ R
c、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。8 b& C' q- |% e* h
d、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;4 k+ a5 U0 _# |' U5 ~/ M
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;
0 n. G8 M6 v" a0 Q4 C$ J2 A( a& ?f、根据测量的数据绘制放电曲线;$ g2 D9 P! N% x, w0 ]* ]' V# Q' g

6 G) X4 n: m; k0 G( @/ m/ {& Y9 e方法3:核对性容量试验法1 [' q6 [. P8 b% w0 b( {
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:0 S8 |* j8 b# }$ X# P/ k8 \) ]
a、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;' H) \) r& d3 E: J- }  C- |
b、放电结束后,要对蓄电池充电;
! r1 ]2 p8 U: ^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;
. c4 c  q1 I7 b5 J  m3 O  f) l* ?注意事项:
9 ^8 g5 v2 E2 s# v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
5 }3 N+ G% k$ Z; @" v. W- j$ y" A; U# P0 y$ m. q6 r
5)、周期维护项目
" U8 Z6 ?: [0 O月度保养
6 w" [) T) d4 S7 S' {- y6 T每月完成下列检查:
2 p/ h1 [) T6 x& j+ x) H1、保持电池房清洁卫生;
  }2 u# F0 h" ~2、测量和记录电池房内环境温度;
2 A" M5 n) X! r3、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:9 }1 W# y0 a5 l" k# A1 G
( M0 X# N5 \( m  q& s+ b: i
4、测量和记录电池系统的总电压、浮充电流;) G* J7 A1 q' r

# ^1 X: F2 e& z- C季度保养2 i9 V4 F8 j4 Y1 ]& @8 e
1、重复各项月度检查;
/ n3 Z5 @, y* z; ?3 ^2、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。
' [! x; ^* O1 D; b
% M* [2 k8 G- I! {年度保养7 D! z- @3 N! o; i+ T, ~5 N
1、重复季度所有保养、检查;
! D0 ?2 M$ Y  ^6 N% p, c2、每年检查连接部分是否有松动;" A" W; }7 o  c' y; I
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%;
4 c& ~6 w! f+ h: x9 k- k% d& _6 {$ `) W* B3 n. H1 W- S! M
三年保养/ x! r/ h- L  Q3 U! v% U- ]0 V2 G5 D
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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