閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù)

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1、閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù)摘 要 ： 介 紹 了 閥控 式 鉛 酸 蓄 電 池 的 工 作 原 理 、 特 性 、 應(yīng) 用 及 維 護(hù) 時應(yīng)注意的問題，并結(jié)合例子說明如何選擇蓄電池為UPS及電力系統(tǒng) 配套。關(guān)鍵詞：蓄電池；浮充；電池容量蓄電池 自 1859年由 法國 人 發(fā)明使用 至 今已有 143年 歷史 。 1957年 英 國 首 先發(fā)明了 再化合 免 維護(hù)汽車 蓄 電池 ，德 國陽 光公 司發(fā) 明 了觸 變性 凝膠工業(yè)用鉛電池，1983年美國GNB公司發(fā)明并生產(chǎn)了 I型陰極吸收式 密封鉛酸蓄電池，1985年日本YUASA公司開始生產(chǎn)MSE系列大型陰極吸 收式密封鉛酸蓄電池。隨之英

2、國制訂出標(biāo)準(zhǔn)BS6290第四部分（1987）鉛酸固定型單體蓄電 池和蓄電池組（閥控密封規(guī)范）；IEC制訂出IEC896 2（ 1991）固定型 鉛 蓄電池 一 般要求 和 試驗(yàn)方式 ， 第二 部分： 閥控式 ；日 本制訂 出了 JISC8707 1992 密封式 固 定型 陰極吸 收式 鉛蓄電 池 ；中國郵 電 部制訂出 YD/T799 1996通 信用閥 控式 密封 鉛酸蓄 電 池技 術(shù)要 求和檢 驗(yàn)方 法 ；中 國 電力部 制 訂出 DL/T637 1997閥 控式密 封 鉛酸蓄 電 池訂貨 技術(shù) 條 件。 以 上標(biāo)準(zhǔn) 成 為產(chǎn)品 質(zhì) 量考核的 技 術(shù)標(biāo) 準(zhǔn)。上世紀(jì) 80年 代起 ，國外

3、生 產(chǎn)類似產(chǎn) 品 的企業(yè) 大 量發(fā) 展， 1988年深 圳華達(dá)電源系統(tǒng)有限公司引進(jìn)了美國GNB公司的技術(shù)，在消化吸收后 開 始生產(chǎn) 閥 控式鉛 酸 蓄電池， 通 過并 聯(lián)組合 最大容量可 達(dá) 12 960 Ah。 20世 紀(jì) 90年 代我 國生 產(chǎn)類似 產(chǎn)品 的廠家 遍及 全國 。1閥控式鉛酸電池的工作原理閥控式 鉛 酸蓄電 池 的設(shè) 計(jì)原理 是把 所需份 量 的電解 液 注入 極板 和 隔板中 ， 沒有游 離 的電解液， 通過負(fù) 極板 潮濕 來提 高 吸收氧 的能 力 ，為防 止 電解液 減 少把蓄電 池 密封 ，故閥 控式鉛酸 蓄電池又 稱“ 貧 液電池 ” 。閥控式 鉛 酸蓄電 池 的極

4、 柵主要 采用 鉛鈣合 金 ，以提 高 其正 負(fù)極 析氣（H2和02）過電位，達(dá)到減少其充電過程中析氣量的目的。正極 板 在充電 達(dá) 到 70 時 ，氧氣就 開 始發(fā) 生，而 負(fù)極板達(dá)到 90 時才開 始 發(fā)生氧 氣 。在生 產(chǎn) 工藝上， 一 般情 況下正 負(fù)極板的 厚 度之比 =6： 4，根據(jù)這一正、負(fù)極活性物質(zhì)量比的變化，當(dāng)負(fù)極上絨狀Pb達(dá)到90% 時，正極上的PbO2接近90 %，再經(jīng)少許的充電，正、負(fù)極上的活性 物 質(zhì)分別 氧 化還原 達(dá) 95% ，接近完 全充 電 ，這 樣可使 H2、02氣 體析出減 少。采 用 超細(xì)玻 璃 纖維 （或硅 膠） 來吸儲 電 解液， 并 同時 為正 極

5、 上析出 的 氧氣向負(fù) 極擴(kuò)散 提供 通道。這樣，氧一旦擴(kuò) 散 到負(fù)極 上， 立 即為負(fù) 極 吸收，從 而抑制 了 負(fù)極上 氧氣的 產(chǎn)生，導(dǎo)致 浮充 電過 程 中 產(chǎn)生的 氣 體 90% 以 上被消除 （ 少量 氣體通 過安全閥 排 放出去 ）。 2閥控式鉛酸蓄電池的特性2.1浮充電壓浮充電 壓 =開 路電 壓極 化電 壓=（電解液比重 + 0.85）+ （0.100.18） V=（1.30+ 0.85）+ （0.10 0.18） V= 2.15 V+ 0.10 V= 2.25 V例如，美國圣帝公司的電池電解液比重為1.240 g/cm3,所以它的浮 充電壓為2.19 V。日本YUASA公司的

6、浮充電壓為2.23 V。2.2浮充電流固定型 防 酸隔爆 蓄 電池 的浮充 電流 有兩個 作 用：1）補(bǔ)充 蓄電 池自 放電的 損失 ；2) 向日常性負(fù)載提供電流。閥控式鉛酸蓄電池的浮充電流有三個作用：1) 補(bǔ)充 蓄電 池自 放電的 損失 ；2) 向日 常性 負(fù)載 提供電 流；3) 浮充 電流 足以 維持電 池內(nèi) 氧循環(huán) 。 2.3端電壓的偏差(靜態(tài)偏差與動態(tài)偏差)動態(tài)偏 差 在浮充 運(yùn) 行初 期較大 。實(shí) 際上， 剛 出廠的 蓄 電池 可能 是 因?yàn)椴?分 電池中 處 于電解液飽 和狀態(tài) 而影 響了 氧復(fù) 合 反應(yīng)的 進(jìn)行 ，從 而 使浮充 電壓 過高，電解 液飽 和 的電池 會 因不斷 的

7、充電 使水分 解 而“ 自動 調(diào)整” 至 非飽和狀 態(tài) ， 6個 月 后端電 壓 偏差 逐漸 減 小。 但 偏差較 大 也不排 除 與有的制 造 商制 造質(zhì)量 有關(guān)。我國GB13337.1 Q1及德國DJN43539 84規(guī)定固定型電池靜態(tài)偏差范圍 為電壓平均值的+ 0.10.05 V。郵電部 YD/T799 1996規(guī) 定 ，靜 態(tài)時，最 高電 壓與 最低電 壓 值偏差 為 20 mV ,動態(tài)時，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50 mV。電力部 DL/T637 1997規(guī)定 ，靜 態(tài) 時，最 高電 壓與 最低電 壓 值偏 差為 30 mV ,動態(tài)時，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50 m

8、V。2.4氣體的復(fù)合在正常浮充電電壓下，電流在0.02C以下時，氣體100%復(fù)合，正極 析 出的氧 擴(kuò) 散到負(fù) 極 表面。 100在負(fù) 極還 原，負(fù) 極周圍 無盈 余的 氧 氣 ，負(fù) 極 析出的 氫氣 是微量 的 。若提 升 浮充 電壓 ，或環(huán) 境 溫度 升高， 使 充入電 流 徒升， 氣 體再 化合效 率隨 充電電 流 增大而 變 小， 在 0.05 C時復(fù)合率為90%，當(dāng)電流在0.1C時，氣體再化合效率近似為零。如 圖 1所 示，這時聚 集 在負(fù)極 的氧 氣和負(fù) 極表 面 析出的 氫氣 很多，電 池 內(nèi) 壓徒升 ， 排氣閥 開 啟， 造成蓄 電池 嚴(yán)重缺 水 。2.5溫度的影響電池充 電

9、時其內(nèi) 部 氣體 復(fù)合本 身就 是放熱 反 應(yīng) ,使電 池溫度 升高 ，浮充電 流 增大，析氣 量增 大，促使 電池溫 度升得更 高 ，電池 本身 是“ 貧液 ” ，裝 配緊 密，內(nèi) 部散熱困 難 ，如不 及 時將熱 量排 除，將 造成熱 失控 。浮 充末 期電壓 太高 ，電池 周圍 環(huán)境 溫度 升 高，都 會使 電 池?zé)崾?控 加劇。溫度每升高1 ，電池電壓下降約3 mV/單電池，致使浮充電流升高 ，使溫度進(jìn)一步升高。溫度高于50 C會使電池槽變形。溫度低 于 40 時，閥 控式鉛 酸蓄 電池還 能 正常工 作 ，但 蓄電 池容量會減小。閥控式 鉛 酸蓄電 池 由于 結(jié)構(gòu)問 題對 溫度要 求

10、 很高， 這 一點(diǎn) 大家 都 注意到 了 ，為此 ， 在設(shè)計(jì)充電 設(shè)備時 都考 慮了 溫度 補(bǔ) 償措施 ，但 溫 度采樣 點(diǎn) 的選取 至 關(guān)重要， 它 直接 關(guān)系著 補(bǔ)償?shù)男?果。溫度 采樣 點(diǎn) 有三處 ，即 蓄 電池 附近的 空 氣溫度、蓄電池 外 殼的表 面溫 度及 蓄 電 池內(nèi)部電解液溫度。第一 處最 容易， 目前 基本 都采 用 此法， 但這種 方法很不準(zhǔn)確， 因?yàn)橛捎谀撤N 原因 使蓄電 池溫度 升高 ，但蓄 電池溫 度的升高很難引 起蓄電池附近 的空 氣溫度 的升高， 因 此這種 補(bǔ)償措 施基本無用；第三處最能 反應(yīng)蓄電 池的 實(shí) 際情況 ，但 較難 實(shí)現(xiàn) ；第 二處最 實(shí) 際，也

11、較 容易實(shí) 現(xiàn)， 目前已 有企 業(yè)根 據(jù)第 二 處的采 樣設(shè) 計(jì)溫度補(bǔ)償單元。2.6種類閥控式 鉛 酸蓄電 池 分為 三類， 即大 型、中 性 、小型 。 單體 在 200 Ah及以上為大型，20200 Ah為中型，20 Ah以下為小型。電力系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上一般均選用大型鉛酸蓄電池，而UPS電源在設(shè)計(jì) 上 則選用 中 型鉛酸 蓄 電池 。2.7電池容量鉛酸蓄 電 池的極 板 在制 造過程 中， 對生極 板 進(jìn)行充 電 化成 ，使閥控式鉛酸蓄電池的特性、應(yīng)用及維護(hù) 正極板上的鉛變成二氧化鉛，負(fù)極板上 的鉛變成海綿狀鉛。但由于 在制造廠對極板進(jìn)行化成的時間有限， 不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化 成 活性物

12、質(zhì) ，為 此，國家 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定新 電 池達(dá) 到 90 容量 為合 格，只 有在今后的日常使用中，容量逐漸達(dá)到正常值，安裝 2年后要求達(dá)到 100。我國、日本、德國工業(yè)用電池采用 10小時率，美國的工業(yè)用電池 標(biāo) 準(zhǔn)為 8小時 率。我國電 力 、郵電 標(biāo) 準(zhǔn)規(guī) 定， 10小時 率 電池， 1小時 率 時容量 為 0.5 5C10。日本工 業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定 2 V， 10小時 率電 池， 1小時 率 時容 量為 0.65C10； 6V、 12V， 10小時率 電 池， 1小時率 時 容量 為 0.6C10。 20小時率 電 池， 10小 時 率時容 量 為 0.93C20， 1小 時率時 容量 為

13、0.56C20。電力系統(tǒng)一般在設(shè)計(jì)上均選用10小時率鉛酸蓄電池，而UPS電源在 設(shè) 計(jì)上則 選 用 20小 時率鉛 酸蓄電 池。2.8壽命工業(yè)電池可分為兩類：一類為深循環(huán)使用的電池， 另一類為浮 充使用的“ 備用電源” 電池。循環(huán)使用的電池以深循環(huán)次數(shù)來表示 其使用壽命，以0.8C10深度充放電循環(huán)使用的電池，其壽命達(dá)到1200次 以上；而浮充使用的電池，年限可達(dá)到1012年，有的可達(dá)到152 0年。 蓄電池只有 80容量時認(rèn)為壽命終止。3閥控式鉛酸蓄電池的應(yīng)用3.1 UPS電池的選擇例如：某UPS的功率輸出為50kVA,其直流電壓范圍 330 480 V；放電時間 30 min；單體終止電壓

14、 1.67 V；UPS 效率 0.90； 功率因 數(shù) 0.95。計(jì)算與選擇1) 將UPS的kVA數(shù)轉(zhuǎn)換為kW數(shù)50/ ( 0.9X 0.95) =58.48 kW2) 決定 所需 電池 個數(shù) nn=330V/1.67V=1983) 確定 電池 電壓 不超過 直流 電壓范 圍198X 2.27=449.46 V369.19 W的功率，設(shè)計(jì)壽命15年。3.2電力系統(tǒng)蓄電池的選擇例如：某220 kV變電所220 V直流負(fù)荷為經(jīng)常負(fù)荷16.0 A;事故照八、明18.2 A;通信電源9.1 A;遠(yuǎn)動電源4.5 A;電流統(tǒng)計(jì)47.8 A;1小時容量統(tǒng)計(jì) 47.8 Ah。計(jì)算與選擇 1) 根據(jù)最 高 電壓確

15、 定 蓄電 池個數(shù) nn=1.05X額定電壓/浮充電壓=1.05X 220/2.25=102.67 取 n=102 個2) 蓄電 池放 電終 止電壓 UZUZ三0.85X額定電壓/n=0.85X 220/102= 1.83 V3) 蓄電 池容 量選 擇 CCCC=KKX CS/KCC=可靠系數(shù)X放電容量/容量系數(shù) =1.4X 47.8/0.656=102Ah(容量 系 數(shù)可從 表 2查 出 )。選擇蓄 電 池的標(biāo) 稱 容量 C10=200 Ah。注：可 靠 系數(shù)取 1.4, 其中已考 慮低 溫對蓄 電池的影 響 、電池 的參 數(shù) 不一致 的 影響及 當(dāng) 電池容量 低 80時 為壽 命終 止。

16、4使用注意事項(xiàng)閥控式密封鉛酸蓄電池也有人稱之為“ 免維護(hù)電池” ，由于使 用 方便， 近 幾年來 在 電力及郵 電 通信 部門得 到廣泛 的應(yīng) 用，但 由于 不 了解閥 控 式密封 鉛 酸蓄電池 的 特性，往 往幾年 就 報(bào)廢 了，給企業(yè) 造 成極大的 損失 。首先將 “ 免維護(hù) 電 池” 當(dāng)作不 用維 護(hù)就錯 了 ，“ 免維 護(hù)電 池” 只 是制造 商 的廣告 用 語。閥控 式 密封 鉛酸蓄 電池在使 用中應(yīng)注 意觀 察 電池的 溫 度情況 ，隨時 注 意觀察浮 充 電壓，若 充電設(shè) 備 沒有補(bǔ) 償 溫度的功能，就應(yīng)按溫度每上升1 C ,每單體電池浮充電壓下降3 mV 進(jìn)行修正。由 于觀察

17、不 到閥控 式 密封鉛酸 蓄 電池 內(nèi)部的 情況，因 此 在使用中應(yīng) 定 期對其 進(jìn) 行放電 試 驗(yàn)，以 檢測蓄電 池 容量，避 免因其 容 量下降 而 起 不到備 用 電源的 作用。需要注意 的是 蓄電 池 在放電時 不 要過放 電 放電后必須在12 h內(nèi)補(bǔ)充電，否則將造成蓄電池的永久損壞。注意選 用 閥控式 密 封鉛 酸蓄電 池的 容量與 電 池的類 型 ，同 樣兩組 100 Ah 220 V日本湯淺電池，實(shí)際情況是：一組100 Ah,36節(jié)電池，10小時 率 100 Ah，1小時率 時 60 Ah，15年 壽命 ；另一 組 100 Ah，18節(jié)電 池 ，20小 時率 100 Ah，1小 時 率時 56 Ah，3年壽 命?？?見在容 量上 有 差別 ，在壽命上亦有差別，在價格上的差別竟是45倍。