關(guān)于電池的使用與維護

1、 2007 Eaton Corporation. All rights reserved.UPS蓄電池的使用與維護蓄電池的使用與維護整流器整流器逆變器逆變器蓄電池蓄電池電能電能化學(xué)能化學(xué)能電能電能蓄電池作用蓄電池作用n蓄電池是直流儲能裝置，屬于二次電池n充電器對蓄電池充電，電池將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來n市電中斷時，蓄電池放電，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓M行放電n蓄電池相當(dāng)于一個超大容量的電容器，在儲能同時還可以起到直流平滑濾波作用。蓄電池分類蓄電池分類蓄電池分類蓄電池分類按電解液種類按電解液種類按電池槽結(jié)構(gòu)按電池槽結(jié)構(gòu)酸性電池酸性電池按使用環(huán)境按使用環(huán)境堿性電池堿性電池固定式固定式移動式移動式按電解

2、液多少按電解液多少貧液式貧液式富液式富液式半密封式半密封式密封式密封式UPS用蓄電池用蓄電池n商業(yè)級UPS通常用貧液式閥控密閉鉛酸蓄電池（貧液式閥控密閉鉛酸蓄電池（VRLA）n工業(yè)級UPS通常用堿性蓄電池堿性蓄電池n本文重點介紹VRLA電池，即我們常說的免維護電池電池，即我們常說的免維護電池nUPS對于蓄電池要求：長時間放電大電流放電所需維護少無酸性和易爆氫氣析出VRLA電池的定義電池的定義n根據(jù)GB2900.11-28國家標(biāo)準(zhǔn)對于蓄電池的定義，VRLA電池具有免維護功能，是指在使用期間無需加水。n所謂免維護僅指無需加水，但在實際工作中仍需維護。n根據(jù)放電倍率將VRLA電池分為：中倍率電池（1

3、小時10小時放電）高倍率電池（1分鐘1小時放電）世界著名的蓄電池品牌世界著名的蓄電池品牌n美國GNB/陽光電池n臺灣CSB電池n美國C&D電池集團n日本Panasonic（松下）電池n日本Yusas（湯淺）電池n意大利FIAMM非凡電池n日本GS（統(tǒng)一）電池n德國SAFT電池n德國Hoppeck電池n美國Power電池n法國Warat電池n英國Enersys電池n浙江南都電池n華達電池n哈爾濱光宇電池n江蘇雙登電池n山東華日電池n深圳理士電池n廣東新能電池n東洋電池蓄電池技術(shù)的發(fā)展蓄電池技術(shù)的發(fā)展n1859年，英國人普蘭特發(fā)明了鉛酸蓄電池n1957年，英國Chloride公司發(fā)明了再化

4、合式免維護汽車用蓄電池n德國陽光公司發(fā)明了膠體電池n日本GS公司發(fā)明了陰極吸收式技術(shù)制作出小型蓄電池n美國蓋茨公司將玻璃纖維隔板用于密閉鉛酸蓄電池VRLA電池的特點電池的特點n整個使用壽命期內(nèi)無需添加水，具有“免維護”功能n不漏液、無酸霧、不腐蝕設(shè)備，無氫氣析出n自放電小，25下每月自放電率小于3n使用壽命長，可達510年n結(jié)構(gòu)緊湊，抗震動，比容量高n無記憶效應(yīng)VRLA蓄電池結(jié)構(gòu)蓄電池結(jié)構(gòu)VRLA電池組成包括：電池組成包括：n板柵n活性物質(zhì)n隔板n安全閥n殼體板柵板柵n包括正負極板和端子n起傳導(dǎo)和匯集電流的作用n是極板活性物質(zhì)的支撐載體n板柵的筋條成放射性為佳，矮型優(yōu)于高型n板柵材料通常采用鉛

5、鈣合金，其優(yōu)點有：降低板柵的腐蝕不易析出氫氣導(dǎo)電性能好減小自放電率負極為涂膏式極板正極為管式極板活性物質(zhì)活性物質(zhì)n正極活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO2）n負極活性物質(zhì)為鉛(Pb)n電解液為純硫酸與純水按照一定比例配置而成n正負極活性物質(zhì)都是由鉛粉與添加劑混合，加入稀硫酸調(diào)配成鉛膏，再敷涂到板柵上，之后經(jīng)過固化、干燥而成。n正極反應(yīng)式：n負極反應(yīng)式：放電充電PbSO4PbO2放電充電PbSO4Pb隔膜隔膜n隔膜材料采用超細玻璃纖維（AGM）n用于隔離正負極板，防止正負極短路n隔膜中有眾多大孔和小孔，小孔儲存了70的電解液，大孔提供氧氣自正極擴散到負極的通道電池殼體電池殼體材料種類材料種類優(yōu)點優(yōu)點缺點

6、缺點PP聚丙烯及其聚合物耐溫最高，不吸水、不受空氣潮濕影響氧氣保持性能差，硬度小PVC聚氫乙烯燒結(jié)物絕緣性能好，硬度比PP材料高，吸水性小，保氧保水性能較好硬度較差，熱變形溫度較低ABS丙烯晴丁乙烯苯乙烯聚合物硬度大，熱變形溫度高，電阻系數(shù)大氧氣和水汽滲漏較大安全閥安全閥n當(dāng)電池中氣體壓力過大時，安全閥打開，及時排除氣體n氣體排除后，安全閥自動關(guān)閉，防止外部氣體進入電池內(nèi)n安全閥具有單向節(jié)流性VRLA電池容量電池容量n電池的額定電壓有2V、6V、12V規(guī)格n電池的容量單位是AH，安時n以不同的電流進行放電，則同一只電池所能提供的容量也是不同的。n為標(biāo)定電池的容量，我國規(guī)定以10小時放電倍率來對

7、電池進行放電測量，測量電池所能放出的最低限度的電量，單位是Ah（安時）。n國外電池通常采用20小時放電倍率對電池容量進行標(biāo)稱。 通常我們稱一只電池容量為1C，以我國定義的12V/100安時電池為例，則n10小時放電倍率是指放電電流為：0.1C， 即10安培n100安時電池是指以10安培放電持續(xù)時間應(yīng)至少為10小時。n放電電流越大，電池所能放出的容量越小。n同樣是標(biāo)稱容量為100AH的電池，以10小時倍率標(biāo)稱的電池要比20小時容量大。蓄電池額定容量蓄電池額定容量n當(dāng)放電條件變化時，蓄電池所能提供的容量不同。n蓄電池的標(biāo)稱額定容量是按照以下條件規(guī)定的：環(huán)境溫度20放電中止電壓單體1.8V（對于2V

8、單體）放電中止電壓10.5V （對于12V電池）采用10小時放電倍率放電n當(dāng)環(huán)境溫度高于20時，電池實際容量 = C10 x 1 + 0.006 x ( T- 20 ) VRLA電池容量電池容量電池放電率電池放電率放電電流放電電流電池可提供容量電池可提供容量20小時放電率0.05C110的C10容量10小時放電率0.1C100的C10容量5小時放電率0.2C85的C10容量3 小時放電率0.4C75的C10容量1 小時放電率0.6C50的C10容量30分鐘放電率0.92C20分鐘放電率1C10分鐘放電率2C膠體電池膠體電池n硅膠液時將工業(yè)水玻璃用純水稀釋、凈化處理、加熱濃縮而成。n膠體電池電解

9、液是用純硅膠溶液和一定濃度的純硫酸，按照比例配置而成。n膠體電解液靜止不動時狀態(tài)如固體，一經(jīng)觸動膠體形如液體膠體電池廣泛用于啟動型電池。膠體電池優(yōu)點膠體電池優(yōu)點適應(yīng)高頻率、深度放電要求；深度放電后可以100得到回充；采用厚極板，減少了板柵的腐蝕，提高電池循環(huán)使用壽命；長時間放電具有優(yōu)異性能；自放電小膠體電池缺點短時間放電能力弱充電電壓充電電壓nVRLA電池具有三種充電狀態(tài)u浮充：UPS電池在99時間內(nèi)處于浮充狀態(tài)u充電：電池放電完畢后需進行的補充充電u均充：當(dāng)電池壓差嚴(yán)重不一致時對電池進行均衡充電n充電狀態(tài)是由UPS充電器設(shè)定并控制的，充電參數(shù)應(yīng)在UPS開機時設(shè)定好。浮充浮充n即使市電不停電，

10、UPS電池自身也會存在緩慢的自放電，自放電率通常為每天0.2%n當(dāng)電池已經(jīng)充滿電后，為滿足電池的自放電損耗，同時為使電池始終處于滿電位備用狀態(tài)，而進行的涓流充電，充電電流極小。對于2V電池，浮充電壓通常為2.252.27V對于12V電池，浮充電壓通常為13.613.8V具體電壓值應(yīng)根據(jù)電池廠商技術(shù)要求充電電壓必須應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度變化自動補償電池浮充電壓溫度補償電池浮充電壓溫度補償nUPS內(nèi)部配有電池溫度傳感器，可根據(jù)環(huán)境溫度自動調(diào)整浮充電壓，進行充電電壓補償n環(huán)境溫度越高，充電電壓應(yīng)越低n以20C為基準(zhǔn)，充電電壓補償系數(shù)為：VRLA電池：2.27V -0.03V/C膠體電池： 2.23V -0.

11、04V/C2.222.242.262.282.302.322.34010203040環(huán)境溫度：環(huán)境溫度： C 單體充電電壓單體充電電壓蓄電池的充電蓄電池的充電n指新電池或電池放電后，充電器對電池進行的補充充電。n電池是沒有智能的，對任何大小的充電電流都“來者不拒來者不拒”n過大的充電電流會造成電池極板活性物質(zhì)脫落，電池內(nèi)電解產(chǎn)生的氣體來不及復(fù)合成水，氣體壓力巨升，造成安全閥開啟，電池失水，壽命縮短。n電池內(nèi)部氣體壓力過大造成外殼鼓脹變形。n充電電壓必須嚴(yán)格按照廠家要求設(shè)定。必須對必須對UPS充電器作出精確設(shè)定，采用恒壓限流充電充電器作出精確設(shè)定，采用恒壓限流充電電壓電壓電流電流時間時間0,1C

12、2.27V蓄電池的充電蓄電池的充電（恒壓限流充電）（恒壓限流充電）n對于2V單體電池，充電電壓應(yīng)為2.232.27Vn對于12V電池，充電電壓應(yīng)為13.413.6Vn充電電流最佳為0.1C，最大不超過0.2C均充均充nUPS所用電池組是由眾多電池串連而成，由于各單體性能不一致，造成電池間充電電壓差距日趨拉大。n當(dāng)電池間壓差超過50mV時，用浮充方式已無法解決均衡問題，需提高充電電壓至單體2.3V以上，進行均充。n均充時間不能過長，UPS應(yīng)進行嚴(yán)格的充電電流限制。電池放電深度電池放電深度n電池的安全的放電深度是指：電池在到達規(guī)定的安全中止電壓時，UPS逆變器必須關(guān)機，以避免深度放電。n例如：如果

13、電池放電時間達到2小時，則電池安全中止電壓即為1.75V，如果UPS逆變器在電池到達1.75V時仍不關(guān)閉，而使電池繼續(xù)放電達到1.7V，即為深度放電。n深度放電將對電池造成不可逆轉(zhuǎn)的永久性損壞。n放電深度越深，電池循環(huán)使用次數(shù)越少。n小型UPS通常設(shè)置電池中止電壓固定為1.75V。n大型UPS通常具有電池中止電壓自動補償功能。電池放電終止電壓電池放電終止電壓nUPS逆變器在此中止電壓到達時應(yīng)關(guān)閉123456789101.65放電時間2V單體終止電壓1.701.751.80電池使用壽命電池使用壽命n電池使用壽命分為：循環(huán)使用壽命和浮充使用壽命，無論哪個先到達即為電池壽命壽命終結(jié)。n當(dāng)電池剩余容量

14、只剩標(biāo)稱容量的80，即表示“電池壽命已到”，可報廢。n影響電池使用壽命的主要因素n電池結(jié)構(gòu)：極板越厚，壽命越長，2V電池壽命長于12V電池環(huán)境溫度充電技術(shù)放電深度405060708090100123456年年壽限到壽限到循環(huán)使用壽命循環(huán)使用壽命n指電池的循環(huán)可充放電次數(shù)n放電深度越深，電池可循環(huán)使用次數(shù)越少。n當(dāng)放電深度 30時， 可循環(huán)充放電1200次左右n當(dāng)放電深度 50時， 可循環(huán)充放電 500次左右n當(dāng)放電深度100時，可循環(huán)充放電 200次左右電池浮充使用壽命電池浮充使用壽命n以20為基準(zhǔn)，環(huán)境溫度每升高10 ，電池壽命縮短一半n溫度高時，電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)加速，電池放電性能提高，但

15、這是在“透支體能”n溫度低時，電池壽命延長，但可提供放電量減少。n電池適于低溫儲存。n電池最佳工作環(huán)境溫度為2025n電池充電電壓盡可能平穩(wěn)，紋波電流小充電紋波電壓充電紋波電壓n電池充電器輸出充電電壓應(yīng)可能平滑，通過直流電解濾波電容濾除直流電壓中的紋波。n紋波電壓應(yīng)小于5的直流電壓。n注入電池的紋波電流應(yīng)小于0.05C10蓄電池散熱和空調(diào)配置蓄電池散熱和空調(diào)配置n蓄電池室內(nèi)應(yīng)配置制冷空調(diào)，維持室內(nèi)溫度在20n蓄電池的散熱主要源于電池的內(nèi)阻功耗。舉例：90-NET UPS配備2組33只大力神MPS12V/100AH電池，每只電池內(nèi)阻為0.0035歐姆，則整組電池的電阻R為0.23歐姆；充電限流I

16、為0.1C即20安培；則整組電池最大散熱為I2R=2020.2392（瓦）空調(diào)的制冷量應(yīng)滿足至少為92瓦新電池安裝使用注意新電池安裝使用注意n電池應(yīng)垂直安放在電池柜或電池架上，不可倒置或傾斜n電池安裝間距應(yīng)至少10毫米，以保證良好散熱n電池柜/架應(yīng)作可靠接地，并做防震固定n電池端子應(yīng)按照極性可靠連接，并圖上凡士林防銹劑n電池連接電纜應(yīng)盡可能短，且長度一致n新電池應(yīng)根據(jù)電池廠商技術(shù)要求設(shè)定UPS充電電壓，UPS的充電限流設(shè)為0.1Cn電池在經(jīng)過一兩次充放電循環(huán)后，方可達到最佳性能電池選擇注意事項電池選擇注意事項n電池種類5年壽命電池10年壽命電池n電池后備時間(分鐘)n逆變器所帶負載KVA、KW

17、和負載功率因數(shù)nUPS逆變器DC-AC逆變效率n電池放電終止電壓：通常為1.65V/單體nUPS每組電池串連的單體電池節(jié)數(shù)例如80KVA UPS每組電池單體數(shù)為198(33節(jié)12V電池)電池恒功率放電表電池恒功率放電表舉例：舉例： Dynasty MPS12-50 12V/50安時電池安時電池舉例：舉例： Dynasty MPS12-50 12V/50安時電池安時電池注意注意n對UPS而言，恒功率放電參數(shù)表更為重要n有些品牌電池提供的是2V電池單體恒功率放電表n有些電池廠家提供的是12V電池的恒功率放電表n對于未提供恒功率放電表的電池，可參考同容量其他品牌電池的放電表舉例舉例n60KVA UP

18、S要求滿載延時15分鐘n要求采用5年壽命電池n查詢技術(shù)參數(shù)表可知：UPS負載60KVA/48KW每組單體電池節(jié)數(shù)：198節(jié)DC/AC逆變效率為94電池放電終止電壓1.67V/單體環(huán)境溫度25攝氏度計算計算n查找單體電池恒功率放電瓦數(shù)n瓦/單體VA*輸出功率因數(shù)/逆變效率*電池單體節(jié)數(shù)n瓦/單體60000*0.8/0.94*198 258瓦/單體n所選電池必須能在25C室溫下，恒功率放電至1.67伏終止時，單體放電功率至少為258瓦，否則需要多組電池并聯(lián)或采用更大容量的電池。n參考電池放電功率表電池放電曲線電池放電曲線12V/50安時12V/75安時12V/88安時12V/100安時電池選擇電池

19、選擇n根據(jù)大力神大力神電池放電功率表查詢，我們發(fā)現(xiàn)n若采用1組12V/88安時電池放電功率290W，比用戶要求的放電功率大，后備時間將長于15分鐘n若采用1組12V/75安時電池放電功率252W，略少于要求的放電功率，后備時間略短于15分鐘如果配如果配1組組12V/88安時電池安時電池 實際滿載放電時間為：實際滿載放電時間為：18分鐘分鐘電池計算經(jīng)驗公式電池計算經(jīng)驗公式n1KVA UPS滿載延時1小時，需配總?cè)萘?00安時的電池n舉例：60KVA UPS延時2小時，需配電池總?cè)萘?0*100*2=12000安時對于CHLORIDE 90-Net系列100KVA UPS，電池1組為33節(jié)1200

20、0/33=263安時即該配置需3組12V/90安時的電池2*4*400KVA UPS電池電池電池自動充放電管理電池自動充放電管理n如果電池始終處于浮充狀態(tài)，會導(dǎo)致電池活性能力下降n建議采用間歇式充電模式，當(dāng)電池充滿后，停止充電，讓其緩慢自放電，當(dāng)電池端電壓降至設(shè)定限值時重新充電。n電池從充電母線上脫開，充電紋波電流為零，有利于延長電池使用壽命充電期 浮充電池自放電10h 10h120h2.27V2.1V蓄電池組的并聯(lián)與蓄電池組的并聯(lián)與2V電池電池n由于生產(chǎn)工藝的原因，電池性能必然存在差異n建議電池并聯(lián)組數(shù)不宜超過4組n如果所需電池容量確實太大，建議采用2V電池n基于供電可靠性原因，應(yīng)優(yōu)先采用2組電池并聯(lián)方式n兩組電池互為備份，分別配有開關(guān)，便于檢修和更換n新舊電池組不可并