閥控式密封鉛酸蓄電池的性能特點及其維護(hù)

1、閥控式密封鉛酸蓄電池的性能特點及其維護(hù)閥控式密封鉛酸(VRLA)蓄電池以其體積小、重量輕、密封好、無泄露、無污染、放電性能好、維護(hù)量小等特點,已取代了消氫和防酸隔爆鉛酸蓄電池。VRLA蓄電池俗稱“免維護(hù)電池”,但并不是不需要維護(hù),只是在運行中不需要添加蒸餾水和補(bǔ)酸。若不根據(jù)其工作特點進(jìn)行科學(xué)有效的維護(hù),很容易造成蓄電池壽命大幅度縮短,甚至導(dǎo)致通信故障。1 閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)和特點1.1 VRLA蓄電池的結(jié)構(gòu)VRLA蓄電池的基本結(jié)構(gòu)是由正負(fù)極板、超細(xì)玻璃纖維隔板、電解液、安全閥、導(dǎo)電端子以及殼蓋、殼體組成。正負(fù)極板是電化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域,在板柵上敷涂鉛膏經(jīng)過固化、化成等工藝處理后形成。正極板

2、有效成分為二氧化鉛,負(fù)極板有效成分為海綿狀鉛。隔板為孔率在93%以上超細(xì)玻璃纖維組成。安全閥是一種排氣裝置,釋放多余的氣體保持電池的氣密性和液密性,并保持電池內(nèi)部壓力在最佳的安全范圍內(nèi)。電池端子與負(fù)載連接起到傳導(dǎo)電流的作用,電池槽和外殼是由阻燃材料ABS或PP等樹脂材料組成。1.2 VRLA蓄電池的特點VRLA蓄電池在充電過程中,負(fù)極反應(yīng)近似為還原反應(yīng),所以負(fù)極也稱為陰極。VRLA蓄電池電池負(fù)極活性物質(zhì)相對于正極有盈余,超細(xì)隔板透氣性好,能吸附全部電解液,使電解液在蓄電池內(nèi)部無流動性,同時又有自動開、閉的安全閥,保證了正極產(chǎn)生的氧氣,在蓄電池內(nèi)部循環(huán)的方式被陰極吸收,即稱為陰極吸附式原理。由于

3、VRLA蓄電池具有獨特的內(nèi)部設(shè)計結(jié)構(gòu),保證了電池內(nèi)部氧氣循環(huán)復(fù)合的有效建立,在傳統(tǒng)消氫和防酸隔爆鉛酸蓄電池的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),已成為一種新型的換代產(chǎn)品,并廣泛地應(yīng)用于通信行業(yè)。它與消氫和防酸隔爆式蓄電池相比,具有以下幾個特點:電池在密封貧液狀態(tài)下運行;不需要補(bǔ)酸和添加蒸餾水,無需測量電解液比重,電池內(nèi)部使用了不流動電解液;有效防止了電解液分層,自放電率小,在標(biāo)準(zhǔn)溫度下每月自放電小于3%,可以立放和臥放兩個方向放置;能與通信設(shè)備同室安裝,采用陶瓷過濾器基本無酸霧逸出;不漏液、不腐蝕設(shè)備,對環(huán)境污染小,但運行時對環(huán)境溫度和浮充電壓要求較高,沒有記憶效應(yīng);比能量較高,具有大電流放電能力。2 閥控式密

4、封鉛酸蓄電池的充、放電性能VRLA蓄電池充電時,可分為浮充式、恒壓限流或遞增電壓式三種,在電池放電時間短或補(bǔ)償電池內(nèi)部自放電而產(chǎn)生的容量損失時,采用浮充方式充電。當(dāng)電池放電時間較長,蓄電池容量損失較大或同組電池中各單體電池端電壓差大于100mV時,應(yīng)采用恒壓限流或遞增電壓式充電。遞增電壓式也就是充電電壓值小于或等于均充電壓值。但是,若環(huán)境溫度過高,造成蓄電池內(nèi)阻的變化,則浮充電壓提高,導(dǎo)致充電電流增大,造成蓄電池失水過快,蓄電池容量下降,使蓄電池壽命的縮短,所以浮充電壓必須隨溫度的變化進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償,標(biāo)準(zhǔn)溫度為25,一般溫度每增加或減少1,則浮充電壓應(yīng)減少或增加13mV。對于樞紐樓環(huán)境溫度較好,

5、電池溫度補(bǔ)償電壓應(yīng)設(shè)定每度補(bǔ)償1mV為佳。VRLA蓄電池放電時,可分為放電時間率和放電電流率,放電時間率是在一定的放電條件下,放電到終止的時間長短,放電時間率有20、10、5、3、1、0.5小時率。而放電電流率,是比較標(biāo)稱容量不同的蓄電池放電電流大小而定的,通常以10小時電流放電率為標(biāo)準(zhǔn),即蓄電池在標(biāo)準(zhǔn)溫度25時,按10小時電流放電到電池端電壓為1.8V/只,電池所能達(dá)到的容量為電池的額定容量。3 影響閥控式密封鉛酸蓄電池的重要因素3.1 溫度對VRLA蓄電池的影響VRLA蓄電池在浮充狀態(tài)下,電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體通過氧復(fù)合反應(yīng)被負(fù)極板吸收變成水回到電池內(nèi)部,不會使電解液枯竭引起容量降低。但環(huán)境溫

6、度偏離標(biāo)準(zhǔn)溫度而升高時,將使電池水分子過度損失,提高了電解液濃度,加速了合金腐蝕速度,若長期處于這一環(huán)境中,蓄電池正、負(fù)極板板柵慢慢穿孔損壞,易使活性物質(zhì)附著能力減弱而脫落。所以,環(huán)境溫度的升高,雖使容量有所增加,但高溫又會使蓄電池正、負(fù)極板腐蝕劇增,嚴(yán)重地影響電極反應(yīng)速度,同時環(huán)境溫度過高時,蓄電池內(nèi)部氣體產(chǎn)生的壓力增加。當(dāng)蓄電池內(nèi)部壓力到1035kPa時,蓄電池安全閥打開,內(nèi)部水分子損失,降低了電池的額定容量,影響蓄電池的使用壽命。所以要求電池室應(yīng)在2025,若溫度大于標(biāo)準(zhǔn)溫度10,則電池壽命將降低一半。3.2 浮充電壓對VRLA蓄電池的影響由于環(huán)境溫度變化,將引起參加反應(yīng)的離子數(shù)、PbS

7、O4溶解度、溶解速率等的變化,同時將引起電池內(nèi)阻的變化,從而導(dǎo)致浮充電壓隨之變化。VRLA蓄電池浮充電壓過高,會使正極的析出量增加,氣體再化合效率低,蓄電池內(nèi)部壓力升高,在形成氣泡的過程中,氣壓強(qiáng)力沖擊正極板柵,使正極板柵腐蝕,活性物質(zhì)與板柵結(jié)合力變差,甚至脫落。這樣,影響正極活性物質(zhì)的使用壽命,使電池的容量下降,而且使氣閥開啟次數(shù)增加,蓄電池內(nèi)部水分喪失,導(dǎo)致蓄電池容量下降。同時由于VRLA蓄電池結(jié)構(gòu)上的密封性,又無游離電液,導(dǎo)致其散熱條件比普通電池的散熱條件要差。因而VRLA蓄電池對環(huán)境溫度變化引起的電池過充電更為嚴(yán)重。若VRLA蓄電池浮充電壓過低,會使蓄電池經(jīng)常處于欠充電狀態(tài),負(fù)極就會逐

8、漸形成一種堅硬的硫酸鉛枝體結(jié)晶,該晶體幾乎不溶解,用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為有效的活性物質(zhì),進(jìn)而大大減少了蓄電池的實際容量,使蓄電池在放電時放不到額定容量。一旦市電停電,柴油發(fā)電機(jī)組未及時起動,通信設(shè)備供電將中斷,后果不堪設(shè)想。3.3 浮充電流對VRLA蓄電池的影響由于VRLA蓄電池在浮充工作時,其負(fù)極電位近似為開路平衡電極電位,浮充電流值僅與正極電位和環(huán)境溫度有關(guān),所以在同一浮充電壓下,浮充電流會隨溫度的升高而增大,雖然各蓄電池廠家浮充電壓與浮充電流和環(huán)境溫度的特性略有不同,但是浮充電流是隨浮充電壓的增大而增加的,浮充電流隨環(huán)境的溫度升高而增加。這種現(xiàn)象可以從開關(guān)電源監(jiān)控模塊電池充電電流顯

9、示出來,它與用數(shù)字鉗型電流表測試的數(shù)據(jù)一樣。4 閥控式密封鉛酸蓄電池安裝時應(yīng)該注意的事項雖然VRLA蓄電池出廠時,極板都進(jìn)行了充、放電活化。但如果蓄電池的安裝日期距出廠日期時間較長,經(jīng)過長期的自放電,容量必然大量損失,靠單純的浮充難以恢復(fù)其初始容量。并且,由于單體蓄電池自放電大小的差異,致使各蓄電池的端電壓出現(xiàn)不均衡,個別電池會進(jìn)一步擴(kuò)展成落后電池甚至出現(xiàn)反極現(xiàn)象,所以VRLA蓄電池擱置三個月不用必須進(jìn)行補(bǔ)充電。新蓄電池安裝前測量開路電壓,開路電壓差值不大于20mV,并做好蓄電池測試紀(jì)錄。此后應(yīng)對其進(jìn)行補(bǔ)充充電,補(bǔ)充電電壓為2.35V充電24h、2.40V充電12h,充電后期充電電流小于蓄電池

10、10h放電率的千分之三,測量單體蓄電池電壓并紀(jì)錄,此時蓄電池補(bǔ)充充電完成,斷開蓄電池與充電設(shè)備的所有連接線,靜置24h后。根據(jù)環(huán)境溫度不同,計算出蓄電池實際應(yīng)該放電容量為多少,計算公式C25=Ct/1+k(t-25),其中k是溫度系數(shù),10小時率容量試驗時k=0.006/,計算出實際溫度下的電池容量后,用假負(fù)載對蓄電池按10小時率進(jìn)行容量試驗,試驗時每小時對蓄電池的總電壓、放電電流、單體蓄電池電壓進(jìn)行記錄,蓄電池放電后期每10min檢測單體蓄電池電壓低的電池,若某只蓄電池端電壓低到1.8V,應(yīng)馬上停止放電,計算出實際蓄電池放出的容量和蓄電池容量與溫度關(guān)系曲線是否一致,若基本一致,證明蓄電池放電

11、試驗合格,對蓄電池進(jìn)行充電。若在到放電終止時,電池組放出的容量根據(jù)環(huán)境溫度經(jīng)核算沒有達(dá)到所規(guī)定的額定容量,電池組的出廠容量可能存在問題,應(yīng)及時聯(lián)系相關(guān)廠家前來處理。對蓄電池進(jìn)行充電時,開關(guān)電源浮充電壓、均充電壓、均充轉(zhuǎn)浮充電壓、充電限流及電池溫度補(bǔ)償電壓等的設(shè)置正確后。對蓄電池按10小時電流率的模式進(jìn)行穩(wěn)壓限流充電,限流值取0.1C10,充電時每兩小時進(jìn)行電池總電壓、總充電電流和單體電池電壓,進(jìn)行測量并記錄,充入的電量應(yīng)大于放出電量的1.11.2倍,待蓄電池充電電流小于電池0.01C 10A或充電電流三小時不變時,證明蓄電池電量已經(jīng)充滿,此時電池組可以進(jìn)入供電系統(tǒng)運行。5 閥控式密封鉛酸蓄電池

12、工作的環(huán)境及其溫度補(bǔ)償如上所述,溫度和浮充電壓的變化將給VRLA蓄電池帶來嚴(yán)重危害,造成蓄電池過量腐蝕、極板過度腐蝕或水分過量流失,從而使壽命銳減或容量陡降。為解決這一關(guān)鍵性問題,VRLA蓄電池的溫度補(bǔ)償問題必須密切關(guān)注。蓄電池必須與具有溫度補(bǔ)償功能的智能型開關(guān)電源配套使用。其實目前大多數(shù)智能型開關(guān)電源都有溫度補(bǔ)償功能,但由于未引起重視而使該功能長期處于取消狀態(tài),造成不必要的損失。VRLA蓄電池應(yīng)工作在適宜的環(huán)境溫度下,環(huán)境溫度對VRLA蓄電池的放電容量、壽命、自放電、內(nèi)阻等方面都有較大影響。開關(guān)電源都有電池溫度補(bǔ)償功能,每度每只蓄電池補(bǔ)償13mV。對于樞紐樓由于冬季和夏季環(huán)境溫度在2025之

13、間,蓄電池的溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為1mV為佳;而對于環(huán)境差的模塊蓄電池的溫度補(bǔ)償應(yīng)該設(shè)定為3mV;對于大型UPS蓄電池組,由于UPS的穩(wěn)壓精度為±1%,電壓波動大,最好不加溫度補(bǔ)償功能為好?？傊?VRLA蓄電池的最佳工作環(huán)境溫度為2025。開關(guān)電源監(jiān)控模塊接入蓄電池的溫度傳感器應(yīng)盡可能放置在最接近每組電池溫度最高點的地方,建議將其放置在每組蓄電池的中間位置的電池上。當(dāng)啟動電池溫度補(bǔ)償功能之后,浮充電壓和均衡電壓都按照以下方式進(jìn)行補(bǔ)償:Utc=Un-TC×N(T-20)其中Utc-經(jīng)溫度補(bǔ)償后的浮充或均充電壓;Un-未經(jīng)補(bǔ)償?shù)碾妷?即開關(guān)電源設(shè)置的浮充或均充電壓;TC-在監(jiān)控模塊

14、前面板上設(shè)置的補(bǔ)償系數(shù),單位:mV/;N-每組電池的只數(shù),對于48V系統(tǒng)為24節(jié),24V系統(tǒng)為12節(jié);T-溫度傳感器指示的溫度(單位:)。溫度補(bǔ)償功能的溫度有效范圍是:1035。監(jiān)控模塊的面板上有“設(shè)定系數(shù)”按鍵,按設(shè)定系數(shù)按鍵后,監(jiān)控模塊上的字母數(shù)字顯示器將顯示當(dāng)前的補(bǔ)償系數(shù),該值可以通過“增加”、“減小”和“確認(rèn)”鍵進(jìn)行修改,電池溫度補(bǔ)償系數(shù)的范圍在0.15mV/。當(dāng)監(jiān)控模塊檢測到蓄電池的溫度與設(shè)定的溫度相比有差異時,監(jiān)控模塊能夠根據(jù)上述方程式設(shè)定的反比例關(guān)系對輸出電壓進(jìn)行調(diào)整,浮充電壓會自動跟隨電池溫度變化而進(jìn)行補(bǔ)償。所以,由于VRLA蓄電池獨有的特性,應(yīng)采取相應(yīng)的維護(hù)管理措施,而解決電

15、池溫度補(bǔ)償問題,是根據(jù)環(huán)境溫度對蓄電池電壓補(bǔ)償最簡單有效的方法,也是提高蓄電池使用年限,保障供電安全的最佳選擇。6 閥控式密封鉛酸蓄電池的核對性放電試驗和容量放電試驗6.1 VRLA蓄電池的核對性放電試驗VRLA蓄電池端電壓的測量不能只在浮充狀態(tài),還應(yīng)在放電狀態(tài)下進(jìn)行。端電壓是反映這種電池工作狀況好壞的一個重要參數(shù)。浮充狀態(tài)下進(jìn)行電池端電壓測量,由于外加電壓的存在,測量出的電池端電壓易造成假象。即使有些電池反極或斷路也能測量出正常數(shù)值,實際上是外加電壓在該蓄電池兩端造成的電壓差。當(dāng)市電停電時,蓄電池若有問題則放電時間很短,造成通信阻斷故障。所以每年定期對電池進(jìn)行一次帶載核對性放電試驗,根據(jù)環(huán)境

16、溫度計算出蓄電池的實際容量,放出蓄電池實際容量的30%40%,并利用電池監(jiān)控系統(tǒng)對蓄電池組進(jìn)行檢測打印存檔,同時檢查蓄電池連接條接觸情況,對蓄電池連接條有松動的進(jìn)行緊固,確保蓄電池安全穩(wěn)定地運行。6.2 VRLA蓄電池的容量放電試驗?zāi)壳案魍ㄐ烹娫垂╇娤到y(tǒng),開關(guān)電源與蓄電池為并聯(lián)浮充供電,蓄電池組無法脫離供電系統(tǒng),無法單組做蓄電池容量試驗。根據(jù)維護(hù)規(guī)程每三年對蓄電池組進(jìn)行容量試驗，VRLA蓄電池使用6年后每年進(jìn)行容量試驗一次，放出容量的80%，在這種情況下蓄電池組只能帶實際負(fù)載進(jìn)行容量試驗。為了確保蓄電池組在帶實際負(fù)載放電情況下，直流供電系統(tǒng)安全可靠的供電。首先對柴油發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查，確保柴油發(fā)

17、電機(jī)組供電正常，然后針對各直流供電系統(tǒng)的負(fù)載情況，確定電池組的放電倍率，符合3小時率、5小時率或10小時率放電，3小時率放電電流為0.25C3、5小時率放電電流為0.168C5、10小時率放電電流為0.10C10，最好按10小時率進(jìn)行蓄電池放電容量試驗。維護(hù)規(guī)程規(guī)定-48V直流供電電壓為-40-57V,供電系統(tǒng)全程壓降不大于3V。所以蓄電池在線容量試驗時,根據(jù)環(huán)境溫度估算出蓄電池組的放電時間與蓄電池容量,例如蓄電池10小時率放電最低電壓為1.8V,那么24×1.8=43.2V,加上-48V供電系統(tǒng)的全程壓降不大于3V,所以蓄電池組在線容量試驗時,蓄電池組放電最低電壓不能小于45V。此

18、時必須調(diào)低開關(guān)電源監(jiān)控模塊輸出電壓為45V做后備電源,還要人工控制開關(guān)模塊的輸出電壓為45.6V的方法,同時調(diào)整智能負(fù)載柜的放電終止電壓45V和放電時間,進(jìn)行多重保護(hù),并利用蓄電池監(jiān)控設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)打印存檔,同時維護(hù)人員在現(xiàn)場監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,確保蓄電池組在線容量試驗時,直流供電系統(tǒng)供電安全、穩(wěn)定、可靠。7 閥控式密封鉛酸蓄電池浮充電壓和充電限流的設(shè)定VRLA蓄電池目前多采用在線浮充方式運行,在線蓄電池的浮充電壓必須保持恒定電壓,在該恒定電壓工作下,充放電量應(yīng)該足以補(bǔ)償蓄電池由于本身自放電而損失的電量及氧循環(huán)的需要,保證短時間內(nèi)使放電的蓄電池充足所需電量,使蓄電池在浮充情況下長期處于充足電

19、狀態(tài),該浮充電壓的設(shè)定值即滿足用電設(shè)備的供電電壓的要求,又滿足蓄電池浮充電壓需要,也使蓄電池因過充電所造成的損壞程度最低,所以必須設(shè)定好開關(guān)電源的充電限流數(shù)值和開關(guān)電源模塊個數(shù),以達(dá)到雙重浮充限流安全系數(shù),以確保蓄電池運行在最佳狀態(tài)下,延長蓄電池使用年限,節(jié)約維護(hù)投資成本。具體操作方法:樞紐樓電源機(jī)房蓄電池的浮充限流設(shè)置,樞紐樓為有人值守機(jī)房,兩路市電引入,一臺柴油發(fā)電機(jī)組為備有電源,事故停電極少。直流供電系統(tǒng)負(fù)載電流為400A,VRLA蓄電池2000Ah兩組,開關(guān)整流模塊100A的14塊,環(huán)境溫度保持在2325之間。由于市電停電后,可以在15min內(nèi)起動油機(jī)發(fā)電,為了使開關(guān)電源工作在最佳效率狀態(tài),同時為了節(jié)約電能,對開關(guān)電源監(jiān)控模塊充電限流設(shè)置為0.05C10,即每組蓄電池充電電流為100A,開關(guān)整流模塊開啟8塊,使每塊工作在額定功率50%以上。8 閥控式密封鉛酸蓄電池的維護(hù)8.1 VRLA蓄電池的運行環(huán)境要求VRLA蓄電池運行環(huán)境要求:安裝該蓄電池的機(jī)房應(yīng)配有通風(fēng)換氣裝置,溫度不宜超過28,建議環(huán)境溫度保持在1025之間。避免陽光對電池直射,朝陽窗戶應(yīng)作遮陽處理。確保電池組之間預(yù)留足夠的維護(hù)空間。UPS等使用的高電壓電池組的維護(hù)通道應(yīng)鋪設(shè)絕緣膠墊。8.2 VRLA蓄電池使用的注意事項不同規(guī)格、型號和使用壽命不同的蓄電池禁止在同一直流供電系統(tǒng)中使用,新舊程度不同的蓄電