蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、.wd.wd.wd.蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)一、蓄電池組使用現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速開(kāi)展，設(shè)備的供電要求越來(lái)越高，生活的環(huán)保要求也越來(lái)越高；有大量的設(shè)備和裝備都必須保證不連續(xù)供電，一些以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的設(shè)備和裝備改為電力驅(qū)動(dòng)的進(jìn)程正在不斷加速，因此需要大量使用蓄電池組。以中國(guó)移動(dòng)通信行業(yè)為例，基站、機(jī)房和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，共使用蓄電池在5000萬(wàn)節(jié)以上。但由于受蓄電池的特性和目前維護(hù)手段的限制，使得蓄電池組的實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于廠家承諾使用壽命。蓄電池廠家的承諾使用壽命一般為1220年，而實(shí)際使用壽命往往只有承諾使用壽命的10-30%，絕大多數(shù)在20%左右。蓄電池組使用壽命短，給系統(tǒng)供電構(gòu)成了重大的安全

2、隱患，同時(shí)形成了大量的蓄電池提前報(bào)廢，造成了巨大的資源浪費(fèi)、資金浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染。造成蓄電池組實(shí)際使用壽命如此之短的原因是多方面的，有設(shè)計(jì)問(wèn)題，有材料問(wèn)題，有生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題，但這些問(wèn)題都是承諾壽命之前的事，而比承諾壽命還短得多的原因主要是維護(hù)管理造成的。主要有四個(gè)方面，即過(guò)充、欠充、過(guò)放和環(huán)境溫度影響。二、影響蓄電池組使用壽命的主要原因1、過(guò)充電鉛酸蓄電池浮充電壓一般為2.25V/25以2V電池為例根據(jù)各廠家的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝不同而稍有不同，超過(guò)此值即為過(guò)充。過(guò)充影響蓄電池使用壽命可從三個(gè)方面認(rèn)識(shí)，即 過(guò)充使得正極氧析出增加而形成氣泡，氣泡強(qiáng)力沖擊二氧化鉛，使得活性物質(zhì)與板柵結(jié)合力變差，甚至脫

3、落。 過(guò)充析氧分解的是水，因此氫離子濃度增加，從而加速了板柵腐蝕。 過(guò)充造成蓄電池內(nèi)部壓強(qiáng)增加，從而會(huì)有氣體從安全閥逸出，造成蓄電池失水。國(guó)內(nèi)外蓄電池研究者和使用者都對(duì)過(guò)充對(duì)蓄電池使用壽命的影響做了大量研究，研究說(shuō)明，過(guò)充5%，持續(xù)工作120天，鉛酸蓄電池使用壽命減少50%。欠充電欠充會(huì)在負(fù)極產(chǎn)生難以復(fù)原的硫酸鹽。3、過(guò)放電過(guò)放電會(huì)在極板外表形成大顆粒的硫酸鉛結(jié)晶，降低極板活性物質(zhì)的孔率，使陰極硫酸鹽化，致使蓄電池內(nèi)阻增加。環(huán)境溫度蓄電池要保持的荷電狀態(tài)，事實(shí)上是保持蓄電池內(nèi)部一個(gè)理想的化學(xué)活性，它是由電壓和溫度共同確定的，比方說(shuō)2.25V/25以2V電池為例，表示的就是一個(gè)理想的化學(xué)活性，保

4、持25電壓高于2.25V是過(guò)充，電壓低于2.25V是欠充。而保持電壓為2.25V，溫度高于25就是過(guò)充，溫度低于25就是欠充。國(guó)內(nèi)外研究說(shuō)明，保持電壓不變，在25環(huán)境溫度之上，溫度每增加1，蓄電池容量約減小5%，在25環(huán)境溫度之下，溫度每降低1，蓄電池容量約減小1%。三、蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)原理針對(duì)如上影響蓄電池使用壽命主要原因的分析，各行各業(yè)對(duì)蓄電池工作環(huán)境，特別是環(huán)境溫度都有嚴(yán)格規(guī)定，對(duì)充電器輸出電壓和溫度補(bǔ)償都有嚴(yán)格要求，并規(guī)定要有蓄電池組過(guò)放電保護(hù)。但是這些措施只解決了溫度影響和過(guò)放電保護(hù)，以及解決了電池組的過(guò)充欠充問(wèn)題，但是即使保證了蓄電池組的充電電壓和浮充電壓，仍然解決不了蓄電池組

5、個(gè)別電池的過(guò)欠充問(wèn)題，原因主要有兩個(gè)方面。蓄電池組中每節(jié)電池的容量不一致一組蓄電池每節(jié)電池的容量完全一致是不可能的，那么在充電時(shí)，容量較大的電池電壓就較低，容量較小的電池電壓就較高，電壓較高的電池就處于過(guò)充狀態(tài)，電壓較低的電池就處于欠充狀態(tài)。2、蓄電池組中每節(jié)電池的自放電不一致一組蓄電池每節(jié)電池的自放電完全一致也是不可能的，在浮充工作時(shí)，自放電大的電池電壓越來(lái)越低，進(jìn)入欠充狀態(tài)，自放電小的電池電壓越來(lái)越高，進(jìn)入過(guò)充狀態(tài)。鉛酸蓄電池組的應(yīng)用已有百年之久，許多問(wèn)題已得到重視和解決，比方溫度控制和補(bǔ)充，過(guò)放電保護(hù)等。但是，因?yàn)樾铍姵亟M各節(jié)電池容量不一致和自放電不一致引起的電池過(guò)欠充問(wèn)題，雖已為人們認(rèn)

6、識(shí)到，但至今沒(méi)有有效的解決方法，成了世界難題。要解決這些問(wèn)題，就是要想方法使得蓄電池組每節(jié)電池電壓一致。這是蓄電池組使用者不懈的追求。早在使用開(kāi)口式鉛酸蓄電池年代，人們就認(rèn)識(shí)到了要保持蓄電池組各節(jié)電池電壓一致的重要性，因此經(jīng)常檢測(cè)各節(jié)蓄電池的電壓，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池電壓高于平均電壓一定值就單獨(dú)給它放電，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池電壓低于平均電壓一定值就單獨(dú)給它充電，并經(jīng)常檢測(cè)電池電解液濃度，不時(shí)的調(diào)節(jié)，使之保持在期望值范圍內(nèi)。上世紀(jì)50年代，世界上出現(xiàn)了密封式鉛酸蓄電池，80年代得到了飛速開(kāi)展，1988年閥控式密封鉛酸蓄電池進(jìn)入我國(guó)。閥控式密封蓄電池，有人也叫它免維護(hù)蓄電池，免在哪里，只免在電解液濃度調(diào)節(jié)，這種電

7、池是貧液電池，維護(hù)得好電解液濃度是不需要調(diào)節(jié)的，因?yàn)槭敲芊獾?，所以也調(diào)節(jié)不了。但其它維護(hù)工作是一定不能免的。為了追求蓄電池組電池電壓的平衡，現(xiàn)在世界范圍常用的一種自動(dòng)維護(hù)技術(shù)是均衡充電，但是這是一種沒(méi)有方法的方法，甚至于可以說(shuō)是一種錯(cuò)誤的方法。它是將整組蓄電池電壓提高，讓已經(jīng)過(guò)充的電池進(jìn)一步過(guò)充，使得它的漏電流增大，把欠充的電池的電壓稍微向上拉一些，這是犧牲一些電池的壽命來(lái)彌補(bǔ)另一些電池的壽命。當(dāng)然，均充工作還有另外一個(gè)作用，就是活化作用，防止蓄電池組長(zhǎng)期浮充。但是，這項(xiàng)工作完全可以用其它方法解決。諸如以上問(wèn)題，迫切需要一套科學(xué)的方法和先進(jìn)的技術(shù)來(lái)解決，蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。這套蓄電池

8、組在線維護(hù)系統(tǒng)，主要是在每節(jié)電池上裝一個(gè)維護(hù)模塊，該維護(hù)模塊檢測(cè)到自身對(duì)應(yīng)的電池的電壓，并與本蓄電池組的平均電壓比較，當(dāng)測(cè)得的電池電壓高于平均電壓時(shí)就對(duì)這節(jié)電池進(jìn)展放電，當(dāng)測(cè)得的電池電壓低于平均電壓時(shí)就對(duì)這節(jié)電池進(jìn)展充電，最終獲得整組電池電壓的均衡。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1蓄電池組在線監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)組成示意圖該電池組在線維護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)據(jù)有蓄電池組在線監(jiān)測(cè)功能和蓄電池在線實(shí)時(shí)維護(hù)功能，從而徹底解決了蓄電池組因單體電池之間的容量和自放電不一致造成的蓄電池組電池電壓不平衡問(wèn)題，防止了蓄電池組浮充工作時(shí)的過(guò)欠充。從前面的分析可見(jiàn)，該系統(tǒng)的工作原理，事實(shí)上是人工維護(hù)的設(shè)備化。由人工維護(hù)對(duì)延長(zhǎng)蓄電池組使用壽

9、命的作用，可見(jiàn)該系統(tǒng)對(duì)延長(zhǎng)蓄電池組使用壽命的有效性。而且，該系統(tǒng)與人工維護(hù)相比，據(jù)有本質(zhì)上的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 實(shí)時(shí)性人工檢測(cè)和維護(hù)是不及時(shí)的，目前國(guó)內(nèi)人工檢測(cè)最小時(shí)間間隔是8小時(shí)，一般是數(shù)日或數(shù)周。而該系統(tǒng)是時(shí)時(shí)刻刻在檢測(cè)和維護(hù)。 準(zhǔn)確性人工維護(hù)不可能是很準(zhǔn)確的，一般至少不平衡度到達(dá)幾十甚至于到達(dá)上百毫伏才進(jìn)展充放電維護(hù)。而該系統(tǒng)，可以在不平衡度為幾個(gè)毫伏就進(jìn)展維護(hù)。 精細(xì)性人工維護(hù)在充放電時(shí)，一般都是大電流充放電，而該系統(tǒng)是小電流充放電。 安全性人工維護(hù)不可防止的會(huì)存在失誤的不安全隱患，而該系統(tǒng)是完全自動(dòng)化無(wú)人干預(yù)的，安全性得到了大大的提高。四、蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1、系統(tǒng)

10、組成該電池組在線維護(hù)系統(tǒng)由主機(jī)、單體電池維護(hù)模塊、蓄電池組總電壓變送器、充放電電流變送器組成，如圖1所示。其中，單體電池維護(hù)模塊完成對(duì)單體電池電壓和溫度可選配信號(hào)的檢測(cè)，通過(guò)總線傳送到主機(jī)，并根據(jù)主機(jī)下達(dá)的命令對(duì)單體電池進(jìn)展在線充放電維護(hù)。主機(jī)采用19英寸2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，24064大屏液晶顯示，單體電池維護(hù)模塊不到煙盒大小，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。在工程施工中無(wú)須將許多單體電池電壓信號(hào)線引入主機(jī)，從而大幅度降低系統(tǒng)安全隱患。蓄電池組總電壓變送器、充放電電流變送器均采用隔離設(shè)計(jì)，從而保證進(jìn)入主機(jī)的都是安全的弱電信號(hào)，進(jìn)一步提高整個(gè)蓄電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。其中，主機(jī)有400V用于UPS系統(tǒng)、220V用于電

11、力操作系統(tǒng)、48V用于程控交換機(jī)系統(tǒng)三種型號(hào)；模塊有2V、12V兩種型號(hào)；用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要選擇模塊類(lèi)型和數(shù)量，組合出多種蓄電池組監(jiān)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)2.主要功能特點(diǎn)：在線監(jiān)測(cè)每只單體電池的電壓和溫度，以及電池組總電壓；自動(dòng)對(duì)電壓超出設(shè)定范圍的單體電池進(jìn)展在線充/放電維護(hù)，消除蓄電池自放電影響，保證蓄電池組容量長(zhǎng)期穩(wěn)定；自動(dòng)記錄在線充/放電維護(hù)的起始時(shí)間，及期間充/放電的容量；可擴(kuò)展蓄電池組容量在線監(jiān)測(cè)功能；24064液晶顯示，可實(shí)時(shí)顯示單體電壓、溫度分布曲線；模塊化構(gòu)造設(shè)計(jì)，減少安全隱患、提高施工速度、節(jié)約工程費(fèi)用；每臺(tái)主機(jī)最多可同時(shí)維護(hù)同組128只單體電池；提供RS232或者RS485通訊接口

12、；對(duì)所有監(jiān)測(cè)信號(hào)超限做出告警，用戶(hù)可自行設(shè)定各種參數(shù)的告警門(mén)限；告警信息可通過(guò)通訊接口輸出，重要告警可以通過(guò)干接點(diǎn)輸出；3.技術(shù)條件供電電壓：主機(jī)：36Vdc72Vdc，176Vac264Vac可選；模塊：20V24Vdc主機(jī)提供，待機(jī)25mA，充電100mA；工作溫度：2040相對(duì)濕度：90402大氣壓力：86 kpa106 kpa4.技術(shù)指標(biāo)：電池組總電壓檢測(cè)精度：0.2%單體電池電壓檢測(cè)精度：12V單體電池：20mV9V15V；2V單體電池：5mV1.5V2.5V；電池電流檢測(cè)精度：5%；電池溫度檢測(cè)精度：2070蓄電池組容量：5%；模塊在線充電電流：0200mA自適應(yīng)；模塊在線放電電流

13、：100mA；模塊之間隔離電壓：2500Vdc。5.外形尺寸： 主機(jī)：19英寸2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱； 模塊：84mm47mm23mm長(zhǎng)、寬、高。五、蓄電池在線維護(hù)的意義1、提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果蓄電池在線維護(hù)系統(tǒng)，為蓄電池維護(hù)提供了一種全新的維護(hù)手段和方案，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池組的在線自動(dòng)維護(hù)，可完全免除通過(guò)人工方式對(duì)每只單體電池進(jìn)展端電壓測(cè)量的繁瑣工作和對(duì)個(gè)別落后或超前電池進(jìn)展在線或離線維護(hù)的工作量，進(jìn)而降低維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果。使蓄電池的維護(hù)由目前的粗放、滯后型的人工維護(hù)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)、在線、自動(dòng)、精細(xì)的維護(hù)模式，這無(wú)疑會(huì)大大提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果。

14、2、保證設(shè)備用電安全，提高服務(wù)質(zhì)量供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行是數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)和通信暢通的根基和保證，在直流不連續(xù)供電系統(tǒng)中，整流器是心臟，而蓄電池那么是不連續(xù)供電的根基。對(duì)蓄電池運(yùn)行和維護(hù)的 基本要求是：要使蓄電池經(jīng)常處于充分充滿(mǎn)的狀態(tài)，而又不產(chǎn)生過(guò)充電，在單獨(dú)向主機(jī)供電時(shí)，應(yīng)放出額定容量的80%以上。 由于蓄電池維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果的提高，使電池的容量得到了保證，實(shí)際放電時(shí)間完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，有效地提升了蓄電池供電的安全性，這將為設(shè)備的用電安全提供保障，為各種數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)和通信的暢通奠定根基。3、降低企業(yè)運(yùn)維成本 第一，由于蓄電池在線維護(hù)系統(tǒng)能夠有效提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果，可使蓄電池組的實(shí)

15、際使用壽命接近或到達(dá)其設(shè)計(jì)壽命，從而延長(zhǎng)更換蓄電池的周期，節(jié)省購(gòu)置新電池的費(fèi)用。第二，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池組的在線自動(dòng)維護(hù)，可有效降低維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人工維護(hù)成本。4、利于環(huán)保和節(jié)能減排 在鉛酸蓄電池的組成中，大局部屬于有毒或腐蝕性物質(zhì)。其中，的稀硫酸濃度為37%左右占電池總重量的15%，含鉛物質(zhì)占75%以上，分別以金屬鉛極柱、匯流排、板柵、負(fù)極板活性物質(zhì)和氧化鉛正極板活性物質(zhì)的形態(tài)存于電池之中。據(jù)環(huán)保專(zhuān)家介紹，鉛酸電池對(duì)環(huán)境的污染要比汽車(chē)尾氣嚴(yán)重得多。如果處理不當(dāng)，不但嚴(yán)重污染土壤和水源，對(duì)空氣、生態(tài)平衡造成破壞，還會(huì)引發(fā)人體代謝、生殖及神經(jīng)等方面的疾病，人體鉛含量一旦超標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致智

16、力下降，誘發(fā)兒童的惡性腫瘤，甚至導(dǎo)致死亡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每年大約有5000萬(wàn)只蓄電池報(bào)廢，其中含鉛重量達(dá)30多萬(wàn)噸。隨著經(jīng)濟(jì)不斷開(kāi)展，蓄電池用量不斷上升，報(bào)廢量同樣還會(huì)進(jìn)一步上升。而報(bào)廢蓄電池的回收處理對(duì)環(huán)境污染不容無(wú)視，按我國(guó)目前廢舊蓄電池的處理能力計(jì)算，年處理5000萬(wàn)只廢舊鉛酸蓄電池，能生產(chǎn)14萬(wàn)噸再生鉛，同時(shí)年排放煙塵4.8萬(wàn)噸其中鉛塵4萬(wàn)噸，年排放二氧化硫7500噸，年產(chǎn)棄渣6萬(wàn)噸其中含鉛6000噸，含砷600噸，含銻2000噸，年耗水188萬(wàn)立方！研究說(shuō)明，不僅是廢舊蓄電池對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，在線使用的蓄電池同樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。原因是，如果蓄電池長(zhǎng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，蓄電池內(nèi)氧循環(huán)很難到達(dá)100%，充電過(guò)程中將產(chǎn)生氣體，使蓄電池內(nèi)部壓力增大，一局部氣體通過(guò)安全閥排出，這些氣體含有大量的“酸霧，對(duì)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重污染。采用蓄電池在線維護(hù)技術(shù)，可以為環(huán)保事業(yè)帶來(lái)以下好處：降低原材料消耗蓄電池在線維護(hù)技術(shù)可以有效延長(zhǎng)蓄