蓄電池基礎(chǔ)、應(yīng)用與維護(hù)

閥控式密封鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識培訓(xùn)SOCOMECUPS培訓(xùn)PartI：蓄電池基礎(chǔ)PartII：蓄電池應(yīng)用提綱PartI：蓄電池基礎(chǔ)蓄電池概念當(dāng)兩種金屬（通常是性質(zhì)有差異的金屬）浸沒于電解液之中，它們可以導(dǎo)電，并在兩極之間產(chǎn)生一定電動勢1.電池定義電池－－電能可由多種形式的變化而來，其中把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置叫做化學(xué)電池，簡稱電池?？梢杂懈鞣N形狀、大小、電壓和容量的電池。電能化學(xué)能電池的分類原電池（一次電池）：放電后不能用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生蓄電池（二次電池）：放電后能用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生，把電能存儲化為化學(xué)能電池的分類按電解液種類分類：堿性電池：氫氧化鉀（堿性鋅錳電池，鎘鎳電池，氫鎳電池）酸性電池：硫酸水溶液

（鉛酸電池）中性電池：鹽溶液（鋅錳干電池，海水激活電池）有機(jī)電解液電池：有機(jī)溶液

（鋰電池，鋰離子電池）電池的分類按工作性質(zhì)和儲存方式分類：一次電池。又稱原電池

（鋅錳干電池，鋰原電池）二次電池。既蓄電池

（氫鎳電池，鋰離子電池，鎘鎳電池）燃料電池：活性材料在電池使用時加入

（氫氧燃料電池）儲備電池：電池使用時加入電解液

（海水激活電池）電池的分類按電池的極板材料分類鋅系列電池：

鋅錳電池，鋅銀電池，鎳系列電池鉛系列電池：鉛酸電池，鋰系列電池，鋰鎂電池二氧化錳系列電池：鋅錳電池，堿錳電池空氣（氧氣）系列電池：鋅空電池蓄電池的分類按電池用途分類：啟動型蓄電池：柴油機(jī)、發(fā)動機(jī)及照明固定型蓄電池：通訊、發(fā)電廠、計(jì)算機(jī)，自動控制的保護(hù)牽引型蓄電池：車、叉車、鏟車鐵路用蓄電池：鐵路內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、客車的啟動、照明的動力儲能用蓄電池：風(fēng)力、太陽能發(fā)電常用蓄電池的基本概念鉛酸蓄電池:產(chǎn)生于1859年，應(yīng)用最廣泛富液式電池（FLOODEDBATTERY)特點(diǎn)：壽命長、一致性好、浮充壓差小缺點(diǎn)：需要維護(hù)、有酸霧溢出閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA)特點(diǎn)：免維護(hù)、無泄漏、自放電小、結(jié)構(gòu)緊湊、抗震動、高低溫性能好、無記憶效應(yīng)發(fā)展產(chǎn)品—膠體閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA)屬于富液式電池◆開口排氣式（or“wettype”or“openventedtype”）◆閥控（密封）式（ValveRegulatedLead-AcidBattery）鉛酸蓄電池兩種基本類型

開口排氣式較早的技術(shù)需要單獨(dú)的電池房定期維護(hù)需要額外的安全防護(hù)貯存／使用保持直立狀態(tài)接線數(shù)量可能較大兩類蓄電池比較閥控式VRLA氧氣復(fù)合技術(shù)可直接在辦公環(huán)境中使用低維護(hù)－－“免維護(hù)”濾酸防爆，較安全貯存／使用可為任意方向可在負(fù)載內(nèi)部或鄰近使用○閥控式鉛酸蓄電池已于許多使用領(lǐng)域取代了開口排氣式VRLA電池分類比較AGM電池●高比能（按體積或重量）●可快速充電●可適應(yīng)低溫運(yùn)行環(huán)境

中等深度放電高溫影響GEL電池●適合深循環(huán)放電●可適應(yīng)高溫運(yùn)行環(huán)境●適于小電流放電模式

早期無氧復(fù)合反應(yīng)氧氣通道的隨機(jī)性◆AGM--AbsorbentGlassMat其他類型的蓄電池鎘鎳蓄電池（Cd-Ni)正極為氧化鎳，負(fù)極為海綿狀金屬鎘金屬氧化物鎳蓄電池鋅鎳蓄電池鋅銀蓄電池鋰離子蓄電池蓄電池常用技術(shù)術(shù)語充電放電浮充放電電動勢端電壓容量（C24/C20/C10/C8/C3/C1)蓄電池的理論容量、實(shí)際容量、標(biāo)重容量電量效率自由放電率使用壽命放電率（時間、電流）放電終止電壓12v-+-+12v=24v負(fù)極板正極板6個單體=12V鉛酸蓄電池正極：二氧化鉛（PbO2）負(fù)極：絨狀鉛（Pb）電解液：硫酸（H2SO4）溶液

蓄電池通過串聯(lián)獲得所需電壓；通過并聯(lián)獲得所需容量。鉛酸蓄電池的概念構(gòu)成2V電動勢單體蓄電池工作原理－－“雙硫酸鹽”理論“Doublesulfate”theory◆電解液中硫酸不僅是導(dǎo)電用之電解質(zhì)也是反應(yīng)之反應(yīng)物

◆陽極的PbO2與陰極的Pb于放電反應(yīng)后皆產(chǎn)生PbSO4

放電PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4

充電（二氧化鉛）（硫酸）（海綿狀鉛）（硫酸鉛）（水）（硫酸鉛）正極活物質(zhì)電解液負(fù)極活物質(zhì)正極活物質(zhì)電解液負(fù)極活物質(zhì)正極物質(zhì)反應(yīng)及變化放電PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4

充電

dischargePbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4charge負(fù)極物質(zhì)反應(yīng)及變化電池充電后期電極反應(yīng)正極板（PositivePlate）

2H2O

O2(oxygengas)+4H++4e-

負(fù)極板（NegativePlate）

4H++4e-

2H2(hydrogengas)正極板（PositivePlate）

玻璃纖維隔板（AGMSeparator）負(fù)極板（NegativePlate）氧氣VRLA電池氧氣復(fù)合反應(yīng)◆VRLA電池內(nèi)含不流動電解液VRLACellwithImmobalizedElectrolyte限制正極容量，當(dāng)吸收正極板產(chǎn)生的氧氣而消耗的海綿狀鉛的量與容量過剩的負(fù)極板充電生成海綿狀鉛的量二者達(dá)到平衡狀態(tài)時，便實(shí)現(xiàn)了電池的密封PartI：蓄電池基礎(chǔ)蓄電池結(jié)構(gòu)、組成蓄電池外觀結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①電池槽、蓋（container&cover）

超強(qiáng)阻燃ABS塑料②端極柱（terminal）內(nèi)嵌鍍錫紫銅芯，使其電阻最小化，極柱采用三層特殊密封技術(shù)，完全阻止蓄電池漏液可能③匯流排（strap/groupbar）

防腐蝕抗氧化、耐大電流沖擊④正負(fù)極群（Positive&negativeplates）板柵采用特殊的鉛鈣錫鋁四元合金，抗伸延、耐腐蝕、析氫過電位高⑤微細(xì)玻璃纖維隔板（AGM）粗細(xì)纖維合理配比，吸液力強(qiáng)、彈性持久⑥安全閥（safetyvalve）配備導(dǎo)氣三通閥，采用防酸霧集氣排氣專利結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)放射狀結(jié)構(gòu)：利于大電流放電柵格結(jié)構(gòu)：利于深度放電

厚度薄板：大電流放電性能較好厚板：浮充使用壽命較長板柵（Grids）◆Pb(Lead)◆Pb-高Sb(Lead-HighAntimony)◆Pb-低Sb(Lead-LowAntimony)◆Pb-Ca(Lead-Calcium)◆Pb-Sn(Lead-Tin)◆Pb-Ca-Sn-Al(Lead-Calcium-Tin-Aluminium)◆Pb-Ca-Sn-Ag(Lead-Calcium-Tin-Silver)鉛鈣錫鋁四元合金增強(qiáng)耐腐蝕性能抑制正極板伸延，防止內(nèi)部短路抑制氫氣的產(chǎn)生，防止水分的分解蓄電池板柵合金(Alloy)正極板◆涂膏：一氧化鉛（leadoxidePbO）◆化成：二氧化鉛（leaddioxidePbO2）負(fù)極板◆涂膏：一氧化鉛（leadoxidePbO）◆化成：鉛（leadPb）◆膨脹劑：木素/炭黑、硫酸鋇（xylogen/carbonblackandbariumsulfate)極板(Plate)物質(zhì)分子重量密度相對Pb體積比Pb207.211.34

1PbO223.29.641.26α-PbO2239.29.371.32β-PbO2239.29.31.40PbSO4303.36.292.64隔板（Separator）保持正負(fù)極板絕緣防止鉛枝短路（DendriteShorts）吸附、保持電解液氣體通道壓緊活性物質(zhì)，延緩活物質(zhì)脫落正極板負(fù)極板隔板隔板材料孔隙度％孔隙尺寸μm內(nèi)阻Ω/cm2微孔PVC80＜30.18微孔隙聚乙烯63＜10.15無紡聚乙烯60120.21無紡玻璃棉65200.18AGM90240.1組成：H2SO4+H20緩沖添加劑：

Na2SO4

電解液（Electrolyte）電解液既為導(dǎo)電物質(zhì)又參與化學(xué)反應(yīng)電解液比重（SpecificGravity）與電池開路電壓（Opencircuitvoltage）關(guān)系：

OCV＝SG+0.84SG影響充電電壓大小、電池“放電性能”SG影響電解液冰點(diǎn)（SG=1.300，冰點(diǎn)：-68.9）SG影響板柵腐蝕速度電池殼（Container）常用材料◆丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）◆聚丙烯（Polypropylene--PP）

安全閥（SafetyValve）功能：單向調(diào)節(jié)蓄電池內(nèi)壓，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。開閥壓力：10Kpa--49Kpa/35KPa閉閥壓力：1Kpa/3Kpa--15KpaPartI：蓄電池基礎(chǔ)蓄電池充、放電使用蓄電池充電－－充電方式

浮動／備用充電：蓄電池處于連續(xù)充電狀態(tài)，電 壓相對較低，注意充電電流。

循環(huán)充電：蓄電池重復(fù)充、放電使用時的充電方 法，電壓相對較高，注意充電時間。放電之后應(yīng)立即充電（防止PbSO4重結(jié)晶）蓄電池充電－－恒壓限流充電蓄電池充電－－充電電壓溫度補(bǔ)償蓄電池放電－－恒流放電

蓄電池放電－－恒功率放電常用符號、術(shù)語（1）

C10——10h率額定容量A·h，數(shù)值為1.0C10C3——3h率額定容量A·h，數(shù)值為0.75C10

C1——1h率額定容量A·h，數(shù)值為0.55C10

Ct——蓄電池實(shí)測容量A·h，是放電電流I(A)與放電時間t(h)的乘積

Ce——在基礎(chǔ)溫度(25℃)條件時的蓄電池實(shí)際容量,A·h

I10——10h率放電電流,數(shù)值為1.0I10(A)I3——3h率放電電流,數(shù)值為2.5I10(A)

I1——1h率放電電流,數(shù)值為5.5I10(A)常用符號、術(shù)語（2）

閥控式密封鉛酸蓄電池--

蓄電池正常使用時保持氣密和液密狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部氣壓超過預(yù)定值時，安全閥自動開啟，釋放氣體，當(dāng)內(nèi)部氣壓降低后安全閥自動閉合，同時防止外部空氣進(jìn)入蓄電池內(nèi)部，使其密封。蓄電池在使用壽命期間，正常使用情況下無需補(bǔ)加電解液。安全閥--具有自我開啟和再閉合功能，保持蓄電池氣密性和液密性，防止外部空氣進(jìn)入蓄電池內(nèi)部和內(nèi)部酸霧排出，但又不允許蓄電池內(nèi)氣壓超過預(yù)定值的裝置。額定容量--在規(guī)定的條件下，蓄電池完全充電后所能提供的由制造廠標(biāo)明的安時電量。

完全充電--當(dāng)蓄電池內(nèi)所有可利用的活性物質(zhì)都已轉(zhuǎn)變成完全充電的狀態(tài)。

耐過充電能力--完全充電狀態(tài)后的蓄電池能承受過充電的能力。

防爆性能--蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生的可燃性氣體逸出后，遇到蓄電池外部的明火時在蓄電池內(nèi)部不引燃、不引爆。防酸霧性能--蓄電池在充電時，抑制其內(nèi)部產(chǎn)生的酸霧向外部泄放性能。YD/T799-2002：通信用閥控式密封鉛酸蓄電池信息產(chǎn)業(yè)部通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PartI：蓄電池基礎(chǔ)PartII：蓄電池應(yīng)用提綱step1：電池容量/功率計(jì)算 step2：電池配置 step3：電池安裝設(shè)計(jì)依據(jù)機(jī)房現(xiàn)場勘測數(shù)據(jù)如地板荷載、空間、抗震烈度等要求設(shè)計(jì)包括電池類型、規(guī)格以及并聯(lián)組數(shù)的確定依據(jù)電源（負(fù)載）功耗/負(fù)載工作電流/備電時間

電源配套電池選擇步驟蓄電池容量選擇電池計(jì)算公式：

UPS容量×功率因數(shù)電池恒定放電電流＝---------------------------

UPS逆變器效率×電池?cái)?shù)量×V其中V＝每塊蓄電池組的電壓

UPS容量×功率因數(shù)電池恒定放電功率＝-----------------------------------------------

UPS逆變器效率×電池?cái)?shù)量

根據(jù)以上電池放電電流及放電功率相應(yīng)的直流電流及功率，按照電池的放電曲線或放電參數(shù)表，按時間查找相應(yīng)的參數(shù)就可找到相對應(yīng)的電池容量例：我們以一臺100KVA的UPS為例：

100*1000*0.8電池恒定放電電流=-------------------------=177A

0.94*40*12

100*1000*0.8電池恒定放電電流=-------------------------=333W

0.94*40*6蓄電池容量選擇

直流電源蓄電池容量選擇

Cmin=W×T×1.25／(Vf×K)或Cmin=I×T×1.25／K

Cmax≤50I

C－－蓄電池容量，AhPL－－負(fù)載功率，WVf－－蓄電池額定電壓，VT---備用時間，h（小時）

η-----UPS電池逆變效率（阻性滿載

）

K--蓄電池放電系數(shù)

備電時間T=1h--3h，K=0.6

備電時間T=3h--5h，K=0.8

備電時間T=5h---10h，K=0.85

備電時間T＞10h，K=1

交流電源蓄容量選擇

C=PL×T/(Vf×η×K)或W/cell=(PL×2)/(Vf×η)C----蓄電池容量，AhW---負(fù)載功率，瓦特（交換機(jī)、接入網(wǎng)平均按每線1.0瓦計(jì)算）T---設(shè)計(jì)備電時間，小時 I--負(fù)載工作電流，AVf---放電終止電壓

K--蓄電池放電效率放電時間T=1h～3h，K=0.55～0.6

放電時間T=3h～5h，K=0.75～0.8

放電時間T＞5h，K=0.85蓄電池容量選擇蓄電池配置方案由12V單體組成的電池組：容量一分為二是主流配置方案◆通信應(yīng)用配套蓄電池采用12V系列蓄電池：200Ah及以下容量可采用12V系列蓄電池配置方案，并聯(lián)組數(shù)在3組以內(nèi)?！虺Ｒ娕渲梅桨福翰捎脙山M電池并聯(lián)。采用2V系列蓄電池：200Ah以上容量一般采用2V系列蓄電池配置方案，并聯(lián)組數(shù)在6組以內(nèi)?！鬠PS配套蓄電池：高壓以單組電池配套為主◆電力應(yīng)用配套蓄電池：單組電池配套為主200Ah及以上容量一般采用2V系列電池。200Ah以下容量一般采用6V、12V系列電池。蓄電池安裝方式設(shè)計(jì)序號項(xiàng)目基本要求1抗震措施抗震設(shè)防烈度要求達(dá)到8度和9度時，蓄電池組（含閥控電池）必須用鋼抗震框架或柜架安裝。鋼抗震框架底部應(yīng)與地面加固2承重要求電池組對樓板壓強(qiáng)（等效均布載荷）：專用機(jī)房≤1300Kg/m2；一般機(jī)房≤600Kg/m2；民用建筑≤400Kg/m2。電池組對地面或樓板的局部應(yīng)力不大于15000Kg/m23可安裝性1）結(jié)構(gòu)簡潔，提高安裝效率4安全性2）便于串聯(lián)或并聯(lián)安裝及多架擴(kuò)展5可維護(hù)性3）盡量采用標(biāo)準(zhǔn)連接件6穩(wěn)固性電源裸露部位須有安全的保護(hù)措施，防電擊損傷或?qū)щ婓w短路7便于包裝、運(yùn)輸應(yīng)充分考慮維護(hù)方便：如預(yù)留測量孔、防護(hù)面罩拆卸方便、層間充裕操作空間、明顯標(biāo)識等8器件通用性電池架在電池組重力作用下不發(fā)生變形；電池架地腳與地面或樓板固定；電池架層間不發(fā)生位移閥控試密封鉛酸蓄電池室的要求環(huán)境溫度20℃—30℃,最佳溫度范圍:23℃-25℃良好的通風(fēng)條件蓄電池的各部溫差不應(yīng)超過3℃,遠(yuǎn)離熱源，有機(jī)