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1、阀控式密封铅酸蓄电池维护工作研讨技术交流,王 永 江苏双登电源有限公司,内容简介,蓄电池基础知识日常维护参数设置使用前、中、后维护重点常见问题探讨,阀控密封蓄电池（VRLA）基本概念,（1）是一种能量的备用储存装置，仅供备用；作为备用的优势（充满保存）；技术来源和现状；（2）“免维护”概念的误导（3）“密封”设计的概念(超细玻璃棉隔板)（安全阀：调节电池内外压力、过滤酸雾、防电池内部污染）（4）固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）基本原理和反应 酸性二次可逆电池；（固定、阀控、密封 GFM、GFMJ胶体）氧化还原得失电子反应（在各自不同的区域里进行)氧复合原理（氧循环原理）AGM阴极吸收
2、式（贫液式）GEL胶体式（5）现行通信行业标准YD/T799-2002 现行电力行业标准DL/T637-1997（6）维护工作面临的主要问题：标准化的问题；维护成本（直、间接）问题；技术指标（可操作性）问题；失水的问题（国产壳、盖、排气阀材料的设计及影响）,组成阀控密封电池的必要条件,（1)专门的正极板板栅铅合金；板栅的作用及正板栅的技术要求 Pb-Sb和Pb-Ca双合金技术及其应用（2)负极活性物质过量设计原则；浮充状态下蓄电池使用寿命的保证（3)专门设计功能型单向安全排气阀；单向安全排气阀 的必备功能（4)专门设计功能的超细玻璃纤维；保证蓄电池内部氧气复合的基本条件（5)专门设计的充电方式
3、；两阶段恒压安全连续充电、电压、电流,VRLA电池具有以下主要优点,不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；自放电小，25下自放电率小于3%（每月）；电池寿命长，25下浮充状态使用可达10年（理论寿命15年）；结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小；电池的高低温性能较好，可在-15 40范围使用；没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）；比能量较高，大电流放电性能好。,阀控密封电池的设计思想和基本原理,双登蓄电池产品特点及改进措施,采用双合金制作极板，蓄电池具有深放电及深循环能力好，耗水量低，耐蚀性能优异。专利组合端子。极群自动焊接。外壳本体材料热封焊。短路检测考核充放电效率及容量恢复能力充放电时
4、电压、电流特定要求的说明。均充退出动作要可靠。使用后期浮充电压正常时要有浮充电流。,阀控密封蓄电池的结构特点,采用玻纤隔板预压缩紧装配贫电液结构设计。,阀控铅酸蓄电池基本性能,（1）标称电压：2伏；实际电压：2.15伏左右。新电池的荷电状态可根据电池的开路电压测量来判断，新电池的开路电压应在充电后20下静置24小时测量。（此法不适用于旧电池）,（2）V开2.15(51.6V)V浮2.25(54V)V均2.35V(56.4)三者间0.1伏关系；说明充电电压与电池电压之间保持特定压差才能保证充电效果。（3）V开C新 新电池容量与开路电压成正比。（4）V开d液 电解液比重与开路电压成正比。（5）DO
5、D（放电深度）循环次数成反比。放出电量越大，充放次数越少；国内较好指标：80DOD，循环次数约1000次。（6）充电量/放电量，应大于1.2倍(充电量120）（7）d 液 电解液比重配置与温度成反比。,阀控铅酸蓄电池基本性能,阀控蓄电池基本性能,（8）虽无记忆效应，但不能亏电。Pb（负）PbO2（正）H2SO4 PbSO4H2O 以上反应中关键是由右至左的充电反应要得 到保证，且越完全越好。即：理论上充电越完全，硫酸铅反应越彻底。可以认为：阀控密封铅酸蓄 电池 维护工作的重点，是如何保证蓄电池的充电 效果和建立并完善蓄电池行之有效的充电方法。（9）单体电池充电电压2.40伏。2.40伏为阀控电
6、池体系的水解电位。国产蓄电池单体充电电压不要超过2.38伏（即48伏系统充电电压不要超过57伏）。,阀控密封电池的失效模式,（1）板栅的腐蚀与极板的增长（2）电池内部不正常干涸失水（3）负极板表面硫酸盐化（4）热失控（5）早期容量损失（快速容量损失（PCL-1）,较慢的容量损失(PCL-2)和负极影响的一般容量损失(PCL-3)（详见培训手册）,负极板硫酸盐化原因,铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。长期充电不足经常进行深度放电（电池电压放电至1.75V-1.80V)（42V-43.2V）在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。,温度补偿对使用的影响
7、,在环境温度为30时VRLA电池的寿命将减少一半 温度上升影响使用寿命。温度下降影响放电容量。温度补偿必须注意补偿范围：例：20以下25 45以上,按 3mv/cell5.5mv/cell;温补上限不能超过57伏高压告警值，即：单体电压不能超过2.38伏；温补下限不能低于52伏系统开路电压；即：单体电压不能低于2.16伏；问题：无法预先设定温补范围，谨慎使用。,安全性的问题,（1）大容量电池组推荐采用系统外并结构。a、单体结构；b、不同容量（大小）组合的利弊（安全合理性、占地、承重；c、容量的组合配置建议；（2）设定退出均充（转浮充）的动作要可靠。（3）容量离线放电后，需先尽可能充满再并入。（
8、4）电池外壳材料的阻燃问题。（5）UPS系统蓄电池使用现状（方式、边际网等）（6）放电电流小于10小时率电流1/3以下时必须控制放出容量或控制放电时间。小电流：10/3;（小电流定义的依据）电流小于10三分之一以下，电压与时间的关系与标准曲线不对应。举例说明：,300AH终止电压47V(1.96V）一次下电10小时放电39小时 390AH终止电压44V（1.83V）二次放电3.5小时 35AH合计：39035425AH小电流充电15天90,维护工作中易忽略的问题,（1）交流三项严重不平衡的影响；（2）使用后期浮充电压正常，无浮充电流的问题(调高电压）；（3）标称容量与实际容量严重不符的问题。（
9、4）长期在线备而不用的蓄电池组的维护（负极板硫酸化）；（5)蓄电池组补水的注意事项和要求（1ML/AH)；(6)单体电池更换数量的影响(8只）；(7)新旧电池配合使用的基本原则（尽量不要）；（8）在线使用电池容量低于80注意事项（监测、加水）；（9）废旧电池的处理要求（短路、自燃）；（10）蓄电池内阻和剩余容量的讨论（不推荐）；（11）化学法和仪器法对容量恢复的探讨（不推荐不反对）；,开关电源相关参数设置表,未完待续,开关电源相关参数设置表（续）,开关电源相关参数设置表（续）,不同放电时率的容量等效关系,以1000Ah蓄电池为例：C10 100A(0.1C)10h V终1.80伏C8(0.96
10、)120A(0.12C)8h V终1.80伏C5(0.80)160A(0.16C)5h V终1.80伏C3(0.75)250A(0.25C)3h V终1.80伏C1(0.55)550A(0.55C)1h V终1.75伏,国产阀控密封铅酸蓄电池产品现状,现行标准产品检测均合格无法判别优劣现行标准检测内容中相当指标用户无法考核（如：寿命；自放电；均衡性等）产品生产制造短期内很难规范和统一（技术来源；材料选用；生产现状；）产品设计本身有待于不断完善（失水；排气阀精度与寿命；外壳材料；连接可靠性；均衡性；）无系列分类（如：UPS系统,电力系统，太阳能系统；室外使用；）,2002标准部分指标的讨论,环境
11、温度 5.2;1545 2040阻燃性能 5.5；必须阻燃。明火检测。电池重量 5.7；500Ah，8Kg/100Ah；500Ah(含),7Kg/100Ah；电池容量 5.8 初容量100容量保存率 5.10 电池组平均不低于96（28天）密封反应效率 5.11；95；99排气阀压力范围 5.13；压力值的稳定性（寿命）端电压均衡性 5.16.2 2伏系列50mv；单体间连接压降 5.17；10mv(1小时率)5mv;(1小时率电流)封口剂 5.19；老化寿命不低于5年；内阻值无要求 误差10；,阀控密封铅酸蓄电池使用环境,物理参数：温度；湿度；大气压力；通风换气；温差波动；维护基本条件；维护
12、间距、通道；安装结构与 地面承重；供电条件：交流要有保证，三相要均衡；根据交流供电状况选配电池组数；（交流电流、温度）使用条件：保证充满；充电方式（电流，电压）防止过放：(小电流过放难以恢复)使用均衡充电可缩短充电时间，但充电电压要安全退出必须可靠(旧电池适当提高）；充入电量要保证，不低于放出电量的120；后期正常浮充状态下，必须有浮充电流；,国产阀控式密封铅酸蓄电池维护工作的重点,安装使用初期的维护工作重点使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护工作重点使用过程中及使用后期的维护工作重点,安装使用初期的维护工作重点,1、及时安装投入使用，避免长期贮存和人为故障；2、连接可靠，不得出现虚接
13、，压降过大等问题，记录开路电压；（压降，放电下降快，充电上升快，容量损失、安全隐患）3、开通需均充补充电，以弥补运输和贮存周期带来的容量损失；4、首次容量检查应认真做好，测出实际容量值，放电参数尽可能靠近10小时率，并保证结束后完全充满；5、容量检查时，同时检查端子压降、单体温度、排气阀是否可靠；6、设定好和蓄电池相关的开关电源参数，做好详细维护记录。,使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护工作重点,1、检查连接是否可靠；2、检查浮充电压的一致性，检查落后电池；3、检查设定参数有无变化，是否稳定，特别 是充电电压值和充电电流值必须稳定可靠；4、检查单体电池有无泄漏，反极；5、检查排气阀工
14、作是否正常（常闭或常开）。,使用过程中及使用后期的维护工作重点,1、系统连接检查；2、做好安全隐患的排除；3、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖间的密封检查；4、设置参数和实际参数的校对；5、浮充电压与浮充电流的检查及调整；6、定时换气、通风，将酸雾 排出；7、做好定期容量检查，使用前三年，容量检查放出50即可。三年后每年做全容量检查。,日常维护中蓄电池定期容量检查的操作步骤,A、分组离线，降低开关电源充电电压，断开至蓄电池组的电缆；B、设定好负载电流，将蓄电池组接入放电负载放电并做好详细记录；C、放电结束后将蓄电池组接入小型移动式直流充电装置，尽量将蓄电池组容量充电恢复至80%左右；D
15、、将充电后的蓄电池组接入开关电源，设定好充电参数；E、将第二组蓄电池离线，重复以上过程；,VRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨,1、负极板表面硫酸化的问题；2、反极、实际容量不足的问题；3、压降、压差太大的问题；4、泄漏的问题；5、标称容量与实际容量相差较大的问题；6、小电流长时间放电后难以恢复的问题；,VRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨,7、大容量电池组结构上的设计安全性问题；8、容量检查的可操作性问题；9、确保电池充满的必要条件退出均充电流要尽可能小；（确保退出均充保护功能）,阀控密封铅酸蓄电池选购注意事项 前提是满足现行检测标准YD/T799
16、-2002(1)考核产品工艺水平稳定性（包括硬件、软件）(2)生产材料的选用和控制手段及检测指标；(3)总体设计的可靠性和可操作性评价 a、开路电压在2.16伏左右，不能太高。b、能够检测到的指标均衡性要尽可能好。如：内阻，自放电，充电时间充电接受能力 和充电效率等。C、零部件的使用寿命要和蓄电池整体寿命同步。,d、系统件（安装连接系统）的设计制作精度要合理可靠，便于操作。尽可能做到通用。e、由于现阶段产品一般无系列分类，要根据具体使用条件在招标时向厂家提出针对性供货要求（如局房、基站、UPS、电力、太阳能系统、室外使用等等）。该要求经一段时间的整理逐步完善为一种相当于标准的采购规范f、安装工
17、作及废旧电池回收尽可能交给厂家去完成。g、系统件（如排气阀）尽可能索取备品。H、品质好的产品标准。1、总体设计（合理性、可靠性、）；2、均衡性（工艺稳定水平）；3、充放电效率（安全，高效、便捷、可靠）4、容忍性（可恢复性等）5、后期稳定性（容量保持、均衡性等）,安徽分公司联系人,王 永,胡大勤,阀控密封胶体铅酸蓄电池,胶体电池阀控式电池进入工业电池领域，至少有20年以上的经验。约40多年前由德国阳光公司开发成功的胶体电池技术起初只用于小型电池，并以“Dryfit”命名。阳光公司将胶体技术用于工业电池领域始于上个世纪70年代末和80年代初。80年代中期之后，德国的几大蓄电池公司，以至于英国、意大
18、利等国的大的蓄电池公司纷纷绕开阳光公司尚未到期的专利开发个各自的胶体电池技术。目前，在欧洲，用于备用电源的胶体电池技术几近普及。,前一种阀控电池技术称为AGM（超细玻璃纤维），在这种电池内，电解液不是通过胶体化，而是将电解液吸附到玻璃纤维隔膜及极板内实现形式上的固定。这就是现在工业电池领域在通信及其他行业广泛使用的阀控密封铅酸蓄电池。阀控密封电池与普通铅酸电池的区别是：板栅中一般采用铅钙或铅锑的耐蚀铅合金；电解液是相对固定的，实现氧的再化合；用单向排气阀取代普通排气阀等等；专门的恒压充电方式（电压、电流要求）。,技术来源 双登电源集团与英国Chloride Technical and Trad
19、e Ltd.合作联合制造，使用了该公司多项专有技术。阀控电池的特点 阀控电池整个寿命期间无需补水。理由是无锑极板有高的氢过电位和氧再化合机理（氧复合原理）所决定。充电过程中，水再正极上析出氧，氧再负极板的三相交界处被还原。但在此之前，氧必须要从正极板穿透到负极板。氧的在化合速度受穿透速度的限制。如果氧达到负极表面的数量少于生成的量，则再化合效率就是低于100。,胶体式阀控电池的工作原理,正极氧化 PbSO4+2H2OPbO2+HSO4+3H+2H2OO2+4H+4e 负极还原 PbSO4+H+2ePb+HSO4 2H2eH2,如图1所示 在充电期间，氧首先从正极析出。并 通过固态胶体的无数裂隙
20、直接到达负极。同负极析出的氢离子和电子还原成水。在此过程中，由于负极的去极化几乎没有氢从电池中逸出。因此，在这种电池中，水的分解和再循环是闭合回路。理论上，电池不失水。,两种阀控电池的主要区别,两种阀控电池的主要区别,胶体电池的富液设计,见图2 图2是典型富液电池完全充电后的电解液密度1.265g/cm3，硫酸铅的溶解度为2mg/L。我们设计的胶体电池完全充电后的电解液密度是1.24g/cm3，硫酸铅的溶解度为2.45mg/L；AGM阀控电池是贫液设计，完全充电后的电解液密度是1.30g/cm3，硫酸铅溶解度为1.52mg/L。在2535酸浓度范围内会随酸浓度的增加使硫酸铅溶解度降低。容易导致
21、负极钝化。,胶体电池的时效和气体反应效率,见图3 随着时效过程在胶体中形成裂隙，气体释出量以指数函数方式降低。反之气体反应效率以指数函数方式提高，如图3。未经时效的新的荷电态胶体电池直接进入浮充。用4天收集的气体量计算再化合效率为53，浮充约2个月再收集气体已经极少，再化合效率达95.5，在65天几乎收集不到气体，再化合效率已 99。,胶体电池的浮充寿命和循环寿命 2V系列胶体电池用于浮充的预期寿命是1214年和良好的循环寿命是基于下述理由：管式极板的总厚度是9.6mm高压压铸成型的正板栅及管式正极板，其设计寿命为20年足够的酸量和较少的失水,图4是500Ah同容量胶体电池和AGM电池在常温下
22、分别以2.23V和2.25V浮充60周的累计失水量。胶体电池累计60克，AGM累计126克。图中陡峭的斜线是德国阳光胶体电池61高温加速失水试验，浮充态的第9周末已失水近600克。胶体电池在常温下浮充的失水规律是在第2个60周比第1个60周减少了10，即54克，呈递减。但不一定每年减10，正在试验中。,胶体电池的制造工艺是首先使正负极板和隔板通过深放电吸附足够的酸量，即使不计算这部分的含水量，仅计算胶体中的含水量来看能否满足要求。500Ah胶体电池需灌注5.5Kg胶体，其中含水79.2，即含水4356克。一般认为，失水15，电池容量将降到额定容量的80。4356克的15是653克，以每年失水5
23、5克，约12年后电池容量降到80。如加上极板和隔板已吸附的电解液，电池寿命就会更长，远不止12年。这就需要特定的浮充电压，恒定的运行温度和规定的放电深度。,胶体电池由浮充状态转放电状态的电压曲线,见图5 图5的实际情况是，正常浮充的电池由于电网事故立即脱离充电机进行5h率的放电的实测电压变化曲线。美国电信对该放电曲线中的拐点e的5h率放电时的标准电压是 1.86V。,胶体电池在不同放电率及终止电压下放电结果表1是2V3000Ah胶体电池试验室测试数据（按YD/T7992002标准）,胶体电池在不同放电率放电后再充电的时间表2是3000Ah电池不同放电率放电后再充电的时间。充电方法是以1I10A
24、充至2.4V，再以恒压2.4V限流0.5I10A充至放电量的100。从中可以看出，胶体电池的充电接受能力是很优秀的。,胶体电池过度放电后，再充电接受能力试验。按DIN43534，DIN43539的要求，达到额定容量的电池要求外接一固定电阻并用1I10A连续放电30天（22）,30天的过度放电结束后，立即以（2.300.03）V恒压充电48h。充电结束进行10h率放电，放出的容量 75额定容量。充电结束做10h率放电，实际放10h44min（30），合107.4Ah；换算成25 为104.27Ah。,胶体电池的长时间放电能力 见表3 从C100的测试数据看，双登GFMJ比德国阳光A600系列要高处4.210，平均高出7。,胶体电池的恒功率放电 见表4,长时间恒功率放电比较（终止电压1.75V）,充电制度 无论是AGM还是胶体电池都必须严格控制充电制度。要能够根据环境温度自动调节充电电压。充电电压高，增大的电流产生的气体将超过胶体（或隔膜）中允许穿过的通道的通过能力，使再化合效率降低。充电电压低，将使负极盐化，降低充电接收能力，容量衰减，可能出现落后电池。有效的充电方法是恒流充电至某一电压值后再用小电流恒流充。也可采用恒压限流充电。精确的充电制度是保证电池优秀性能和运行寿命的前提。,主讲人：池 源 Tel:025-52122320 手机：E-mail：,
