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        閥控式密封鉛酸蓄電池技術與維護

        2020-4-9 16:22:09??????點擊:

        閥控式密封鉛酸蓄電池技術與維護

        電池標志.jpg

        一、 閥控式密封鉛酸蓄電池在通信電源系統中的作用

        1.  后備電源,包括直流供電系統和UPS系統

        2.  濾波

        3.  調節系統電壓

        4.  動力設備啟動電源

        電池型號.jpg

        二、  固定型鉛酸蓄電池的類型

        防酸隔爆式電池                   固定型鉛酸蓄電池

        AGM—陰極吸收式(貧液式)閥控式密封電池(VRLA電池)

         GEL—膠體式     AGM—陰極吸收式(貧液式)

        閥控式密封電池(VRLA電池) GEL—膠體式

        1.VRLA電池與GF電池相比較,VRLA電池具有以下特點:

        (1)在使用過程中,不需要添加水、調整酸的比例。

        (2)不漏液,無酸霧,無環境污染。

        (3)自放電小。

        (4) 結構緊湊,密封良好,抗震,比能量高。

        (5)不存在記憶效應。

        (6)使用范圍廣。

        2.  陰極吸收式VRLA電池與膠體電池的比較:

        (1) AGM電池使用初期無氣體逸出,GEL電池在使用初期需安裝排風裝置。

        (2) AGM電池內阻小,大電流放電特性優于GEL電池。

        (3)AGM電池的一致性和均一性較好,因電解液的擴散性和均勻性優于GEL電池。

        (4) GEL電池,(特別是管狀電極)使用壽命較長,不易熱失控。

        三、 VRLA電池的工作原理

        1.電池的充/放原理:

        鉛酸蓄電池的基本電極反應是鉛(Pb)和二價鉛(Pb2+)及四價鉛(Pb4+)之間的轉化。

        放電過程:負極:Pb→Pb2+正極:Pb4+→Pb2+(

        (+) PbO2 + 3H+ + HSO4 -+ 2e 放<═══>充 PbSO4 + 2H2

        電子得失為:負失正得即負氧化正還原

        充電過程:負極:Pb2+→Pb正極:Pb2+→ Pb4+

        (-)Pb + HSO4 - 放<═══>充 PbSO4 + H+ + 2e

         電子得失為:負得正失即負還原正氧化

        電池的充放電反應

        電池總反應:Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4

        2.VRLA電池的密封原理:

        (1)電池內部氣體產生的原因:

        電池在過充電時電池分解水,正極產生O2,負極產生H2

                 正極板柵腐蝕的同時產生H2

        電池自放電時正極產生O2,負極產生H2

        (2)氧復合原理(氧循環原理):

        電池在充電過程中,正極除了有PbSO4轉變為PbO2以外,還有氧析出反應,特別是電池的充電后期,當電池容量達到80%時,氧的析出反應更為劇烈,兩極的氣體析出反應如下:

        (+)2H2O → O2 + 4H+ + 4e          (--) 2H+ + 2e → H2

        對于浮充使用的VRLA電池,即使是浮充電流很小,但在長期浮充狀態下,除浮充電流一部分用于電池自放電生成的PbSO4轉為正負極活性物資以外,不避免的,浮充電流另一部分則用于水的電解,使正極析出氧氣,負極析出氫氣。

        氧和氫氣的產生使電池內部失水,電解液密度發生變化,也使電池難以密封。從鉛酸蓄電池誕生以來,人們都一直在尋求電池的密封,以此減少對電池的維護。VRLA電池的出現,實現了電池的密封,電池密封的關鍵技術是氧在電池內部的再復合實現氧的循環,以及采用AGM隔板吸收電解液,使電池內部沒有流動的電解液,氧的復合原理如圖3、4所示

        反應圖.jpg

                                        圖3:密封原理示意圖

        氧循環圖.jpg

                                        圖4:氧循環原理圖

            從圖3、4看出,正極充電過程中因電解水析出的氧氣,通過AGM隔板的孔隙,迅速擴散到負極,與負極活性物質海綿狀鉛發生反應生成氧化鉛(PbO),負極表面的PbO遇到電解液H2SO4發生化學反應生成PbSO4和H2O,其中PbSO4再充電而轉變為海綿狀Pb,生成的H2O又回到電解液,因氧氣的再復合,避免了水的損失,從而實現了電池的密封。

        鉛酸蓄電池實現密封的措施:

        1)  選擇高孔隙率AGM隔板,孔隙率在93%以上,為氧的復合提供通道

        2)  采取定量灌酸,使玻璃棉隔板在吸收電解液以后,仍有5—10%的孔隙率未被電解液充滿,因此VRLA電池又稱為貧液式電池。

        3)      過量的負極活性物資,正、負極板的容量比一般為1:1.1~1:1.2,這樣在正極充足電以后,負極仍未充足電,以防止氫在負極析出,若氫氣大量析出是無法復合的。

        4)      電池集群的緊裝配,采取集群預壓縮技術,將裝配壓在40—60Kpa之間,以保證AGM隔板與正負極板表面能夠良好接觸,因為VRLA電池的電解液主要靠AGM隔板提供。

        5)      高純度Pb—Ca—Sn—Al無銻板柵合金,因為Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氫過電位,從而能夠降低因板柵腐蝕而析出氫氣的可能性。

        6)      開閉閥壓力穩定可靠的安全閥,通信用VRLA電池的標準要求開閥壓10—35Kpa,閉閥壓3—15Kpa,開閉閥壓力較接近,可減少氣體排放和水的損失。

        7)      采用恒壓限流的充電方式,VRLA電池對過充電較為敏感,過充電會加速電流的損壞,恒壓限流充電可防止過充電和熱失控。

        3.VRLA蓄電池的自放電原理:

           電池自放電原因:

        1)  正極活性物質與電解液的反應;

        2)  正極活性物質與板柵合金之間的反應;

        3)  正極活性物質與負極析出氫氣的反應。

         

        四.VRLA電池的兩大類技術

             應用同樣的氧復合原理,但由于采用不同的固定電解液技術和不同的氧復合通道技術,因此可分為兩大類型的VRLA電池,即AGM技術和GEL技術(膠體),故又稱為AGM電池和膠體電池。這兩類電池各有優劣,目前在電信、電力等市場上應用的仍以AGM電池為主。

        1.  AGM技術

        采用AGM技術的VRLA電池,AGM隔板采用U形包覆法(也可采用S形包覆法)。采用AGM技術的VRLA電池的特點:內阻小,以超細玻璃棉隔板吸取電解液,使電池內沒有電解液,AGM隔板具有93%以上的孔隙率,而其中10%左右的孔隙作為由正極析出的O2到負極再復合的通道,以實現氧的循環,達到電池密封的目的。

        2.  Gel技術(膠體技術)

        以德國陽光公司采用Gel技術生產的OPZV膠體電池為典型代表。

        膠體電池的特點:內阻較大,采用觸變性SiO2膠體吸收電解液,使電解液不流動。

        以膠體的微裂紋O2的復合通道。膠體電池使用初期由于膠體未能形成大量微裂紋,氧的復合效率較低。 

        五、VRLA電池的失效模式

        VRLA電池盡管有許多的優點,但它和所有電池一樣也存在可靠性和壽命問題。VRL電池文獻報道:其使用壽命為15年左右(25℃浮充使用)。但國內外的VRLA電池在實際使用過程中,均出現過提前失效的現象。目前造成VRLA電池的失效模式主要有板柵的腐蝕與增長、電解液干涸、負極硫酸鹽化、早期容量損失(PCL)、熱失控等。

        六、VLRA電池的使用和維護

        1、VLRA電池的選型

        VLRA電池在使用前必須正確的選擇型號,以保證電池有足夠的放電容量,使通信設備能夠正常運行;另外選擇合理的容量能夠避免選擇容量過大而造成浪費。

        選型方法有兩種: 1)計算法   2)、曲線查找法。

        2、VLRA電池的安裝使用及注意事項

        在安裝和使用電池之前,首先應仔細閱讀產品說明書,按要求進行安裝和使用。安裝時,應特別注意以下幾個方面:

        1)、安裝方案應根據地點、條件制訂,如地面負荷、通風環境、陽光照射、腐蝕和有機溶劑、機房布局、維修是否方便等。

        2)、安裝時新舊蓄電池一般不能混用,不同類型的電池或不同容量的電池決不可混合使用。

         3)、電池均為100﹪荷電出廠,必須小心操作,忌短路,安裝時應采用絕緣工具,戴絕緣手套,防止電擊。

        4)、電池在安裝使用前,在0~35℃的環境下存放,儲存期限為3個月,若超過3個月,就應按使用書給定標準對電池進行補充電。

        5)、按規定的串并聯線路,連接列間、層間、面板端子的電池連接,在安裝末端連接件和整個電源系統導通前,應認真檢查正負極性及測量系統電壓。并注意:在符合設計截面積的前提下,引出線應盡可能短,以減少大電流放電時的壓降;兩組以上電池并聯時,每組電池至負載的電纜線最好等長,以利于電池充放電時各組電池電流均衡。

        6)、電池連接時,螺絲必須緊固,但也要防止擰緊力過大而使極柱嵌銅間損壞。

        7)、安裝結束后應再次檢查系統電壓和電池正負極方向 ,以確保電池安裝的正確。

        8)、可用肥皂水浸濕軟布清潔電池殼、蓋、面板和連接線,不能用有機溶劑清洗,以免腐蝕電池蓋及其它部件。

        3、VRLA電池的維護

        1)、閥控式密封鉛酸蓄電池的安放

            閥控式密封鉛酸蓄電池不必專設電池室,可與通信設備同裝一室??莎B放組合或安裝在機架上。

        2)、經常檢查的項目

        a、 浮充電壓,環境溫度;

        b、 連接處有無松動、腐蝕現象;

        c、 電池殼體有無滲漏和變形;

        d、 極柱、安全閥周圍是否有酸霧溢出;

        3)、補充電

        a、 電池系統安裝完畢,對電池組進行補充充電;

        b、 電池擱置停用時間超過三個月;

        蓄電池的放電

         a、每年應以實際負荷做一次核對性放電試驗,放出額定容量的30%-40%;

        b、每三年做一次容量試驗,到使用六年后應每年做一次;

        4)、蓄電池容量的測量

        方法1:離線式測量法

          a、將脫離供電系統的蓄電池組充滿電后靜置1—24h,在環境溫度為25℃±5℃的條件下開始放電;

        b、放電開始前應測蓄電池的端電壓,放電期間應測記蓄電池的放電電流,時間及環境溫度,放電電流波動不得超過規定值的1%;

        c、放電期間應測蓄電池端電壓及室溫,測量時間間隔為:10h率放電1h,3h率放電0.5h,1h率放電10min,在放電末期要隨時測量,以便準確地確定達到放電終止電壓的時間;

           d、放電電流乘以放電時間即為蓄電池組的容量,蓄電池不按10小時率放電時或環境

        溫度不是25℃時,則應將實際測量的容量換算成25℃時的容量;

             e、放電結束后,要對蓄電池組充電,充入電量應是放電電量的1.2倍。<, n="">

        方法2:在線式測量法

              a、在供電系統中,關掉整流器由蓄電池組放電供給通信設備,在蓄電池組放電時找出蓄電池組中電壓最低,容量最差的一只電池來作為容量試驗的對象;

              b、打開整流器對蓄電池組進行充電,等蓄電池組充滿后穩定1小時以上;

              c、對a中放電時找出的最差的那只電池進行10小時率放電試驗,放電前后要測量該只電池的端電壓、溫度、放電時間和室溫。以后每隔1h測試一次,放電快到終止電壓時,應隨時測試,以便準確記錄放電時間:

              d、放電時間乘以放電電流即為該電池的容量,當室溫不是25℃時,應按式(1)換算成25℃時的容量;

              e、放電試驗結束后用充電機對該只電池進行充電,恢復其容量;

              f、根據測量的數據繪制放電曲線;

        方法3:核對性容量試驗法

        為了能隨時掌握蓄電池組的大致容量,進行核對性放電試驗是必要的,其方法是:

        a、在直流供電系統中,關閉開關電源,讓蓄電池對通信設備供電,蓄電池組放電前后要測試每只電池的端壓、溫度、比重、室溫和放電時間、放出額定容量的30%—40%為止;

        b、放電結束后,要對蓄電池充電;

        c、根據測試的數據作出放電曲線,留作以再次測試時做比較;

        注意事項:

        上述3種蓄電池的容量試驗方法,是日常維護中常用的方法,但無論哪種方法,在容量測試期間通信安全都會受到一定的威脅。因此在做容量試驗時要防止市電中斷,備用發電組應處于良好狀態

        5)、周期維護項目

        月度保養

        每月完成下列檢查:

        1、保持電池房清潔衛生;

        2、測量和記錄電池房內環境溫度;

        3、逐個檢查電池的清潔度、端子的損傷及發熱痕跡、外殼及蓋的損壞或過熱痕跡:

        4、測量和記錄電池系統的總電壓、浮充電流;

        季度保養

        1、重復各項月度檢查;

        2、測量和記錄各在線電池的浮充電壓,若經過溫度校正有兩只以上電池電壓低于2.18V,請與廠家聯系。

        年度保養

        1、重復季度所有保養、檢查;

        2、每年檢查連接部分是否有松動;

        3、每年電池組以實際負荷進行一次核對性放電試驗,放出額定容量的30%—40%;

        三年保養

        每三年進行一次容量試驗,到使用六年后每年做一次,若該組電池實放容量低于額定容量的80%,則認為該電池組壽命終止。

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