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当前位置:主页 > 新闻资讯 > 状元彩票计划 > 影响理士阀控密封铅酸蓄电池性能的因素和科学有效的维护 时间:2019-03-04
影响理士阀控密封铅酸蓄电池性能的因素和科学有效的维护
在直流供电系统中,后备理士蓄电池组是整个通信供电系统的最后一道供电保障防线,又是电源维护工作的重点与难点,在通信设备供电中断的事故中,由蓄电池组引发的故障所占比重较大。其原因之一是蓄电池内部结构的复杂性及不可预见性;其次是蓄电池组受环境温度、温度补偿、浮充电压、充电电流和电池的深浅放电等诸多因素的影响。到目前为止,除了对蓄电池容量放电实验外,很难对蓄电池组性能进行全面定性、定量的测试分析,特别是蓄电池组引发的障碍一旦发生,将会造成直流供电系统中断的事故。因此,为确保通信网络的供电安全,必须根据阀控密封铅酸理士蓄电池的特点及科学有效的维护,确保通信设备直流供电安全、稳定、节能、环保。
1 蓄电池的结构和特点
(1)理士蓄的结构
VRLA蓄电池的基本结构是由正负极板、超细玻璃纤维隔膜、电解液、安全阀、导电端子以及壳盖、壳体组成,如图1所示。正负极板是电化学反应的区域,在板栅上敷涂铅膏经过固化、化成等工艺处理后形成。正极板有效成分为二氧化铅,负极板有效成分为海绵状铅。隔板为孔率在93%以上超细玻璃纤维组成。安全阀是一种排气装置,释放多余的气体来保持电池的气密性和液密性,并保持电池内部压力在最佳的安全范围内。电池端子与负载连接起到传导电流的作用,电池槽和外壳是由阻燃材料ABS或PP等树脂材料构成。
影响理士阀控密封铅酸蓄电池性能的因素和科学有效的维护
(2)VRLA蓄电池的特点
VRLA蓄电池在充电过程中,负极反应近似为还原反应,所以负极也称为阴极。VRLA蓄电池电池负极活性物质相对于正极有盈余,超细隔板透气性好,能吸附全部电解液,使电解液在蓄电池内部无流动性,同时又有自动开、闭的安全阀,保证了正极产生的氧气,在蓄电池内部以循环的方式被阴极吸收,即称为阴极吸附式原理。由于VRLA蓄电池具有独特的内部设计结构,保证了电池内部氧气循环复合的有效建立。在传统消氢和防酸隔爆铅酸蓄电池的基础上进行了改进,已成为一种新型的换代产品,并广泛地应用于通信行业。它与消氢和防酸隔爆式蓄电池相比,具有以下几个特点:电池在密封贫液状态下运行;不需要补酸和添加蒸馏水,无需测量电解液比重,电池内部使用了不流动电解液;有效防止了电解液分层,自放电率小,在标准温度下每月自放电小于3%,可以立放和卧放两个方向放置;能与通信设备同室安装,采用陶瓷过滤器基本无酸雾逸出;不漏液、不腐蚀设备,对环境污染小,但运行时对环境温度和浮充电压要求较严;没有记忆效应;比能量较高,具有大电流放电能力。
2 VRLA蓄电池的充、放电性能
VRLA蓄电池的充电可分为浮充式、恒压限流式和递增电压式三种,在电池放电时间短或补偿电池内部自放电而产生的容量损失时,采用浮充方式充电。当电池放电时间较长,蓄电池容量损失较大或同组电池中各单体电池端电压差大于100mV时,应采用恒压限流式或递增电压式充电。递增电压式也就是充电电压值小于或等于均充电压值。但是,若环境温度过高,造成蓄电池内阻变化,则浮充电压提高,导致充电电流增大,造成蓄电池失水过快,蓄电池容量下降,使蓄电池寿命缩短。所以浮充电压必须随温度的变化进行相应补偿,标准温度为25℃时,一般温度每增加或减少1℃,则浮充电压应减少或增加1~3mV。对于枢纽楼环境温度较好,电池温度补偿电压应设定每度补偿1mV为佳。
VRLA蓄电池放电时,可分为放电时间率和放电电流率两种放电规则,放电时间率是在一定的放电条件下,放电到终止的时间长短,放电时间率有20、10、5、3、1、0.5小时率。而放电电流率,是比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而定的,通常以10h电流放电率为标准,即蓄电池在标准温度25℃时,按10小时率电流放电到电池端电压为1.8V/只,电池所能达到的容量为电池的额定容量。
3 影响VRLA蓄电池的重要因素
(1)温度对VRLA蓄电池的影响
VRLA蓄电池在浮充状态下,电池内部产生的气体通过氧复合反应被负极板吸收变成水回到电池内部,不会使电解液枯竭引起容量降低。但环境温度偏离标准温度而升高时,将使电池水分子过度损失,提高了电解液浓度,从而加速合金腐蚀速度。若长期处于这一环境中,蓄电池正、负极板板栅慢慢穿孔损坏,易使活性物质附着能力减弱而脱落。所以,环境温度的升高,虽使容量有所增加,但高温又会使蓄电池正、负极板腐蚀剧增,严重地影响电极反应速度,同时环境温度过高时,蓄电池内部气体产生的压力增加。当蓄电池内部压力到10~35kPa时,蓄电池安全阀打开,内部水分子损失,降低了电池的额定容量,影响蓄电池的使用寿命。所以要求电池室标准温度保持在20~25℃,若环境温度高于标准温度10℃,则电池寿命将降低一半。
(2)浮充电压对VRLA蓄电池的影响
由于环境温度变化,将引起参加反应的离子数、PbSO4溶解度、溶解速率等的变化,同时将引起电池内阻的变化,从而导致浮充电压随之变化。VRLA蓄电池浮充电压过高,会使正极的析出量增加,气体再化合效率低,蓄电池内部压力升高,在形成气泡的过程中,气压强力冲击正极板栅,使正极板栅腐蚀,活性物质与板栅结合力变差,甚至脱落。这样,影响正极活性物质的使用寿命,使电池的容量下降,而且使气阀开启次数增加,蓄电池内部水分丧失,导致蓄电池容量下降。同时由于理士蓄电池结构上的密封性,又无游离电液,导致其散热条件比普通电池的散热条件要差。因而VRLA蓄电池对环境温度变化引起的电池过充电更为严重。
若VRLA蓄电池浮充电压过低,会使蓄电池经常处于欠充电状态,负极就会逐渐形成一种坚硬的硫酸铅枝体结晶,该晶体几乎不溶解,用常规方法充电很难使它转化为有效的活性物质,进而大大减少了蓄电池的实际容量,从而使蓄电池在放电时放不到额定容量。一旦市电停电,柴油发电机组未及时起动,通信设备供电将中断,后果不堪设想。
(3) 浮充电流对蓄电池的影响
由于VRLA蓄电池在浮充工作时,其负极电位近似为开路平衡电极电位,浮充电流值仅与正极电位和环境温度有关,所以在同一浮充电压下,浮充电流会随温度的升高而增大,虽然各蓄电池厂家浮充电压与浮充电流和环境温度的特性略有不同,但是浮充电流是随浮充电压的增大而增加的,浮充电流随环境的温度升高而增加。这种现象可以从开关电源监控模块电池充电电流显示出来,它与用数字钳型电流表测试的数据一样,所以开关电源监控模块对电池组必须按0.1C10设定浮充限流值。
4 VRLA蓄电池安装时应该注意的事项
虽然VRLA蓄电池出厂时,极板都进行了充、放电活化。但如果蓄电池的安装日期距出厂日期时间较长,经过长期的自放电,容量必然大量损失,靠单纯的浮充难以恢复其初始容量。并且,由于单体蓄电池自放电大小的差异,致使各蓄电池的端电压出现不均衡,个别电池会进一步扩展成落后电池甚至出现反极现象,所以理士蓄电池搁置三个月不用,必须进行补充电。
新蓄电池安装前测量开路电压,开路电压差值不大于20mV,并做好蓄电池测试纪录。此后应对其进行补充充电,在2.35V的补充充电电压下充电24h、2.40V充电12h,充电后期充电电流小于蓄电池10小时率的千分之三,测量单体蓄电池电压并纪录,此时蓄电池补充充电完成,断开蓄电池与充电设备的所有连接线。静置2~4h后,用假负载对蓄电池按10小时率进行容量试验,试验时每小时对蓄电池的总电压、放电电流、单体蓄电池电压进行记录,蓄电池放电后期,每10min检测单体蓄电池电压低的电池,若某只蓄电池端电压低到1.8V,应马上停止放电。计算出实际蓄电池放出的容量和蓄电池容量与温度关系曲线是否一致,若基本一致,证明理士蓄电池放电试验合格。
蓄电池按10小时率放电时,如果温度不是25℃,则应将实际测量的容量按下式换算成25℃时的容量
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式中,t—放电时的环境温度;
K—温度系数:
10小时率放电时,K=0.006/℃
3小时率放电时,K=0。008/℃
1小时率放电时,K=0。01/℃
Cr—试验温度下的电池容量。
对蓄电池进行充电。若到放电终止时,电池组放出的容量根据环境温度进行核算没有达到所规定的额定容量,电池组的出厂容量可能存在问题,应及时联系相关厂家前来处理。
对蓄电池进行充电时,开关电源浮充电压、均充电压、均充转浮充电压、充电限流及电池温度补偿电压等的设置正确后,对蓄电池按10小时率的电流模式进行稳压限流充电,限流值取0。1C10,充电时每两小时对电池总电压、总充电电流和单体电池电压进行测量并记录,充入的电量应大于放出电量的1。2倍以上,待蓄电池充电电流小于电池0。01C(即10A)左右或充电电流3小时不变时,证明蓄电池电量已经充满,此时电池组可以进入供电系统运行。
5 VRLA蓄电池工作的环境及其温度补偿
如上所述,温度和浮充电压的变化将给理士蓄电池带来严重危害,造成蓄电池过量腐蚀、极板过度腐蚀或水分过量流失,从而使寿命锐减或容量陡降。为解决这一关键性问题,必须密切关注VRLA蓄电池的温度补偿。蓄电池必须与具有温度补偿功能的智能型开关电源配套使用。其实目前大多数智能型开关电源都有温度补偿功能,但由于未引起重视而使该功能长期处于取消状态,造成不必要的损失。
蓄电池应工作在适宜的环境温度下,环境温度对VRLA蓄电池的放电容量、寿命、自放电、内阻等方面都有较大影响。开关电源都有电池温度补偿功能,每度每只蓄电池补偿1~3mV。对于枢纽楼由于冬季和夏季环境温度在20~25℃之间,蓄电池的温度补偿应该设定为1mV为佳;而对于环境较差的移动基站和接入网的单体蓄电池温度补偿应该设定为每度补偿3mV;对于枢纽楼和数据中心大型UPS蓄电池组,由于UPS的稳压精度为±1%,电压波动不大,不必加温度补偿功能。总之,理士蓄电池的最佳工作环境温度为20~25℃之间。
开关电源监控模块接入蓄电池的温度传感器应尽可能放置在最接近每组电池温度最高点的地方,建议将其放置在每组蓄电池的中间位置的单体电池上。当启动电池温度补偿功能之后,浮充电压和均衡电压都按照以下方式进行补偿:
Utc=Un-TC×N(T-20)
式中,Utc-经温度补偿后的浮充或均充电压;
Un-未经补偿的电压,即开关电源设置的浮充
或均充电压;
TC-在监控模块前面板上设置的补偿系数,单
位:mV/℃;
N-每组电池的只数,对于48V系统为24节;
T-温度传感器指示的温度(单位:℃)。温度补偿功能的温度有效范围是:10~35℃。
监控模块的面板上有“设定系数”按键,按设定系数按键后,监控模块上的字母数字显示器将显示当前的补偿系数,该值可以通过“增加”、“减小”和“确认”键进行修改,电池温度补偿系数的范围在0。1~5mV/℃。
当监控模块检测到蓄电池的温度与设定的温度有差异时,监控模块能够根据上述方程式设定的反比例关系对输出电压进行调整,浮充电压会自动跟随电池温度变化而进行补偿。所以,由于VRLA蓄电池独有的特性,应采取相应的维护管理措施,而解决电池温度补偿问题,根据环境温度对蓄电池电压进行补偿是最简单有效的方法,也是提高理士蓄电池使用年限,保障供电安全的最佳选择。
6 VRLA蓄电池的核对性放电试验和容量放电试验
(1)VRLA蓄电池的核对性放电试验
VRLA蓄电池端电压的测量不能只在浮充状态,还应在放电状态下进行。端电压是反映这种电池工作状况好坏的一个重要参数。浮充状态下进行电池端电压测量时,由于外加电压的存在,测量出的电池端电压易造成假象。即使有些电池反极或断路也能测量出正常数值,实际上是外加电压在该蓄电池两端造成的电压差。当市电停电时,蓄电池若有问题则放电时间很短,造成通信阻断故障。
所以每年定期对电池组在线进行一次带载核对性放电试验。即在直流供电系统中,关掉开关电源交流输入,让蓄电池对通信设备供电,蓄电池组放电前后要利用电池组监控截图两组的浮充电压、单体电池电压、温度、放电电流、放电时间,放出额定容量的30%~40%为止。放电结束后,要对蓄电池充电,充入电量应是放出电量的1。2倍。根据测试的数据截图放电曲线,留作以后再次测试时比较,并利用电池监控系统对蓄电池组进行检测打印存档。
同时用内阻测试仪对每个单体电池的内阻和连接条的压降测试。检查蓄电池单体连接条接触情况,对蓄电池连接条压降偏大的、有松动的进行紧固。测试方法为蓄电池按1小时率电流放电时,两只电池之间的连接电压降,在蓄电池的极柱根部测量时,其电压值应小于10mV。
(2 )VRLA蓄电池的容量放电试验
目前各通信电源供电系统中,开关电源与理士蓄电池为并联浮充供电方式。根据维护规程,每三年对蓄电池组进行一次容量试验,VRLA蓄电池使用6年后,每年进行一次容量试验,放出容量的80%以上。在这种情况下,蓄电池组只能带实际负载进行容量试验。为了确保蓄电池组在带实际负载放电情况下,直流供电系统安全可靠的供电,首先对柴油发电机组进行检查,确保柴油发电机组供电正常。然后针对各直流供电系统的负载情况,确定电池组的放电倍率,符合3小时率、5小时率或10小时率放电,3小时率放电电流为0.25C10、5小时率放电电流为0.168C10、10小时率放电电流为0.1C10,最好按10小时率进行蓄电池放电容量试验。维护规程规定-48V直流供电电压为-40~-57V,供电系统全程压降不大于3.2V。所以理士蓄电池在线容量试验时,根据环境温度估算出蓄电池组的放电时间和放出的实际容量。
(3)VRLA电池组单组离线式容量试验
如图2所示的电池组单组离线式容量试验,其测试数据准确、电池组实际容量计算方便、便于了解电池组的实际容量和电池组续航能力。但当该供电系统只剩下一组电池后备,系统备用电池组供电时间明显缩短,且不清楚在线电池组是否存在质量问题,尤其使用6年以上的电池组,一旦市电中断,该电池组对通信设备放电保障风险系数增大
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所以用此种方法对理士蓄电池组进行容量试验时,要求柴油发电机组必须处于最佳状况,以确保发电机组、开关电源等设备正常运行。
放电结束后的电池组充满电后再并入直流供电系统,此时与在线电池组间存在电压差,若操作不当将引起开关电源对并入的电池组进行大电流充电,产生火花,易发生安全事故。为了解决打火花问题,必须调整开关电源输出电压与充满电的电池组电压相等后,并入该直流供电系统中。该放电方式操作难度偏大,既要脱离电池组的正极电源线,又要脱离电池组的负极保险,尤其是脱离电池组负极保险时需要特别小心并做好绝缘处理,操作不当将引起负极短路,造成系统供电中断和人身安全事故的发生。同时放电电池组通过假负载以热量形式消耗,浪费电能,增大了机房空调的制冷时间,影响机房设备运行环境,需要维护人员时刻守护,以免假负载高温引发通信供电设备故障。
(4) VRLA两组全在线容量实验
两组电池全在线容量试验原理图如图3所示。理士蓄电池10小时率放电最低单体电池电压为1.8V,那么24节蓄电池的总电压为24×1.8=43.2(V),加上-48V供电系统的全程压降不大于3.2V,所以蓄电池组在线容量试验时,蓄电池组放电最低电压不能小于46.4V。此时必须调低开关电源监控模块输出电压为46.4V做后备电源,还要人工控制开关模块的输出电压为47.2V的方法(开关电源整流模块浮充电压必须大于监控模块的电压0.6V以上),同时调整智能负载柜的放电终止电压46.4V和放电时间,进行多重保护,并利用动环监控对蓄电池监测数据打印存档,同时维护人员在现场监测,发现问题及时处理,确保蓄电池组在线容量试验时,直流供电系统供电安全、稳定、可靠。
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其操作方法为调整开关电源直流输出电压为46.4V,使电池组直接对实际负载进行放电至开关电源直流输出电压保护设置值。由于电池组放电电流大,应按电源维护规程考虑48V供电范围40~57V的最低供电低压门限、电池组至设备供电回路全程压降3.2V及电池单体放电最低1.8V的要求考虑。为了保证供电系统安全,所以带实际负载的放电电流和放电时间掌控较困难,对电池组容量评估不够准确,对电池性能测试存在不确定因素,尤其对使用3年以上电池组性能检测难以达到试验的预期效果,若两组电池的单体电池都有失容、落后等质量问题,其放电至输出保护值的时间,不易被维护人员及时发现,此时可能后备电池组容量所剩无几,因此该放电方式比离线放电方式不安全系数更大。同时由于放电深度有限,对电池组的容量能力测试的目的无法达到,关键是在全容量放电的实践中会经常发现有些单体电池在放电前期电压正常,但到中后期,有些落后电池才开始逐步暴露出来。这一部分落后单体电池,由于放电深度不够而没有被及时发现,此放电方式只能大致评估理士蓄电池组容量,而无法检测除此时间以外还能放电多长时间。
同时两组电池组间放电电流不完全均衡,各电池组将根据自身情况自然分摊系统的负载电流,落后电池组内阻大,放电电流小,而正常电池组内阻小,放电电流大,这就造成某些落后电池因放电电流不够大而无法暴露出来,达不到电池组放电性能质量检测目的。
综上所述,由于动力维护规程要求必须定期对电池组进行容量试验,上述两种容量测试方法,各有优点又存在着弊端。离线实验方法虽然可以达到电池组容量试验和了解电池组的续航能力,但由于高层机房的电池组需要容量试验时,放电和充电设备搬运工作量太大。而在线式放电方法虽然工作量较小,但人为因素造成的供电系统安全系数小,潜在的安全隐患多,很难准确的达到电池组容量试验的目的。
(5)VRLA单组电池全在线式容量实验
在直流供电系统两组后备理士蓄电池中取一组,该电池组通过在线串接“全在线放电智能设备”提升在线供电电压,使被测电池组以自动稳流或恒功率对负载设备进行供电,从而实现被测电池组的安全节能。全在线单组电池充放的连线图如图4所示。
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全在线充、放电过程:被测电池组的正极与全在线(充)放电设备连接,不需要调整开关电源的浮充电压值,使被测电池组所在支路的电压略高出开关电源输出或另一组理士蓄电池的浮充电压,这样使该电池组对实际负载进行放电,放电过程中被测电池组电压随着放电时间而逐渐下降,通过全在线(充)放电设备进行自动电压补偿调整,保证被测电池组始终保持恒定电流或恒定的功率进行放电,当电池组放电终止,即电压、容量、时间和单体电池电压达到预期所设置的放电门限值时,放电试验结束,自动转入对被测电池组的全在线充电恢复过程,以消除两组电池之间存在的电压差,并引导在线开关电源输出,经过充电、等电位控制保护电路自动对被测放电后的电池组进行限流充电,自动完成在线等电位连接,恢复系统的正常连接后,全在线充、放电设备退出,结束蓄电池组充电,恢复等电位连接过程。实现了该电池组在线充、放电试验的目的和了解该电池组的实际容量。
全在线充、放电设备连接电池组时,拆、接线只在理士蓄电池组正极,无须拆电池组负极,只在负极接一根放电设备的工作电源线,操作过程不存在短路危险,充、放电全部在线自动运行;充、放电电流保持恒定;测试记录自动进行;被测电池组按0.1C10直接对负载放电和对电池组充电;无须看守,大大减轻工作强度,提高工作效率。
(6) VRLA电池组在某电力机房全在线式单组电池放电充电实验的具体实施方法
图5和图6分别给出了全在线式单组电池放电和充电原理图。图7为某通信机房两组-48V直流供电系统3000Ah电池的现场。该机房每组用全在线设备单独对负载放电试验进行具体操作。首先将6个*监测模块连接到该组电池各单体上(每个*监测模块可以监测4只单体电池电压),全在线设备控制系统上设定4个放电截止门限:单体电池截止电压门限1.8V;电池组截止电压门限43.2V;放电容量门限3000Ah;放电时间门限10h(上述任一门限达到,放电都将停止)。设定放电电流为300A,核对所有设置参数正确后进行放电。用直流钳形表检测该组电池的放电电流由0A逐步上升到300A,保持300A恒定,该组理士蓄电池电压如平常放电一样逐步下降,串接全在线设备的电压逐步上升,整个放电支路在线电压保持在比54V的系统浮充电压高0.3~0.6V即54.4V以上。检测另一电池组没有放电,仍然保持浮充54V工作状态。
影响理士阀控密封铅酸蓄电池性能的因素和科学有效的维护
浮充时全组各电池端电压的差值不大于100mV,测试方法蓄电池经过浮充运行三个月后,用四位半数字万用表在电池极柱根部测其每组电池中各单体电池的端电压,每只电池端电压之间的最大差值应小于100mV。每月测量蓄电池浮充电压、浮充电流和单体电池的端电压。如果厂家技术说明书有特殊的说明,以说明书为准。
9 结束语
理士蓄电池作为通信后备动力电池和储能电池广泛应用于各个领域,了解VRLA蓄电池的结构、特点、充放电性能以及影响VRLA蓄电池性能指标的重要因素,对蓄电池的维护管理是非常重要的。充分做好对VRLA蓄电池的维护,可延长使用寿命,节约能源,降低维护成本和风险,同时更直观地了解VRLA电池组的续航能力,为市电停电后电池组放电时长和发电机组调度提供依据。

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