閥控式鉛酸蓄電池的特性、應用及維護

1、閥控式鉛酸蓄電池的特性、應用及維護        摘要：介紹了閥控式鉛酸蓄電池的工作原理、特性、應用及維護時應注意的問題，并結(jié)合例子說明如何選擇蓄電池為UPS及電力系統(tǒng)配套。關(guān)鍵詞：蓄電池；浮充；電池容量蓄電池自1859年由法國人發(fā)明使用至今已有143年>' target='_blank' class='infotextkey'>歷史。1957年英國首先發(fā)明了再化合免維護汽車蓄電池，德國陽光公司發(fā)明了觸變性凝膠工業(yè)用鉛電池，1983年美國GNB公司發(fā)明并生產(chǎn)了I型

2、陰極吸收式密封鉛酸蓄電池，1985年日本YUASA公司開始生產(chǎn)MSE系列大型陰極吸收式密封鉛酸蓄電池。 隨之英國制訂出標準BS6290第四部分（1987）鉛酸固定型單體蓄電池和蓄電池組（閥控密封規(guī)范）；IEC制訂出IEC8962（1991）固定型鉛蓄電池一般要求和試驗方式，第二部分：閥控式；日本制訂出了JISC87071992密封式固定型陰極吸收式鉛蓄電池；中國郵電部制訂出YD/T7991996通信用閥控式密封鉛酸蓄電池技術(shù)要求和檢驗方法；中國電力部制訂出DL/T6371997閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件。以上標準成為產(chǎn)品質(zhì)量考核的技術(shù)標準。上世紀80年代起，國外生產(chǎn)類似產(chǎn)品的企業(yè)大量發(fā)展

3、，1988年深圳華達電源系統(tǒng)有限公司引進了美國GNB公司的技術(shù)，在消化吸收后開始生產(chǎn)閥控式鉛酸蓄電池，通過并聯(lián)組合最大容量可達12960Ah。20世紀90年代我國生產(chǎn)類似產(chǎn)品的廠家遍及全國。1閥控式鉛酸電池的工作原理閥控式鉛酸蓄電池的設計原理是把所需份量的電解液注入極板和隔板中，沒有游離的電解液，通過負極板潮濕來提高吸收氧的能力，為防止電解液減少把蓄電池密封，故閥控式鉛酸蓄電池又稱“貧液電池”。閥控式鉛酸蓄電池的極柵主要采用鉛鈣合金，以提高其正負極析氣（H2和O2）過電位，達到減少其充電過程中析氣量的目的。正極板在充電達到70時，氧氣就開始發(fā)生，而負極板達到90時才開始發(fā)生氧氣。在生產(chǎn)工藝上，

4、一般情況下正負極板的厚度之比=6：4，根據(jù)這一正、負極活性物質(zhì)量比的變化，當負極上絨狀Pb達到90時，正極上的PbO2接近90，再經(jīng)少許的充電，正、負極上的活性物質(zhì)分別氧化還原達95，接近完全充電，這樣可使H2、O2氣體析出減少。采用超細玻璃纖維（或硅膠）來吸儲電解液，并同時為正極上析出的氧氣向負極擴散提供通道。這樣，氧一旦擴散到負極上，立即為負極吸收，從而抑制了負極上氧氣的產(chǎn)生，導致浮充電過程中產(chǎn)生的氣體90以上被消除（少量氣體通過安全閥排放出去）。2閥控式鉛酸蓄電池的特性2.1浮充電壓浮充電壓=開路電壓極化電壓圖1氣體再化合效率=（電解液比重0.85）(0.100.18)V=（1.300.

5、85）(0.100.18)V=2.15V0.10V=2.25V例如，美國圣帝公司的電池電解液比重為1.240g/cm3,所以它的浮充電壓為2.19V。日本YUASA公司的浮充電壓為2.23V。2.2浮充電流固定型防酸隔爆蓄電池的浮充電流有兩個作用：1）補充蓄電池自放電的損失；2）向日常性負載提供電流。閥控式鉛酸蓄電池的浮充電流有三個作用：1）補充蓄電池自放電的損失；2）向日常性負載提供電流；3）浮充電流足以維持電池內(nèi)氧循環(huán)。2.3端電壓的偏差（靜態(tài)偏差與動態(tài)偏差）動態(tài)偏差在浮充運行初期較大。實際上，剛出廠的蓄電池可能是因為部分電池中處于電解液飽和狀態(tài)而影響了氧復合反應的進行，從而使浮充電壓過高

6、，電解液飽和的電池會因不斷的充電使水分解而“自動調(diào)整”至非飽和狀態(tài)，6個月后端電壓偏差逐漸減小。但偏差較大也不排除與有的制造商制造質(zhì)量有關(guān)。我國GB13337.1Q1及德國DJN4353984規(guī)定固定型電池靜態(tài)偏差范圍為電壓平均值的0.10.05V。郵電部YD/T7991996規(guī)定，靜態(tài)時，最高電壓與最低電壓值偏差為20mV，動態(tài)時，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50mV。電力部DL/T6371997規(guī)定，靜態(tài)時，最高電壓與最低電壓值偏差為30mV，動態(tài)時，最高電壓值與最低電壓值偏差不超過50mV。2.4氣體的復合在正常浮充電電壓下，電流在0.02C以下時，氣體100復合，正極析出的氧擴散到

7、負極表面。100在負極還原，負極周圍無盈余的氧氣，負極析出的氫氣是微量的。若提升浮充電壓，或環(huán)境溫度升高，使充入電流徒升，氣體再化合效率隨充電電流增大而變小，在0.05C時復合率為90，當電流在0.1C時，氣體再化合效率近似為零。如圖1所示，這時聚集在負極的氧氣和負極表面析出的氫氣很多，電池內(nèi)壓徒升，排氣閥開啟，造成蓄電池嚴重缺水。 2.5溫度的影響電池充電時其內(nèi)部氣體復合本身就是放熱反應,使電池溫度升高，浮充電流增大，析氣量增大，促使電池溫度升得更高，電池本身是“貧液”，裝配緊密，內(nèi)部散熱困難，如不及時將熱量排除，將造成熱失控。浮充末期電壓太高，電池周圍環(huán)境溫度升高，都會使電池熱失控加劇。溫

8、度每升高1,電池電壓下降約3mV/單電池，致使浮充電流升高，使溫度進一步升高。溫度高于50會使電池槽變形。溫度低于40時，閥控式鉛酸蓄電池還能正常工作，但蓄電池容量會減小。閥控式鉛酸蓄電池由于結(jié)構(gòu)問題對溫度要求很高，這一點大家都注意到了，為此，在設計充電設備時都考慮了溫度補償措施，但溫度采樣點的選取至關(guān)重要，它直接關(guān)系著補償?shù)男Ч?。溫度采樣點有三處，即蓄電池附近的空氣溫度、蓄電池外殼的表面溫度及蓄電池內(nèi)部電解液溫度。第一處最容易，目前基本都采用此法，但這種方法很不準確，因為由于某種原因使蓄電池溫度升高，但蓄電池溫度的升高很難引起蓄電池附近的空氣溫度的升高，因此這種補償措施基本無用；第三處最能反

9、應蓄電池的實際情況，但較難實現(xiàn)；第二處最實際，也較容易實現(xiàn)，目前已有企業(yè)根據(jù)第二處的采樣設計溫度補償單元。 2.6種類閥控式鉛酸蓄電池分為三類，即大型、中性、小型。單體在200Ah及以上為大型，20200Ah為中型，20Ah以下為小型。電力系統(tǒng)在設計上一般均選用大型鉛酸蓄電池,而UPS電源在設計上則選用中型鉛酸蓄電池。2.7電池容量鉛酸蓄電池的極板在制造過程中，對生極板進行充電化成，使正極板上的鉛變成二氧化鉛，負極板上的鉛變成海綿狀鉛。但由于在制造廠對極板進行化閥控式鉛酸蓄電池的特性、應用及維護()表1每個電池在1.67V最終電壓時放電的瓦特數(shù)1510152025303540456012018

10、03004806007201440UXL331220817913110486.774.766.359.754.650.440.42316.410.87.36.15.32.7441227723917513811699.688.479.672.867.253.830.721.814.49.88.173.6551234729921917314512511199.5918467.338.427.31812.210.18.84.566641636926320717314913311910910180.74632.821.614.612.110.55.588655447835027621119917715

11、014613410861.443.728.819.515.2147.6110669359843834528924922119918216813576.754.63624.420.217.59.1165274160150142236732629026424322619111684.955.837.530.526.213.6220298780166956348943438735232330225415411374.45040.634.918.133021481120110038447336515805264864523812311701127560.952.327.1550224682002167

12、114061222108596787981075363538628318612510287.245.2110024937400333432813244411701933175716181506127077156637225020317490.41550274056005501442193666325529002636242922591905115784955837530526213622002987480066686562648884340386635143238301225401542113274450040634918133002148111200910029843973326510579

13、95271485745183810231316981116750609523271時間min蓄電池型號W成的時間有限，不可能將所有的物質(zhì)均轉(zhuǎn)化成活性物質(zhì)，為此，國家標準規(guī)定新電池達到90容量為合格，只有在今后的日常使用中，容量逐漸達到正常值，安裝2年后要求達到100。我國、日本、德國工業(yè)用電池采用10小時率，美國的工業(yè)用電池標準為8小時率。我國電力、郵電標準規(guī)定，10小時率電池，1小時率時容量為0.55C10。日本工業(yè)標準規(guī)定2V，10小時率電池，1小時率時容量為0.65C10；6V、12V，10小時率電池，1小時率時容量為0.6C10。20小時率電池，10小時率時容量為0.93C20，1小時

14、率時容量為0.56C20。電力系統(tǒng)一般在設計上均選用10小時率鉛酸蓄電池,而UPS電源在設計上則選用20小時率鉛酸蓄電池。2.8壽命工業(yè)電池可分為兩類：一類為深循環(huán)使用的電池，另一類為浮充使用的“備用電源”電池。循環(huán)使用的電池以深循環(huán)次數(shù)來表示其使用壽命，以0.8C10深度充放電循環(huán)使用的電池，其壽命達到1200次以上；而浮充使用的電池，年限可達到1012年，有的可達到1520年。蓄電池只有80容量時認為壽命終止。3閥控式鉛酸蓄電池的應用3.1UPS電池的選擇例如：某UPS的功率輸出為50kVA，其直流電壓范圍330480V；放電時間30min；單體終止電壓1.67V；UPS效率0.90；功率

15、因數(shù)0.95。計算與選擇1）將UPS的kVA數(shù)轉(zhuǎn)換為kW數(shù)50/（0.9×0.95）=58.48kW2）決定所需電池個數(shù)nn=330V/1.67V=1983）確定電池電壓不超過直流電壓范圍198×2.27=449.46V<480V4）決定每單元所承受的功率58480W/198=295.35W由于蓄電池使用壽命終止的條件為電池放電容量的80，因此應使用此時的容量作為初次選擇的條件，則295.35W/0.8=369.19W5）從YUASA說明書的功率資料找出適當?shù)慕K止電壓（1.67V）放電時間（30min）。從表1找出型號UXL2202可承受387W>369.19W

16、的功率，設計壽命15年。3.2電力系統(tǒng)蓄電池的選擇例如：某220kV變電所220V直流負荷為經(jīng)常負荷16.0A;事故照明18.2A;通信電源9.1A;表2GFM型蓄電池不同時間放電率及不同放電終止電壓容量換算系數(shù)和容量系數(shù)表終止電壓V容量換算系數(shù)容量系數(shù)不同放電時間（min）的Kc和Kcc1/1212930596089901201501802403003603904204794801.75Kc1.541.531.000.9840.6200.6150.4820.4790.3870.3370.2890.2340.1950.1690.1610.1530.1360.135Kcc0.4920.6150.

17、7190.7740.8430.8670.9360.9751.0141.0471.0711.0801.80Kc1.451.430.920.9000.6000.5980.4760.4720.3740.3240.2800.2240.1900.1660.1580.1500.1320.132Kcc0.4500.5980.7080.7480.8100.8400.8960.9500.9961.0271.0501.0561.83Kc1.381.330.8430.8230.5700.5650.4580.4550.3570.3160.2700.2170.1840.1600.1530.1450.1270.127Kc

18、c0.4120.5650.6830.7140.7900.8100.8680.9200.9600.9951.0151.0161.85Kc1.341.240.8000.7800.5580.5400.4320.4280.3440.3060.2620.2140.1800.1570.1480.1400.1230.123Kcc0.3900.5400.6420.6880.7650.7860.8560.9000.9420.9430.9800.9841.87Kc1.271.180.7640.7550.5480.5200.4130.4080.3340.2980.2580.2090.1770.1550.1460.1

19、370.1200.120Kcc0.3780.5200.6120.6680.7450.7740.8360.8850.9300.9490.9590.9601.90Kc1.191.120.6850.6760.4950.4900.3830.3810.3210.2890.2530.2000.1700.1500.1400.1310.1180.118Kcc0.3380.4900.5720.6420.7230.7590.8000.8500.9000.9100.9170.944容量換算系數(shù)Kc=I/C10(1/h)容量系數(shù)Kcc=Kc·h遠動電源4.5A;電流統(tǒng)計47.8A;1小時容量統(tǒng)計47.8Ah。計算與選擇1）根據(jù)最高電壓確定蓄電池個數(shù)nn=1.05×額定電壓/浮充電壓=1.05×220/2.25=102.67取n=102個2）蓄電池放電終止電壓UZUZ0.85×額定電壓/n=0.85×220/102=1.83V3）蓄電池容量選擇CCCC=KK×CS/KCC=可靠系數(shù)×放電容量/容量系數(shù)=1.4×47.8/0.656=102Ah（容量系數(shù)可從表2查出）。選擇蓄電池的標稱容量C10=200Ah