关于电池的使用与维护.

©2007EatonCorporation.Allrightsreserved.UPS蓄电池的使用与维护整流器逆变器蓄电池电能化学能电能蓄电池作用蓄电池是直流储能装置，属于二次电池充电器对蓄电池充电，电池将电能转变为化学能储存起来市电中断时，蓄电池放电，将化学能转变为电能进行放电蓄电池相当于一个超大容量的电容器，在储能同时还可以起到直流平滑滤波作用。蓄电池分类蓄电池分类按电解液种类按电池槽结构酸性电池按使用环境碱性电池固定式移动式按电解液多少贫液式富液式半密封式密封式UPS用蓄电池商业级UPS通常用贫液式阀控密闭铅酸蓄电池（VRLA）工业级UPS通常用碱性蓄电池本文重点介绍VRLA电池，即我们常说的免维护电池UPS对于蓄电池要求：•长时间放电•大电流放电•所需维护少•无酸性和易爆氢气析出VRLA电池的定义根据GB2900.11-28国家标准对于蓄电池的定义，VRLA电池具有免维护功能，是指在使用期间无需加水。所谓免维护仅指无需加水，但在实际工作中仍需维护。根据放电倍率将VRLA电池分为：•中倍率电池（1小时～10小时放电）•高倍率电池（1分钟～1小时放电）世界著名的蓄电池品牌美国GNB/阳光电池台湾CSB电池美国C&D电池集团日本Panasonic（松下）电池日本Yusas（汤浅）电池意大利FIAMM非凡电池日本GS（统一）电池德国SAFT电池德国Hoppeck电池美国Power电池法国Warat电池英国Enersys电池浙江南都电池华达电池哈尔滨光宇电池江苏双登电池山东华日电池深圳理士电池广东新能电池东洋电池蓄电池技术的发展1859年，英国人普兰特发明了铅酸蓄电池1957年，英国Chloride公司发明了再化合式免维护汽车用蓄电池德国阳光公司发明了胶体电池日本GS公司发明了阴极吸收式技术制作出小型蓄电池美国盖茨公司将玻璃纤维隔板用于密闭铅酸蓄电池VRLA电池的特点整个使用寿命期内无需添加水，具有“免维护”功能不漏液、无酸雾、不腐蚀设备，无氢气析出自放电小，25℃下每月自放电率小于3％使用寿命长，可达5～10年结构紧凑，抗震动，比容量高无记忆效应VRLA蓄电池结构VRLA电池组成包括：板栅活性物质隔板安全阀壳体板栅包括正负极板和端子起传导和汇集电流的作用是极板活性物质的支撑载体板栅的筋条成放射性为佳，矮型优于高型板栅材料通常采用铅钙合金，其优点有：•降低板栅的腐蚀•不易析出氢气•导电性能好•减小自放电率负极为涂膏式极板正极为管式极板活性物质正极活性物质为二氧化铅（PbO2）负极活性物质为铅(Pb)电解液为纯硫酸与纯水按照一定比例配置而成正负极活性物质都是由铅粉与添加剂混合，加入稀硫酸调配成铅膏，再敷涂到板栅上，之后经过固化、干燥而成。正极反应式：负极反应式：放电充电PbSO4PbO2放电充电PbSO4Pb隔膜隔膜材料采用超细玻璃纤维（AGM）用于隔离正负极板，防止正负极短路隔膜中有众多大孔和小孔，小孔储存了70％的电解液，大孔提供氧气自正极扩散到负极的通道电池壳体材料种类优点缺点PP聚丙烯及其聚合物耐温最高，不吸水、不受空气潮湿影响氧气保持性能差，硬度小PVC聚氢乙烯烧结物绝缘性能好，硬度比PP材料高，吸水性小，保氧保水性能较好硬度较差，热变形温度较低ABS丙烯晴－丁乙烯－苯乙烯聚合物硬度大，热变形温度高，电阻系数大氧气和水汽渗漏较大安全阀当电池中气体压力过大时，安全阀打开，及时排除气体气体排除后，安全阀自动关闭，防止外部气体进入电池内安全阀具有单向节流性VRLA电池容量电池的额定电压有2V、6V、12V规格电池的容量单位是AH，安时以不同的电流进行放电，则同一只电池所能提供的容量也是不同的。为标定电池的容量，我国规定以10小时放电倍率来对电池进行放电测量，测量电池所能放出的最低限度的电量，单位是Ah（安时）。国外电池通常采用20小时放电倍率对电池容量进行标称。通常我们称一只电池容量为1C，以我国定义的12V/100安时电池为例，则10小时放电倍率是指放电电流为：0.1C，即10安培100安时电池是指以10安培放电持续时间应至少为10小时。放电电流越大，电池所能放出的容量越小。同样是标称容量为100AH的电池，以10小时倍率标称的电池要比20小时容量大。蓄电池额定容量当放电条件变化时，蓄电池所能提供的容量不同。蓄电池的标称额定容量是按照以下条件规定的：•环境温度20℃•放电中止电压单体1.8V（对于2V单体）•放电中止电压10.5V（对于12V电池）•采用10小时放电倍率放电当环境温度高于20℃时，电池实际容量=C10x[1+0.006x(T-20)]VRLA电池容量电池放电率放电电流电池可提供容量20小时放电率0.05C110％的C10容量10小时放电率0.1C100％的C10容量5小时放电率0.2C85％的C10容量3小时放电率0.4C75％的C10容量1小时放电率0.6C50％的C10容量30分钟放电率0.92C20分钟放电率1C10分钟放电率2C胶体电池硅胶液时将工业水玻璃用纯水稀释、净化处理、加热浓缩而成。胶体电池电解液是用纯硅胶溶液和一定浓度的纯硫酸，按照比例配置而成。胶体电解液静止不动时状态如固体，一经触动胶体形如液体胶体电池广泛用于启动型电池。胶体电池优点适应高频率、深度放电要求；深度放电后可以100％得到回充；采用厚极板，减少了板栅的腐蚀，提高电池循环使用寿命；长时间放电具有优异性能；自放电小胶体电池缺点短时间放电能力弱充电电压VRLA电池具有三种充电状态浮充：UPS电池在99％时间内处于浮充状态充电：电池放电完毕后需进行的补充充电均充：当电池压差严重不一致时对电池进行均衡充电充电状态是由UPS充电器设定并控制的，充电参数应在UPS开机时设定好。浮充即使市电不停电，UPS电池自身也会存在缓慢的自放电，自放电率通常为每天0.2%当电池已经充满电后，为满足电池的自放电损耗，同时为使电池始终处于满电位备用状态，而进行的涓流充电，充电电流极小。•对于2V电池，浮充电压通常为2.25~2.27V•对于12V电池，浮充电压通常为13.6~13.8V•具体电压值应根据电池厂商技术要求•充电电压必须应根据环境温度变化自动补偿电池浮充电压温度补偿UPS内部配有电池温度传感器，可根据环境温度自动调整浮充电压，进行充电电压补偿环境温度越高，充电电压应越低以20°C为基准，充电电压补偿系数为：•VRLA电池：2.27V-0.03V/°C•胶体电池：2.23V-0.04V/°C2.222.242.262.282.302.322.34010203040环境温度：°C单体充电电压蓄电池的充电指新电池或电池放电后，充电器对电池进行的补充充电。电池是没有智能的，对任何大小的充电电流都“来者不拒”过大的充电电流会造成电池极板活性物质脱落，电池内电解产生的气体来不及复合成水，气体压力巨升，造成安全阀开启，电池失水，寿命缩短。电池内部气体压力过大造成外壳鼓胀变形。充电电压必须严格按照厂家要求设定。必须对UPS充电器作出精确设定，采用恒压限流充电电压电流时间0,1C2.27V蓄电池的充电（恒压限流充电）对于2V单体电池，充电电压应为2.23~2.27V对于12V电池，充电电压应为13.4~13.6V充电电流最佳为0.1C，最大不超过0.2C均充UPS所用电池组是由众多电池串连而成，由于各单体性能不一致，造成电池间充电电压差距日趋拉大。当电池间压差超过50mV时，用浮充方式已无法解决均衡问题，需提高充电电压至单体2.3V以上，进行均充。均充时间不能过长，UPS应进行严格的充电电流限制。电池放电深度电池的安全的放电深度是指：电池在到达规定的安全中止电压时，UPS逆变器必须关机，以避免深度放电。例如：如果电池放电时间达到2小时，则电池安全中止电压即为1.75V，如果UPS逆变器在电池到达1.75V时仍不关闭，而使电池继续放电达到1.7V，即为深度放电。深度放电将对电池造成不可逆转的永久性损坏。放电深度越深，电池循环使用次数越少。小型UPS通常设置电池中止电压固定为1.75V。大型UPS通常具有电池中止电压自动补偿功能。电池放电终止电压UPS逆变器在此中止电压到达时应关闭123456789101.65放电时间2V单体终止电压1.701.751.80电池使用寿命电池使用寿命分为：循环使用寿命和浮充使用寿命，无论哪个先到达即为电池寿命寿命终结。当电池剩余容量只剩标称容量的80％，即表示“电池寿命已到”，可报废。影响电池使用寿命的主要因素电池结构：极板越厚，寿命越长，2V电池寿命长于12V电池•环境温度•充电技术•放电深度40％50％60％70％80％90％100％123456年寿限到循环使用寿命指电池的循环可充放电次数放电深度越深，电池可循环使用次数越少。当放电深度30％时，可循环充放电1200次左右当放电深度50％时，可循环充放电500次左右当放电深度100％时，可循环充放电200次左右电池浮充使用寿命以20℃为基准，环境温度每升高10℃，电池寿命缩短一半温度高时，电池内部电化学反应加速，电池放电性能提高，但这是在“透支体能”温度低时，电池寿命延长，但可提供放电量减少。电池适于低温储存。电池最佳工作环境温度为20～25℃电池充电电压尽可能平稳，纹波电流小充电纹波电压电池充电器输出充电电压应可能平滑，通过直流电解滤波电容滤除直流电压中的纹波。纹波电压应小于5％的直流电压。注入电池的纹波电流应小于0.05C10蓄电池散热和空调配置蓄电池室内应配置制冷空调，维持室内温度在20℃蓄电池的散热主要源于电池的内阻功耗。•举例：90-NETUPS配备2组33只大力神MPS12V/100AH电池，每只电池内阻为0.0035欧姆，则整组电池的电阻R为0.23欧姆；•充电限流I为0.1C即20安培；•则整组电池最大散热为I2×R=202×0.23＝92（瓦）•空调的制冷量应满足至少为92瓦新电池安装使用注意电池应垂直安放在电池柜或电池架上，不可倒置或倾斜电池安装间距应至少10毫米，以保证良好散热电池柜/架应作可靠接地，并做防震固定电池端子应按照极性可靠连接，并图上凡士林防锈剂电池连接电缆应尽可能短，且长度一致新电池应根据电池厂商技术要求设定UPS充电电压，UPS的充电限流设为0.1C电池在经过一两次充放电循环后，方可达到最佳性能电池选择注意事项电池种类•5年寿命电池•10年寿命电池电池后备时间(分钟)逆变器所带负载KVA、KW和负载功率因数UPS逆变器DC-AC逆变效率电池放电终止电压：通常为1.65V/单体UPS每组电池串连的单体电池节数•例如80KVAUPS每组电池单体数为198(33节12V电池)电池恒功率放电表举例：DynastyMPS12-5012V/50安时电池举例：DynastyMPS12-5012V/50安时电池注意对UPS而言，恒功率放电参数表更为重要有些品牌电池提供的是2V电池单体恒功率放电表有些电池厂家提供的是12V电池的恒功率放电表对于未提供恒功率放电表的电池，可参考同容量其他品牌电池的放电表举例60KVAUPS要求满载延时15分钟要求采用5年寿命电池查询技术参数表可知：•UPS负载60KVA/48KW•每组单体电池节数：198节•DC/AC逆变效率为94％•电池放电终止电压＝1.67V/单体•环境温度＝25摄氏度计算查找单体电池恒功率放电瓦数瓦/单体＝VA*输出功率因数/逆变效率*电池单体节数瓦/单体＝60000*0.8/0.94*198＝258瓦/单体所选电池必须能在25°C室温下，恒功率放电至1.67伏终止时，单体放电功率至少为258瓦，否则需要多组电池并联或采用更大容量的电池。参考电池放电功率表电池放电曲线12V/50安时