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阀控式密封铅酸蓄电池的应用与维护---福州联鸿电眼公司
发布日期:[2011/7/30]
自法国普兰特1859年发明铅酸蓄电池以来,至今已有一百多年的历史。它与其它一切化学电源一样,是一个电能与化学能相互转换的装置。由于它具有电动势高、充放电可逆性好、运用温度范围广、电化学原理清楚、消费工艺易于掌握和原资料丰厚而且价钱昂贵等优点,取得了普遍的运用。随着迷信技术的开展,自50年代起,不时对传统的铅酸蓄电池停止技术改造。特别是阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)的问世,由于它克制了酸液易于外溢令人头痛的弊端,能与电子设备放在一同,契合用户运用方便的要求,从而使它的运用范围愈加宽广。固然,作为一种新技术、新产品推向市场,需求有一个不时完善的进程,除了制造商对产品技术和质量不时提高外,还需求用户对新产品的运用和维护有所了解,使之用得更合理、更持久。
1任务原理与优秀特性
  VRLAB的任务原理,基本上仍因循传统的铅酸蓄电池,它的正极活性物质是二氧化铅(PbO2),负极活性物质是海绵状金属铅(Pb),电解液是稀硫酸(H2SO4),其电极反响方程式如下:
  正极:
PbO2+HSO-4+3H++2ePbSO4+2H2O
  负极:
Pb+HSO-42PbSO4+2H2O  整个电池反响方程式:
Pb+PbO2+2H++2HSO-42PbSO4+2H2O  VRLAB在结构、资料上作了重要的改良,如图1所示,正极板采用铅钙合金或铅镉合金、低锑合金,负极板采用铅钙合金,隔板采用超细玻纤隔板,并运用紧装配和贫液设计工艺技术,整个电池反响密封在塑料电池壳内,出气孔上加上单向的平安阀。这种电池结构,在规则充电电压下停止充电时,正极析出的氧(O2),可经过隔板通道传送到负极板外表,恢复为水(H2O),其反响式如下:
  正极上:2H2OO2+4H++4e
  负极上:O2+2Pb2PbO
2PbO+2H2SO42PbSO4+2H2O
  这是VRLAB特有的外部氧循环反响机理,这种充电进程,电解液中的水简直不损失,使电池在运用进程中到达不需求加水的目的。
 
图1VRLAB任务原理表示图
  由于作了上述重要改良,VRLAB具有体积小、重量轻、自放电小、少维护、寿命长、运用方便、对环境无腐蚀、无污染等优秀特性,与传统的铅酸蓄电池相比,在运用、维护和管理上有着清楚的优点。
  (1)运用方便
  VRLAB只需严厉控制整流器的充电电压,依据浮充运用和循环运用的不同要求,采用规则的电压停止恒压充电,无需值班人员过多操心电池的充电进程,不用添加蒸馏水,也不用经常检测电池端电压、电解液比重及温度,只需活期检测电池端电压和放电容量即可。
  (2)装置简便
  VRLAB已停止过化成充放电处置,荷电出厂,所以用户在装置运用时,无需再停止繁琐的初充电进程,假设放置时间超越六个月,可按消费厂的规则停止补充电,在充足电之后,停止一次容量实验性放电反省,以判别电池容量能否契合规范要求,质量能否动摇牢靠。
  (3)平安牢靠
  VRLAB采用密封结构,可竖放或卧放运用,无酸雾、无毒、无有害气体溢出,由于电池采用恒压充电制,电池外部完成氧循环进程,水损失很少,即使偶然过充,有大批的气体可经过平安阀向外排出,电池壳不致因压力过大而鼓胀甚至爆裂。
  (4)节省投资
  VRLAB不污染设备和环境,可与电子设备放在一同运用,无须专门用于电池放置和维护的房间,维护任务量大大增加。而且电池装置可采用叠放式电池架,占空中积小,浪费电源系统的投资费用。
  总之,VRLAB的优秀特性,无疑对通讯、电力、信息、金融等行业的迷信管理发明了极为有利的条件,容易完成微机控制,可完成无人值守和微机集中监控的现代化管理方式。
2运用范围与开展前景
  众所周知,从平常的玩具、手电筒到重要的通讯机站、电站等范围都有电池的用武之地,作为后备电源或动力电源,在许多重要系统装置、设备的平安运转中总少不了它,随着计算机、信息、运输、电力等事业的开展,电池的需求量仍不时增长,据统计,当今世界对电池的需求量年增长率接近8%,估量到2002年,全球电池销售总额将到达550亿美元[1]。
  其中,铅酸电池销售量占世界电池总销量的一半以上。本文援用世界最有威望的美国国际电池协会(BCI)提供的调查资料[2]说明铅酸电池的运用范围和开展前景。
  美国电池工业,主要是指铅酸电池,它的运用范围可分为两局部:
  (1)机动用电源(Motivepower)
  主要用于卡车、铲车、小汽车及铁路机车等车辆用电池,1977年统计资料,这方面销售额占40%。
  (2)固定用电源(Stationarypower)
  主要用于电话通讯、不连续电源(UPS)、平安报警、开关控制、应急灯、电子设备及医疗设备等,这方面销售额占60%。
  该协会调查组搜集了美国16家知名铅酸电池制造厂商的销售资料,总结和预测了各个运用范围的销售状况(见表1)
表1美国工业电池市场销售状况及预测(单位:百万美元)
类别 运用范围 1997年 2002年
固定用电池 通讯 235 464
UPS 180 336
其它运用* 78 130
控制扫尾 27 38
应急灯 21 31
平安报警 17 25
电子仪器 11 19
医疗仪器 8 12
机动用电池 工业车辆** 373 467
铁路机车 11 13
小型车辆 9 9
总计 969 1500
*指草地、花园、玩具和一些特殊的运用场所
**指铲车、卡车、自动导向车辆及机场地勤车辆
  从表1可以看出,美国铅酸电池的销售前景是很好的。特别是通讯、UPS方面,其销售占固定用电源总额70%。而且,这些范围中,新的设备运用电池和旧设备改换电池大都采用VRLA电池。
  我国从80年代中期末尾研制VRLAB,但都是小型电池,上海复华实业股份有限公司从1986年末尾研制小型VRLAB,装入自行设计的UPS设备中停止试用定型,于1991年经过上海市新产品鉴定,并末尾制造POWERSON牌容量从1.2~100Ah的MF全系列VRLA电池,将其推向市场,取得了较好的经济效益和社会效益,荣获1993年度上海市科技提高二等奖。90年代初,为了顺应我国电信事业的开展,复华公司引进美国、德国先进的电池设备和技术,在上海嘉定复华高新技术园区内树立了现代化的电池厂,研制出POWERSON固定型GMF系列VRLAB,容量从200~3000Ah,普遍运用于通讯、电力和UPS系统。POWERSON牌VRLAB已经过信息产业部、电力部、总参、国度产质量量监视机构及美国UL的检测认可,制造厂也经过了ISO-9001质量体系认证。如今,VRLAB在我国已遍地开花,市场竞争愈加剧烈。但是,只要制造设备,消费工艺及管理水平上层次的制造商,才干赢得用户的信任。3运用要求与维护方法
  VRLAB在我国推行运用已有十多年了,由于其不溢酸雾、少维护的特性,遭到愈来愈多用户的喜爱。但从用户运用状况来看,还有不少用户不甚了解VRLAB运用要求,以为是不要维护的,在改换传统铅酸电池时,也未调整充电电压,甚至仍用恒流充电制,由于电池过充过放,热失控等状况,致使电池早期失效。因此,增强对VRLAB运用要求和维护方法的宣传,正确了解“免维护”的含义,对进一步推行VRLAB运用是十分必要的。
  影响VRLAB运用寿命的主要要素是热失控和失水,下面区分讨论它们的原因和预防措施[3]:
  (1)热失控的发生与预防
  由于充电电压和电流控制不当,在充电前期,会出现一种临界形状,即热失控。此时,蓄电池的电流及温度发作积聚性的相互增强作用,使电池槽壳变形(“鼓肚子”),如有一用户,在装置2000Ah电池组时,线路接错,少接二只电池,即48V变成44V,而充电电压又依照53.7V停止浮充,这样每只电池浮充电压从2.23V变成2.44V,充电一个月后,由于电池外部热积聚,排气不及,使电池“鼓肚子”,这是比拟严重的缺点。
  应该指出,在正常浮充电压下是不能够发生热失控的,只要人为操作和设备失控使电压过高,或电池组中一般电池严重缺点如短路、反极时才干够发生。因此,正确选择浮充电压和活期反省每个电池的“安康状况”是十分重要的,假设环境温度变化较大,应依据温度补偿加以校正。
  (2)电池失水与预防
  VRLAB是在“贫液”形状下任务的,其气体复合效率应接近100%。假设制造工艺中,电池处于“富液”形状,会使隔板中O2的通道阻塞,气体复合效率降低,电池内压力增大,特别是在平安阀功用不良状况下,失水愈加严重,经过一段时期后,电池会失水而干枯。
  当然,由于浮充电压过高,电解水反响加剧,析气速度加快,失水也肯定添加。另外,运用环境温渡过高,未调整浮充电压,也异样会发生失水现象。因此,除了制造商应严厉控制电池中电解液的数量以外,用户应发明一个最佳温度(20±5℃)运用环境和严厉控制浮充电压运转条件,保证电池组有较长的运用寿命。
  此外,每只电池浮充电压分歧性不好,也会使一般高浮充电压的电池失水,而过早失效。因此,经过维护手腕使电池浮充电压比拟分歧,也是延伸电池组运用寿命的有效方法。为了保证电源无缺点运转,延伸电池组运用寿命,这里提出如下运转维护方案:
  (1)充电要求
  铅酸电池放电产物是硫酸铅,若不及时转化掉,会使电池处于充电缺乏形状,从而降低电池放电容量和延长电池运用寿命。因此,必需使电池组处于充足电形状。普通采用“恒压充电制”,对不同状况,可分浮充和均充。
  ①浮充充电
  在线式电池组是临时并联在充电器和负载线路上,作为后备电源的任务方式。普通状况下,都采用浮充充电,单体电池电压控制在2.25V,并活期观察、记载浮充电压变化。假设单体电池电压偏低,说明电池充电缺乏,容量不够,应留意跟踪。
  ②均充充电
  假设电池组在浮充进程中存在落后电池(单体电池电压低于2.20V),或浮充三个月后,宜停止均充进程,其单体电池电压控制在2.35V,充6~8小时(留意一次均充时间不宜太长),然后调回到浮充电压值,再观察落后电池电压变化,如电压仍未到位,相隔二周后再均充一次,普通状况下,经过3~6个月浮充,均充后,新电池组的浮充电压会逐渐趋于分歧。
  ③温度补偿
  虽然电池的任务温度范围很宽,可在-15℃~+45℃范围内运转,但是电池运转最佳环境温度为25℃左右,假设环境温度变化较大,需用温度系数停止补偿(-3mV/℃),可参考表2调整充电电压值。
表2不同环境温度的浮充电压值
环境温度(℃) 单体电池电压(V)
35 2.21
30 2.23
25 2.25
20 2.26
15 2.28
10 2.30
5 2.32
  (2)维护方法
  假设在半年内,电池组从未放过电,应对电池组停止一次治疗性充放电维护操作。
  ①放电操作
  放电是为了反省电池容量能否正常,普通采用10小时率放电,有条件的可用假负载放电;从用户方便思索,也可直接用负载停止放电,即拉掉市电,用电池组供电,思索到平安性,放电深度控制在30~50%为宜。当然,有条件可放电更深一些,容易表露电池潜在的效果。并且每小时检测一次单体电池电压,经过计算放出电池容量,对照表3电压值,判别电池能否正常。
表3电池放出不同容量的规范电压值(10小时率)
放出容量(%) 支持时间(小时) 单体电池电压(V)
10 1 2.05
20 2 2.04
30 3 2.03
40 4 2.01
50 5 1.99
60 6 1.97
70 7 1.95
80 8 1.93
90 9 1.88
100 10 1.80
放出电池容量计算:
[电流(A)×时间(h)/电池额外容量(Ah)]×100%
  在相应放出容量下,其单体电池电压值应等于或大于相应电压值,即电池容量正常,反之电池容量缺乏。
  ②充电操作
表4PowersonGMF48V阀控式密封蓄电池组维护记载表
电池型号:GMF2-2000负载电流:200A
浮充电压:53.4V 放电电压
日期 1 2 3 4 5 6 放电电流:200AV开路总电压:52V支持时间(h)端电压(V) 放出容量50%
温度 16℃ 17℃ 22℃ 23℃ 27℃ 28℃
总电压 53.11 53.15 53.20 53.26 53.28 53.28 0 1 2 3 4 5 电池容量正常与否
1 2.21 2.21 2.21 2.22 2.22 2.22 2.20 2.13 2.1 1.98 1.97 1.95 正常
2 2.21 2.21 2.22 2.22 2.23 2.23 2.21 2.16 2.14 2.11 1.98 1.97 正常
3 2.21 2.21 2.22 2.23 2.23 2.23 2.20 2.15 2.13 2.1 1.98 1.96 正常
4 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.16 2.13 2.11 1.98 1.96 正常
5 2.22 2.22 2.22 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.16 2.14 2.02 1.99 正常
6 2.20 2.20 2.21 2.21 2.21 2.20 2.16 2.13 2.11 1.99 1.96 1.94 偏低
7 2.21 2.22 2.22 2.22 2.22 2.23 2.21 2.17 2.14 2.12 2.00 1.98 正常
8 2.21 2.21 2.21 2.21 2.22 2.22 2.20 2.15 2.12 2.10 1.98 1.96 正常
9 2.21 2.21 2.22 2.22 2.22 2.23 2.20 2.15 2.13 2.11 1.98 1.95 正常
10 2.21 2.21 2.22 2.22 2.22 2.22 2.21 2.16 2.14 2.12 2.00 1.98 正常
11 2.21 2.22 2.21 2.22 2.22 2.22 2.20 2.15 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
12 2.21 2.21 2.21 2.22 2.22 2.22 2.21 2.16 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
13 2.21 2.22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.21 2.17 2.14 2.12 2.00 1.98 正常
14 2.22 2.22 2.23 2.23 2.23 2.22 2.20 2.15 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
15 2.22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.21 2.16 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
16 2.21 2.21 2.21 2.22 2.23 2.24 2.20 2.15 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
17 2.22 2.22 2.22 2.22 2.23 2.23 2.20 2.15 2.13 2.10 1.99 1.97 正常
18 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.21 2.20 2.16 2.14 2.12 2.00 1.98 正常
19 2.21 2.21 2.22 2.21 2.21 2.20 2.20 2.15 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
20 2.22 2.22 2.21 2.21 2.21 2.21 2.16 2.14 2.12 2.00 2.00 1.98 正常
21 2.22 2.23 2.23 2.24 2.24 2.24 2.20 2.16 2.13 2.10 1.97 1.96 正常
22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.22 2.20 2.15 2.13 2.11 1.98 1.96 正常
23 2.21 2.21 2.21 2.22 2.22 2.22 2.21 2.16 2.13 2.11 1.99 1.97 正常
24 2.22 2.22 2.22 2.21 2.21 2.21 2.20 2.16 2.14 2.10 1.97 1.96 正常
记事 外观状况:无损坏、无漏液
检测日期:1999.7.26
  电池组放电后,应立刻转入充电,末尾时可控制电流不大于0.2C(A)为宜(如200Ah电池,充电电流应不大于0.2×200=40A)。当电流变小时,可渐渐提高电池组充电电压,到达均充电压值,再充6小时,然后再调回浮充电压值。
  ③依据治疗性充放电进程,从放电容量和电池电压值判别每只电池的“安康状况”,由于不同放电容量进程中每只电池的电压变化,就代表了该电池的“安康”状况,如有不合格电池,应采取弥补措施。
  下面,提供某电信局运用POWERSON牌48V-2000Ah电池组的一种维护记载表格(见表4)。从表4中数据剖析可对电池正常与否作出判别,并采取适宜的维护方法:
  电池运转基本正常,但6号电池容量偏低,留意跟踪。
  整个电池组容量稍低于规范值,其缘由是电池未完全充足。
浮充电压偏低,应提高到53.7V(28℃)。
  应停止均充充电,以提高落后电池电压。
  总而言之,在推行运用VRLAB的进程中,制造商应严厉控制消费工艺条件,提供功用分歧的高质量电池产品;用户应增强对VRLAB的了解,并做好必要的维护任务,共同开展我国VRLAB民族工业,为我国国民经济做出更大的贡献。
参考文献
1 The Freedonia Group,Inc.,“ Would Batteries Demand To Increase” The Battery Man, March, 1999.
2 Bob Cullen, “ US Industrial Battery Forecast Report ” The Battery Man, August, 1998.
3 Kalayan Jana, “ Reliability ancements of VRLA Battery” The batEnm1.battery Man, April, 1999
 
 
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