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雷诺士阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护

2017-6-26 8:58:01点击:

一、 阀控式密封铅酸蓄电池在通信电源系统中的作用

1.  后备电源,包括直流供电系统和UPS系统

2.  滤波

3.  调节系统电压

4.  动力设备启动电源

二、  固定型铅酸蓄电池的类型

防酸隔爆式电池                   固定型铅酸蓄电池



AGM—阴极吸收式(贫液式)阀控式密封电池(VRLA电池)

 GEL—胶体式     AGM—阴极吸收式(贫液式)

阀控式密封电池(VRLA电池) GEL—胶体式

 

1.VRLA电池与GF电池相比较,VRLA电池具有以下特点:

(1)在使用过程中,不需要添加水、调整酸的比例。

(2)不漏液,无酸雾,无环境污染。

(3)自放电小。

(4) 结构紧凑,密封良好,抗震,比能量高。

(5)不存在记忆效应。

(6)使用范围广。

 

 

2.  阴极吸收式VRLA电池与胶体电池的比较:

(1) AGM电池使用初期无气体逸出,GEL电池在使用初期需安装排风装置。

(2) AGM电池内阻小,大电流放电特性优于GEL电池。

(3)AGM电池的一致性和均一性较好,因电解液的扩散性和均匀性优于GEL电池。

(4) GEL电池,(特别是管状电极)使用寿命较长,不易热失控。

 

三、 VRLA电池的工作原理

1.电池的充/放原理:

铅酸蓄电池的基本电极反应是铅(Pb)和二价铅(Pb2+)及四价铅(Pb4+)之间的转化。

放电过程:负极:Pb→Pb2+正极:Pb4+→Pb2+(

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

电子得失为:负失正得即负氧化正还原

充电过程:负极:Pb2+→Pb正极:Pb2+→ Pb4+

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

 电子得失为:负得正失即负还原正氧化

电池的充放电反应

电池总反应:Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O +PbSO4

2.VRLA电池的密封原理:

(1)电池内部气体产生的原因:

电池在过充电时电池分解水,正极产生O2,负极产生H2

         正极板栅腐蚀的同时产生H2

电池自放电时正极产生O2,负极产生H2

(2)氧复合原理(氧循环原理):

电池在充电过程中,正极除了有PbSO4转变为PbO2以外,还有氧析出反应,特别是电池的充电后期,当电池容量达到80%时,氧的析出反应更为剧烈,两极的气体析出反应如下:

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

对于浮充使用的VRLA电池,即使是浮充电流很小,但在长期浮充状态下,除浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物资以外,不避免的,浮充电流另一部分则用于水的电解,使正极析出氧气,负极析出氢气。

氧和氢气的产生使电池内部失水,电解液密度发生变化,也使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来,人们都一直在寻求电池的密封,以此减少对电池的维护。VRLA电池的出现,实现了电池的密封,电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合实现氧的循环,以及采用AGM隔板吸收电解液,使电池内部没有流动的电解液,氧的复合

正极充电过程中因电解水析出的氧气,通过AGM隔板的孔隙,迅速扩散到负极,与负极活性物质海绵状铅发生反应生成氧化铅(PbO),负极表面的PbO遇到电解液H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O,其中PbSO4再充电而转变为海绵状Pb,生成的H2O又回到电解液,因氧气的再复合,避免了水的损失,从而实现了电池的密封。

铅酸蓄电池实现密封的措施:

1)  选择高孔隙率AGM隔板,孔隙率在93%以上,为氧的复合提供通道

2)  采取定量灌酸,使玻璃棉隔板在吸收电解液以后,仍有5—10%的孔隙率未被电解液充满,因此VRLA电池又称为贫液式电池。

3)      过量的负极活性物资,正、负极板的容量比一般为1:1.1~1:1.2,这样在正极充足电以后,负极仍未充足电,以防止氢在负极析出,若氢气大量析出是无法复合的。

4)      电池集群的紧装配,采取集群预压缩技术,将装配压在40—60Kpa之间,以保证AGM隔板与正负极板表面能够良好接触,因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板提供。

5)      高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金,因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氢过电位,从而能够降低因板栅腐蚀而析出氢气的可能性。

6)      开闭阀压力稳定可靠的安全阀,通信用VRLA电池的标准要求开阀压10—35Kpa,闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近,可减少气体排放和水的损失。

7)      采用恒压限流的充电方式,VRLA电池对过充电较为敏感,过充电会加速电流的损坏,恒压限流充电可防止过充电和热失控。

3.VRLA蓄电池的自放电原理:

   电池自放电原因:

1)  正极活性物质与电解液的反应;

2)  正极活性物质与板栅合金之间的反应;

3)  正极活性物质与负极析出氢气的反应。

 

四.VRLA电池的两大类技术

     应用同样的氧复合原理,但由于采用不同的固定电解液技术和不同的氧复合通道技术,因此可分为两大类型的VRLA电池,即AGM技术和GEL技术(胶体),故又称为AGM电池和胶体电池。这两类电池各有优劣,目前在电信、电力等市场上应用的仍以AGM电池为主。

1.  AGM技术

采用AGM技术的VRLA电池,AGM隔板采用U形包覆法(也可采用S形包覆法)。采用AGM技术的VRLA电池的特点:内阻小,以超细玻璃棉隔板吸取电解液,使电池内没有电解液,AGM隔板具有93%以上的孔隙率,而其中10%左右的孔隙作为由正极析出的O2到负极再复合的通道,以实现氧的循环,达到电池密封的目的。

2.  Gel技术(胶体技术)

以德国阳光公司采用Gel技术生产的OPZV胶体电池为典型代表。

胶体电池的特点:内阻较大,采用触变性SiO2胶体吸收电解液,使电解液不流动。

以胶体的微裂纹O2的复合通道。胶体电池使用初期由于胶体未能形成大量微裂纹,氧的复合效率较低。

 

五、VRLA电池的失效模式

VRLA电池尽管有许多的优点,但它和所有电池一样也存在可靠性和寿命问题。VRL电池文献报道:其使用寿命为15年左右(25℃浮充使用)。但国内外的VRLA电池在实际使用过程中,均出现过提前失效的现象。目前造成VRLA电池的失效模式主要有板栅的腐蚀与增长、电解液干涸、负极硫酸盐化、早期容量损失(PCL)、热失控等。

 

六、VLRA电池的使用和维护

1、VLRA电池的选型

VLRA电池在使用前必须正确的选择型号,以保证电池有足够的放电容量,使通信设备能够正常运行;另外选择合理的容量能够避免选择容量过大而造成浪费。

选型方法有两种: 1)计算法   2)、曲线查找法。

2、VLRA电池的安装使用及注意事项

在安装和使用电池之前,首先应仔细阅读产品说明书,按要求进行安装和使用。安装时,应特别注意以下几个方面:

1)、安装方案应根据地点、条件制订,如地面负荷、通风环境、阳光照射、腐蚀和有机溶剂、机房布局、维修是否方便等。

2)、安装时新旧蓄电池一般不能混用,不同类型的电池或不同容量的电池决不可混合使用。

 3)、电池均为100﹪荷电出厂,必须小心操作,忌短路,安装时应采用绝缘工具,戴绝缘手套,防止电击。

4)、电池在安装使用前,在0~35℃的环境下存放,储存期限为3个月,若超过3个月,就应按使用书给定标准对电池进行补充电。

5)、按规定的串并联线路,连接列间、层间、面板端子的电池连接,在安装末端连接件和整个电源系统导通前,应认真检查正负极性及测量系统电压。并注意:在符合设计截面积的前提下,引出线应尽可能短,以减少大电流放电时的压降;两组以上电池并联时,每组电池至负载的电缆线最好等长,以利于电池充放电时各组电池电流均衡。

6)、电池连接时,螺丝必须紧固,但也要防止拧紧力过大而使极柱嵌铜间损坏。

7)、安装结束后应再次检查系统电压和电池正负极方向 ,以确保电池安装的正确。

8)、可用肥皂水浸湿软布清洁电池壳、盖、面板和连接线,不能用有机溶剂清洗,以免腐蚀电池盖及其它部件。

3、VRLA电池的维护

1)、阀控式密封铅酸蓄电池的安放

    阀控式密封铅酸蓄电池不必专设电池室,可与通信设备同装一室。可叠放组合或安装在机架上。

2)、经常检查的项目

a、 浮充电压,环境温度;

b、 连接处有无松动、腐蚀现象;

c、 电池壳体有无渗漏和变形;

d、 极柱、安全阀周围是否有酸雾溢出;

3)、补充电

a、 电池系统安装完毕,对电池组进行补充充电;

b、 电池搁置停用时间超过三个月;

蓄电池的放电

 a、每年应以实际负荷做一次核对性放电试验,放出额定容量的30%-40%;

b、每三年做一次容量试验,到使用六年后应每年做一次;

4)、蓄电池容量的测量

方法1:离线式测量法

  a、将脱离供电系统的蓄电池组充满电后静置1—24h,在环境温度为25℃±5℃的条件下开始放电;

b、放电开始前应测蓄电池的端电压,放电期间应测记蓄电池的放电电流,时间及环境温度,放电电流波动不得超过规定值的1%;

c、放电期间应测蓄电池端电压及室温,测量时间间隔为:10h率放电1h,3h率放电0.5h,1h率放电10min,在放电末期要随时测量,以便准确地确定达到放电终止电压的时间;

   d、放电电流乘以放电时间即为蓄电池组的容量,蓄电池不按10小时率放电时或环境

温度不是25℃时,则应将实际测量的容量换算成25℃时的容量;

     e、放电结束后,要对蓄电池组充电,充入电量应是放电电量的1.2倍。<, n="">

方法2:在线式测量法

      a、在供电系统中,关掉整流器由蓄电池组放电供给通信设备,在蓄电池组放电时找出蓄电池组中电压最低,容量最差的一只电池来作为容量试验的对象;

      b、打开整流器对蓄电池组进行充电,等蓄电池组充满后稳定1小时以上;

      c、对a中放电时找出的最差的那只电池进行10小时率放电试验,放电前后要测量该只电池的端电压、温度、放电时间和室温。以后每隔1h测试一次,放电快到终止电压时,应随时测试,以便准确记录放电时间:

      d、放电时间乘以放电电流即为该电池的容量,当室温不是25℃时,应按式(1)换算成25℃时的容量;

      e、放电试验结束后用充电机对该只电池进行充电,恢复其容量;

      f、根据测量的数据绘制放电曲线;

方法3:核对性容量试验法

为了能随时掌握蓄电池组的大致容量,进行核对性放电试验是必要的,其方法是:

a、在直流供电系统中,关闭开关电源,让蓄电池对通信设备供电,蓄电池组放电前后要测试每只电池的端压、温度、比重、室温和放电时间、放出额定容量的30%—40%为止;

b、放电结束后,要对蓄电池充电;

c、根据测试的数据作出放电曲线,留作以再次测试时做比较;

注意事项:

上述3种蓄电池的容量试验方法,是日常维护中常用的方法,但无论哪种方法,在容量测试期间通信安全都会受到一定的威胁。因此在做容量试验时要防止市电中断,备用发电组应处于良好状态

5)、周期维护项目

月度保养

每月完成下列检查:

1、保持电池房清洁卫生;

2、测量和记录电池房内环境温度;

3、逐个检查电池的清洁度、端子的损伤及发热痕迹、外壳及盖的损坏或过热痕迹:

4、测量和记录电池系统的总电压、浮充电流;

季度保养

1、重复各项月度检查;

2、测量和记录各在线电池的浮充电压,若经过温度校正有两只以上电池电压低于2.18V,请与厂家联系。

年度保养

1、重复季度所有保养、检查;

2、每年检查连接部分是否有松动;

3、每年电池组以实际负荷进行一次核对性放电试验,放出额定容量的30%—40%;

三年保养

每三年进行一次容量试验,到使用六年后每年做一次,若该组电池实放容量低于额定容量的80%,则认为该电池组寿命终止。