关于电池的使用与维护

1、 2007 Eaton Corporation. All rights reserved.UPS蓄电池的使用与维护蓄电池的使用与维护整流器整流器逆变器逆变器蓄电池蓄电池电能电能化学能化学能电能电能蓄电池作用蓄电池作用n蓄电池是直流储能装置，属于二次电池n充电器对蓄电池充电，电池将电能转变为化学能储存起来n市电中断时，蓄电池放电，将化学能转变为电能进行放电n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蓄电池分类蓄电池分类按电解液种类按电解液种类按电池槽结构按电池槽结构酸性电池酸性电池按使用环境按使用环境碱性电池碱性电池固定式固定式移动式移动式按电解

2、液多少按电解液多少贫液式贫液式富液式富液式半密封式半密封式密封式密封式UPS用蓄电池用蓄电池n商业级UPS通常用贫液式阀控密闭铅酸蓄电池（贫液式阀控密闭铅酸蓄电池（VRLA）n工业级UPS通常用碱性蓄电池碱性蓄电池n本文重点介绍VRLA电池，即我们常说的免维护电池电池，即我们常说的免维护电池nUPS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电池的定义电池的定义n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。n所谓免维护仅指无需加水，但在实际工作中仍需维护。n根据放电倍率将VRLA电池分为：中倍率电池（1

3、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世界著名的蓄电池品牌n美国GNB/阳光电池n台湾CSB电池n美国C&D电池集团n日本Panasonic（松下）电池n日本Yusas（汤浅）电池n意大利FIAMM非凡电池n日本GS（统一）电池n德国SAFT电池n德国Hoppeck电池n美国Power电池n法国Warat电池n英国Enersys电池n浙江南都电池n华达电池n哈尔滨光宇电池n江苏双登电池n山东华日电池n深圳理士电池n广东新能电池n东洋电池蓄电池技术的发展蓄电池技术的发展n1859年，英国人普兰特发明了铅酸蓄电池n1957年，英国Chloride公司发明了再化

4、合式免维护汽车用蓄电池n德国阳光公司发明了胶体电池n日本GS公司发明了阴极吸收式技术制作出小型蓄电池n美国盖茨公司将玻璃纤维隔板用于密闭铅酸蓄电池VRLA电池的特点电池的特点n整个使用寿命期内无需添加水，具有“免维护”功能n不漏液、无酸雾、不腐蚀设备，无氢气析出n自放电小，25下每月自放电率小于3n使用寿命长，可达510年n结构紧凑，抗震动，比容量高n无记忆效应VRLA蓄电池结构蓄电池结构VRLA电池组成包括：电池组成包括：n板栅n活性物质n隔板n安全阀n壳体板栅板栅n包括正负极板和端子n起传导和汇集电流的作用n是极板活性物质的支撑载体n板栅的筋条成放射性为佳，矮型优于高型n板栅材料通常采用铅

5、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活性物质n正极活性物质为二氧化铅（PbO2）n负极活性物质为铅(Pb)n电解液为纯硫酸与纯水按照一定比例配置而成n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。n正极反应式：n负极反应式：放电充电PbSO4PbO2放电充电PbSO4Pb隔膜隔膜n隔膜材料采用超细玻璃纤维（AGM）n用于隔离正负极板，防止正负极短路n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电池壳体材料种类材料种类优点优点缺点

6、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安全阀n当电池中气体压力过大时，安全阀打开，及时排除气体n气体排除后，安全阀自动关闭，防止外部气体进入电池内n安全阀具有单向节流性VRLA电池容量电池容量n电池的额定电压有2V、6V、12V规格n电池的容量单位是AH，安时n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。n为标定电池的容量，我国规定以10小时放电倍率来对

7、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）。n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n10小时放电倍率是指放电电流为：0.1C， 即10安培n100安时电池是指以10安培放电持续时间应至少为10小时。n放电电流越大，电池所能放出的容量越小。n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。蓄电池额定容量蓄电池额定容量n当放电条件变化时，蓄电池所能提供的容量不同。n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

8、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n当环境温度高于20时，电池实际容量 = C10 x 1 + 0.006 x ( T- 20 ) VRLA电池容量电池容量电池放电率电池放电率放电电流放电电流电池可提供容量电池可提供容量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胶体电池胶体电池n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。n胶体电池电解

9、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。n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充电电压nVRLA电池具有三种充电状态u浮充：UPS电池在99时间内处于浮充状态u充电：电池放电完毕后需进行的补充充电u均充：当电池压差严重不一致时对电池进行均衡充电n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。浮充浮充n即使市电不停电，

10、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%n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2.252.27V对于12V电池，浮充电压通常为13.613.8V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电池浮充电压温度补偿nUPS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n环境温度越高，充电电压应越低n以20C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.

11、04V/C2.222.242.262.282.302.322.34010203040环境温度：环境温度： C 单体充电电压单体充电电压蓄电池的充电蓄电池的充电n指新电池或电池放电后，充电器对电池进行的补充充电。n电池是没有智能的，对任何大小的充电电流都“来者不拒来者不拒”n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。n电池内部气体压力过大造成外壳鼓胀变形。n充电电压必须严格按照厂家要求设定。必须对必须对UPS充电器作出精确设定，采用恒压限流充电充电器作出精确设定，采用恒压限流充电电压电压电流电流时间时间0,1C

12、2.27V蓄电池的充电蓄电池的充电（恒压限流充电）（恒压限流充电）n对于2V单体电池，充电电压应为2.232.27Vn对于12V电池，充电电压应为13.413.6Vn充电电流最佳为0.1C，最大不超过0.2C均充均充nUPS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。n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。n均充时间不能过长，UPS应进行严格的充电电流限制。电池放电深度电池放电深度n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。n例如：如果

13、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。n深度放电将对电池造成不可逆转的永久性损坏。n放电深度越深，电池循环使用次数越少。n小型UPS通常设置电池中止电压固定为1.75V。n大型UPS通常具有电池中止电压自动补偿功能。电池放电终止电压电池放电终止电压nUPS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n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。n当电池剩余容量

14、只剩标称容量的80，即表示“电池寿命已到”，可报废。n影响电池使用寿命的主要因素n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405060708090100123456年年寿限到寿限到循环使用寿命循环使用寿命n指电池的循环可充放电次数n放电深度越深，电池可循环使用次数越少。n当放电深度 30时， 可循环充放电1200次左右n当放电深度 50时， 可循环充放电 500次左右n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电池浮充使用寿命n以20为基准，环境温度每升高10 ，电池寿命缩短一半n温度高时，电池内部电化学反应加速，电池放电性能提高，但

15、这是在“透支体能”n温度低时，电池寿命延长，但可提供放电量减少。n电池适于低温储存。n电池最佳工作环境温度为2025n电池充电电压尽可能平稳，纹波电流小充电纹波电压充电纹波电压n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。n纹波电压应小于5的直流电压。n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散热和空调配置n蓄电池室内应配置制冷空调，维持室内温度在20n蓄电池的散热主要源于电池的内阻功耗。举例：90-NET UPS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

16、为0.1C即20安培；则整组电池最大散热为I2R=2020.2392（瓦）空调的制冷量应满足至少为92瓦新电池安装使用注意新电池安装使用注意n电池应垂直安放在电池柜或电池架上，不可倒置或倾斜n电池安装间距应至少10毫米，以保证良好散热n电池柜/架应作可靠接地，并做防震固定n电池端子应按照极性可靠连接，并图上凡士林防锈剂n电池连接电缆应尽可能短，且长度一致n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0.1Cn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选择注意事项n电池种类5年寿命电池10年寿命电池n电池后备时间(分钟)n逆变器所带负载KVA、KW

17、和负载功率因数nUPS逆变器DC-AC逆变效率n电池放电终止电压：通常为1.65V/单体nUPS每组电池串连的单体电池节数例如80KVA UPS每组电池单体数为198(33节12V电池)电池恒功率放电表电池恒功率放电表举例：举例： Dynasty MPS12-50 12V/50安时电池安时电池举例：举例： Dynasty MPS12-50 12V/50安时电池安时电池注意注意n对UPS而言，恒功率放电参数表更为重要n有些品牌电池提供的是2V电池单体恒功率放电表n有些电池厂家提供的是12V电池的恒功率放电表n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举例n60KVA UP

18、S要求满载延时15分钟n要求采用5年寿命电池n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摄氏度计算计算n查找单体电池恒功率放电瓦数n瓦/单体VA*输出功率因数/逆变效率*电池单体节数n瓦/单体60000*0.8/0.94*198 258瓦/单体n所选电池必须能在25C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。n参考电池放电功率表电池放电曲线电池放电曲线12V/50安时12V/75安时12V/88安时12V/100安时电池选择电池

19、选择n根据大力神大力神电池放电功率表查询，我们发现n若采用1组12V/88安时电池放电功率290W，比用户要求的放电功率大，后备时间将长于15分钟n若采用1组12V/75安时电池放电功率252W，略少于要求的放电功率，后备时间略短于15分钟如果配如果配1组组12V/88安时电池安时电池 实际满载放电时间为：实际满载放电时间为：18分钟分钟电池计算经验公式电池计算经验公式n1KVA UPS满载延时1小时，需配总容量100安时的电池n举例：60KVA UPS延时2小时，需配电池总容量60*100*2=12000安时对于CHLORIDE 90-Net系列100KVA UPS，电池1组为33节1200

20、0/33=263安时即该配置需3组12V/90安时的电池2*4*400KVA UPS电池电池电池自动充放电管理电池自动充放电管理n如果电池始终处于浮充状态，会导致电池活性能力下降n建议采用间歇式充电模式，当电池充满后，停止充电，让其缓慢自放电，当电池端电压降至设定限值时重新充电。n电池从充电母线上脱开，充电纹波电流为零，有利于延长电池使用寿命充电期 浮充电池自放电10h 10h120h2.27V2.1V蓄电池组的并联与蓄电池组的并联与2V电池电池n由于生产工艺的原因，电池性能必然存在差异n建议电池并联组数不宜超过4组n如果所需电池容量确实太大，建议采用2V电池n基于供电可靠性原因，应优先采用2组电池并联方式n两组电池互为备份，分别配有开关，便于检修和更换n新旧电池组不可并