1、1.蓄電池結構及原理蓄電池充放電特性及蓄電池日常維護蓄電池概述1.1.2.3.4.3.第1頁，共49頁。整流器逆變器蓄電池電能化學能電能蓄電池作用蓄電池是直流儲能裝置，屬于二次電池充電器對蓄電池充電，電池將電能轉變為化學能儲存起來市電中斷時，蓄電池放電，將化學能轉變為電能進行放電蓄電池相當于一個超大容量的電容器，在儲能同時還可以起到直流平滑濾波作用。第2頁，共49頁。蓄電池應用通信電源蓄電池 電池放電電流小，容量大，壽命長，每節單體2V（一般2.23V左右），一組48V電池由24節單體串聯組成。UPS蓄電池 電池能大電流放電，容量小，壽命較短，常見的UPS蓄電池每個單體電壓為12V，如果配置3

2、2節電池，則電池組端電壓可達384V。啟動電池 由于油機啟動時間十分短促，僅為58秒，因此要求蓄電池滿足高速率大電流放電的要求。油機啟動電池多采用24V電池組。第3頁，共49頁。VRLA在電源系統中的作用閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lead Battery(簡稱VRLA)，作用有：后備電源（包括直流供電系統和UPS系統）：當市電異常或在整流器不工作的情況下，由蓄電池單獨供電，擔負起對全部負載供電的任務，起到備用作用。平滑濾波：在市電正常時，雖然蓄電池不擔負向通信設備供電的主要任務，但它與供電主要設備整流器并聯運行，能改善整流器的供電質量。調節系統電壓動力設備的啟

3、動電源第4頁，共49頁。蓄電池發展概述鉛酸蓄電池的發明距今已有140余年的歷史，以往的鉛酸蓄電池均為開口式或防酸隔爆式，充放電時析出的酸霧污染及腐蝕環境，又需經常維護既補加酸和水。 自50年代起，科學技術發達國家先后解決了防酸式鉛酸電池的致命缺點，而可以把鉛蓄電池密封起來。進入80年代，隨著分散式供電方案啟用，需求基礎電源設備與通信設備同裝一室，激勵了密封固定型鉛酸電池的生產。進入90年代后，閥控密封鉛酸蓄電池生產技術有了很大進展，進入了成熟期。第5頁，共49頁。 閥控式密封鉛酸蓄電池的特點 電池荷電出廠，安裝時不需要輔助設備，安裝后即可使用； 在電池整個使用壽命期間，無需添加水，調整酸比重等

4、維護工作，具有“免維護”功能； 不漏液、無酸霧、不腐蝕設備，可以和通信設備安裝在同一房間，節省了建筑面積和人力； 采用具有高吸附電解液能力的隔板，化學穩定性好，加上密封閥的配置，可使蓄電池在不同方位安置； 電池壽命長，25下浮充狀態使用可達10年以上； 與同容量防酸式蓄電池相比，閥控式密封蓄電池體積小、重量輕、自放電低。第6頁，共49頁。蓄電池分類蓄電池分類按電解液種類按電池槽結構酸性電池按使用環境堿性電池固定式移動式按電解液多少貧液式富液式密封式半密封式第7頁，共49頁。UPS用蓄電池商業級UPS通常用貧液式閥控密閉鉛酸蓄電池（VRLA）工業級UPS通常用堿性蓄電池這里重點介紹VRLA電池，

5、即我們常說的免維護電池UPS對于蓄電池要求：長時間放電大電流放電所需維護少無酸性和易爆氫氣析出第8頁，共49頁。世界著名的蓄電池品牌美國GNB/陽光電池臺灣CSB電池美國C&D電池集團日本Panasonic（松下）電池日本Yusas（湯淺）電池意大利FIAMM非凡電池日本GS（統一）電池德國SAFT電池德國Hoppeck電池美國Power電池法國Warat電池英國Enersys電池浙江南都電池華達電池哈爾濱光宇電池江蘇雙登電池山東華日電池深圳理士電池廣東新能電池東洋電池第9頁，共49頁。VRLA電池是否需維護根據GB2900.11-28國家標準對于蓄電池的定義，VRLA電池具有免維護功能，是指

6、在使用期間無需加水。所謂免維護僅指無需加水，但在實際工作中仍需維護。根據放電倍率將VRLA電池分為：中倍率電池（1小時10小時放電）高倍率電池（1分鐘1小時放電）第10頁，共49頁。VRLA電池的特點整個使用壽命期內無需添加水，具有“免維護”功能不漏液、無酸霧、不腐蝕設備，無氫氣析出自放電小，25下每月自放電率小于3使用壽命長，可達510年結構緊湊，抗震動，比容量高無記憶效應第11頁，共49頁。VRLA蓄電池結構VRLA電池組成包括：板柵活性物質隔板安全閥殼體第12頁，共49頁。板柵包括正負極板和端子起傳導和匯集電流的作用是極板活性物質的支撐載體板柵的筋條成放射性為佳，矮型優于高型板柵材料通常

7、采用鉛鈣合金，其優點有：降低板柵的腐蝕不易析出氫氣導電性能好減小自放電率負極為涂膏式極板正極為管式極板第13頁，共49頁。正負極板組活性物質正極活性物質為二氧化鉛（PbO2）負極活性物質為鉛(Pb)電解液為純硫酸與純水按照一定比例配置而成正負極活性物質都是由鉛粉與添加劑混合，加入稀硫酸調配成鉛膏，再敷涂到板柵上，之后經過固化、干燥而成。正極反應式：負極反應式：放電充電PbSO4PbO2放電充電PbSO4Pb第14頁，共49頁。隔膜隔膜材料普遍采用超細玻璃纖維（AGM）作用 吸收電解液； 提供正極析出的氧氣向負極擴散的通道； 防止正、負極短路。隔膜中有眾多大孔和小孔，小孔儲存了70的電解液，大孔

8、提供氧氣自正極擴散到負極的通道第15頁，共49頁。電池殼體材料種類優點缺點PP聚丙烯及其聚合物耐溫最高，不吸水、不受空氣潮濕影響氧氣保持性能差，硬度小PVC聚氫乙烯燒結物絕緣性能好，硬度比PP材料高，吸水性小，保氧保水性能較好硬度較差，熱變形溫度較低ABS丙烯晴丁乙烯苯乙烯聚合物硬度大，熱變形溫度高，電阻系數大氧氣和水汽滲漏較大滿足耐腐蝕，抗氧化，機械強度好，硬度大，水汽蒸發小，氧氣擴散滲透小等要求第16頁，共49頁。安全閥當電池中氣體壓力過大時，安全閥打開，及時排除氣體氣體排除后，安全閥自動關閉，防止外部氣體進入電池內安全閥具有單向節流性第17頁，共49頁。電解液鉛蓄電池的電解液是用純凈的濃

9、硫酸與純水配置而成。它與正極和負極上活性物質進行反應，實現化學能和電能之間的轉換。第18頁，共49頁。VRLA電池容量電池的額定電壓有2V、6V、12V規格電池的容量單位是AH，安時以不同的電流進行放電，則同一只電池所能提供的容量也是不同的。為標定電池的容量，我國規定以10小時放電倍率來對電池進行放電測量，測量電池所能放出的最低限度的電量，單位是Ah（安時）。國外電池通常采用20小時放電倍率對電池容量進行標稱。 通常我們稱一只電池容量為1C，以我國定義的12V/100安時電池為例，則10小時放電倍率是指放電電流為：0.1C， 即10安培100安時電池是指以10安培放電持續時間應至少為10小時。

10、放電電流越大，電池所能放出的容量越小。同樣是標稱容量為100AH的電池，以10小時倍率標稱的電池要比20小時容量大。第19頁，共49頁。蓄電池額定容量當放電條件變化時，蓄電池所能提供的容量不同。蓄電池的標稱額定容量是按照以下條件規定的：環境溫度20放電中止電壓單體1.8V（對于2V單體）放電中止電壓10.5V （對于12V電池）采用10小時放電倍率放電當環境溫度高于20時，電池實際容量 = C10 x 1 + 0.006 x ( T- 20 ) 第20頁，共49頁。VRLA電池容量電池放電率放電電流電池可提供容量20小時放電率0.05C110的C10容量10小時放電率0.1C100的C10容量

11、5小時放電率0.2C85的C10容量3 小時放電率0.4C75的C10容量1 小時放電率0.6C50的C10容量30分鐘放電率0.92C20分鐘放電率1C10分鐘放電率2C第21頁，共49頁。充電電壓VRLA電池具有三種充電狀態浮充：UPS電池在99時間內處于浮充狀態充電：電池放電完畢后需進行的補充充電均充：當電池壓差嚴重不一致時對電池進行均衡充電充電狀態是由UPS充電器設定并控制的，充電參數應在UPS開機時設定好。第22頁，共49頁。浮充即使市電不停電，UPS電池自身也會存在緩慢的自放電，自放電率通常為每天0.2%當電池已經充滿電后，為滿足電池的自放電損耗，同時為使電池始終處于滿電位備用狀態

12、，而進行的涓流充電，充電電流極小。對于2V電池，浮充電壓通常為2.252.27V對于12V電池，浮充電壓通常為13.613.8V具體電壓值應根據電池廠商技術要求充電電壓必須應根據環境溫度變化自動補償第23頁，共49頁。電池浮充電壓溫度補償UPS內部配有電池溫度傳感器，可根據環境溫度自動調整浮充電壓，進行充電電壓補償環境溫度越高，充電電壓應越低以20C為基準，充電電壓補償系數為：VRLA電池：2.27V -0.03V/C膠體電池： 2.23V -0.04V/C2.222.242.262.282.302.322.34010203040環境溫度： C 單體充電電壓第24頁，共49頁。蓄電池的充電指新

13、電池或電池放電后，充電器對電池進行的補充充電。電池是沒有智能的，對任何大小的充電電流都“來者不拒”過大的充電電流會造成電池極板活性物質脫落，電池內電解產生的氣體來不及復合成水，氣體壓力巨升，造成安全閥開啟，電池失水，壽命縮短。電池內部氣體壓力過大造成外殼鼓脹變形。充電電壓必須嚴格按照廠家要求設定。必須對UPS充電器作出精確設定，采用恒壓限流充電第25頁，共49頁。電壓電流時間0,1C2.27V蓄電池的充電（恒壓限流充電）對于2V單體電池，充電電壓應為2.232.27V對于12V電池，充電電壓應為13.413.6V充電電流最佳為0.1C，最大不超過0.2C第26頁，共49頁。均充UPS所用電池組

14、是由眾多電池串連而成，由于各單體性能不一致，造成電池間充電電壓差距日趨拉大。當電池間壓差超過50mV時，用浮充方式已無法解決均衡問題，需提高充電電壓至單體2.3V以上，進行均充。均充時間不能過長，UPS應進行嚴格的充電電流限制。第27頁，共49頁。電池放電深度電池的安全的放電深度是指：電池在到達規定的安全中止電壓時，UPS逆變器必須關機，以避免深度放電。例如：如果電池放電時間達到2小時，則電池安全中止電壓即為1.75V，如果UPS逆變器在電池到達1.75V時仍不關閉，而使電池繼續放電達到1.7V，即為深度放電。深度放電將對電池造成不可逆轉的永久性損壞。放電深度越深，電池循環使用次數越少。小型U

15、PS通常設置電池中止電壓固定為1.75V。大型UPS通常具有電池中止電壓自動補償功能。第28頁，共49頁。電池使用壽命電池使用壽命分為：循環使用壽命和浮充使用壽命，無論哪個先到達即為電池壽命壽命終結。當電池剩余容量只剩標稱容量的80，即表示“電池壽命已到”，可報廢。影響電池使用壽命的主要因素電池結構：極板越厚，壽命越長，2V電池壽命長于12V電池環境溫度充電技術放電深度405060708090100123456年壽限到第29頁，共49頁。循環使用壽命指電池的循環可充放電次數放電深度越深，電池可循環使用次數越少。當放電深度 30時， 可循環充放電1200次左右當放電深度 50時， 可循環充放電

16、500次左右當放電深度100時，可循環充放電 200次左右第30頁，共49頁。電池浮充使用壽命以20為基準，環境溫度每升高10 ，電池壽命縮短一半溫度高時，電池內部電化學反應加速，電池放電性能提高，但這是在“透支體能”溫度低時，電池壽命延長，但可提供放電量減少。電池適于低溫儲存。電池最佳工作環境溫度為2025電池充電電壓盡可能平穩，紋波電流小第31頁，共49頁。充電紋波電壓電池充電器輸出充電電壓應可能平滑，通過直流電解濾波電容濾除直流電壓中的紋波。紋波電壓應小于5的直流電壓。注入電池的紋波電流應小于0.05C10第32頁，共49頁。蓄電池散熱和空調配置蓄電池室內應配置制冷空調，維持室內溫度在2

17、0蓄電池的散熱主要源于電池的內阻功耗。舉例：90-NET UPS配備2組33只大力神MPS12V/100AH電池，每只電池內阻為0.0035歐姆，則整組電池的電阻R為0.23歐姆；充電限流I為0.1C即20安培；則整組電池最大散熱為I2R=2020.2392（瓦）空調的制冷量應滿足至少為92瓦第33頁，共49頁。新電池安裝使用注意電池應垂直安放在電池柜或電池架上，不可倒置或傾斜電池安裝間距應至少10毫米，以保證良好散熱電池柜/架應作可靠接地，并做防震固定電池端子應按照極性可靠連接，并圖上凡士林防銹劑電池連接電纜應盡可能短，且長度一致新電池應根據電池廠商技術要求設定UPS充電電壓，UPS的充電限

18、流設為0.1C電池在經過一兩次充放電循環后，方可達到最佳性能第34頁，共49頁。電池選擇注意事項電池種類5年壽命電池10年壽命電池電池后備時間(分鐘)逆變器所帶負載KVA、KW和負載功率因數UPS逆變器DC-AC逆變效率電池放電終止電壓：通常為1.65V/單體UPS每組電池串連的單體電池節數例如80KVA UPS每組電池單體數為198(33節12V電池)第35頁，共49頁。電池恒功率放電表舉例： Dynasty MPS12-50 12V/50安時電池舉例： Dynasty MPS12-50 12V/50安時電池第36頁，共49頁。注意對UPS而言，恒功率放電參數表更為重要有些品牌電池提供的是2

19、V電池單體恒功率放電表有些電池廠家提供的是12V電池的恒功率放電表對于未提供恒功率放電表的電池，可參考同容量其他品牌電池的放電表第37頁，共49頁。舉例60KVA UPS要求滿載延時15分鐘要求采用5年壽命電池查詢技術參數表可知：UPS負載60KVA/48KW每組單體電池節數：198節DC/AC逆變效率為94電池放電終止電壓1.67V/單體環境溫度25攝氏度第38頁，共49頁。計算查找單體電池恒功率放電瓦數瓦/單體VA*輸出功率因數/逆變效率*電池單體節數瓦/單體60000*0.8/0.94*198 258瓦/單體所選電池必須能在25C室溫下，恒功率放電至1.67伏終止時，單體放電功率至少為2

20、58瓦，否則需要多組電池并聯或采用更大容量的電池。參考電池放電功率表第39頁，共49頁。電池放電曲線12V/50安時12V/75安時12V/88安時12V/100安時第40頁，共49頁。電池選擇根據大力神電池放電功率表查詢，我們發現若采用1組12V/88安時電池放電功率290W，比用戶要求的放電功率大，后備時間將長于15分鐘若采用1組12V/75安時電池放電功率252W，略少于要求的放電功率，后備時間略短于15分鐘第41頁，共49頁。如果配1組12V/88安時電池 實際滿載放電時間為：18分鐘第42頁，共49頁。VRLA的維護（1）為保證蓄電池的使用壽命，最好不要使蓄電池有過放電。（2）一些整

21、流器（開關電源）的參數設置（如浮充電壓，均充電壓，均充的頻率和時間，轉均充判據，轉浮充判據，環境溫度，溫度補償系數，直流輸出過壓告警，欠壓告警，充電限流值等），要跟各蓄電池廠家溝通后再具體確定。（3）每個機房的蓄電池配置容量最好在8-10小時率比較合適。頻繁的大電流放電會使蓄電池使用壽命縮短。第43頁，共49頁。（4）每月應檢查的項目如下： 單體和電池組浮充電壓； 電池的外殼和極柱溫度； 電池的殼蓋有無變形和滲液； 極柱，安全閥周圍是否滲液和酸霧溢出；（5）每半年做一次連接條的擰緊工作，以保證蓄電池安全運行。（6）要定期考察電池的儲備容量。第44頁，共49頁。電池檢測項目（1）檢測項目周期標準檢測步驟檢測單體電池端電壓和極柱溫度月單體電池端電壓差100mv檢查各電池