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閥控式密封鉛酸蓄電池貧液式和膠體式的區別

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年08月03日  

一、閥控式密封鉛酸蓄電池在通信電源系統中的作用


1、后備電源,包括直流供電系統和UPS系統


2、濾波


3、調節系統電壓


4、動力設備啟動電源


圖1:電池作用示意圖


二、固定型鉛酸蓄電池的類型


防酸隔爆式電池(GF或GFD電池)


固定型鉛酸蓄電池


AGM—陰極吸收式(貧液式)


閥控式密封電池(VRLA電池)


GEL—膠體式


1.VRLA電池與GF電池相比較,VRLA電池具有以下特點:


(1)在使用過程中,不需要添加水、調整酸的比例。


(2)不漏液,無酸霧,無環境污染。


(3)自放電小。


(4)結構緊湊,密封良好,抗震,比能量高。


(5)不存在記憶效應。


(6)使用范圍廣。


圖2:VRLA電池與GF電池(左)的比較


2、陰極吸收式VRLA電池與膠體電池的比較:


(1)AGM電池使用初期無氣體逸出,GEL電池在使用初期需安裝排風裝置。


(2)AGM電池內阻小,大電流放電特性優于GEL電池。


(3)AGM電池的一致性和均一性較好,因電解液的擴散性和均勻性優于GEL電池。


(4)GEL電池,(特別是管狀電極)使用壽命較長,不易熱失控。


三、VRLA電池的工作原理


1.電池的充/放原理:


鉛酸蓄電池的基本電極反應是鉛(Pb)和二價鉛(Pb2+)及四價鉛(Pb4+)之間的轉化。


放電過程:負極:Pb→Pb2+正極:Pb4+→Pb2+(


(+)PbO2+3H++HSO4-+2e放<═══>充PbSO4+2H2


電子得失為:負失正得即負氧化正還原


充電過程:負極:Pb2+→Pb正極:Pb2+→Pb4+


(-)Pb+HSO4-放<═══>充PbSO4+H++2e


電子得失為:負得正失即負還原正氧化


電池的充放電反應


電池總反應:Pb+2H++2HSO4—+PbO2放<═══>充PbSO4+2H2O+PbSO4


2.VRLA電池的密封原理:


(1)電池內部氣體產生的原因:


電池在過充電時電池分解水,正極產生O2,負極產生H2


正極板柵腐蝕的同時產生H2


電池自放電時正極產生O2,負極產生H2


(2)氧復合原理(氧循環原理):


電池在充電過程中,正極除了有PbSO4轉變為PbO2以外,還有氧析出反應,特別是電池的充電后期,當電池容量達到80%時,氧的析出反應更為劇烈,兩極的氣體析出反應如下:


(+)2H2O→O2+4H++4e(--)2H++2e→H2


對于浮充使用的VRLA電池,即使是浮充電流很小,但在長期浮充狀態下,除浮充電流一部分用于電池自放電生成的PbSO4轉為正負極活性物資以外,不避免的,浮充電流另一部分則用于水的電解,使正極析出氧氣,負極析出氫氣。


氧和氫氣的產生使電池內部失水,電解液密度發生變化,也使電池難以密封。從鉛酸蓄電池誕生以來,人們都一直在尋求電池的密封,以此減少對電池的維護。VRLA電池的出現,實現了電池的密封,電池密封的關鍵技術是氧在電池內部的再復合實現氧的循環,以及采用AGM隔板吸收電解液,使電池內部沒有流動的電解液,氧的復合原理如圖3、4所示:


圖3:密封原理示意圖


圖4:氧循環原理圖


從圖3、4看出,正極充電過程中因電解水析出的氧氣,通過AGM隔板的孔隙,迅速擴散到負極,與負極活性物質海綿狀鉛發生反應生成氧化鉛(PbO),負極表面的PbO遇到電解液H2SO4發生化學反應生成PbSO4和H2O,其中PbSO4再充電而轉變為海綿狀Pb,生成的H2O又回到電解液,因氧氣的再復合,避免了水的損失,從而實現了電池的密封。


鉛酸蓄電池實現密封的措施:


1)選擇高孔隙率AGM隔板,孔隙率在93%以上,為氧的復合提供通道


2)采取定量灌酸,使玻璃棉隔板在吸收電解液以后,仍有5—10%的孔隙率未被電解液充滿,因此VRLA電池又稱為貧液式電池。


3)過量的負極活性物資,正、負極板的容量比一般為1:1.1~1:1.2,這樣在正極充足電以后,負極仍未充足電,以防止氫在負極析出,若氫氣大量析出是無法復合的。


4)電池集群的緊裝配,采取集群預壓縮技術,將裝配壓在40—60Kpa之間,以保證AGM隔板與正負極板表面能夠良好接觸,因為VRLA電池的電解液主要靠AGM隔板提供。


5)高純度Pb—Ca—Sn—Al無銻板柵合金,因為Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有更高的析氫過電位,從而能夠降低因板柵腐蝕而析出氫氣的可能性。


6)開閉閥壓力穩定可靠的安全閥,通信用VRLA電池的標準要求開閥壓10—35Kpa,閉閥壓3—15Kpa,開閉閥壓力較接近,可減少氣體排放和水的損失。


7)采用恒壓限流的充電方式,VRLA電池對過充電較為敏感,過充電會加速電流的損壞,恒壓限流充電可防止過充電和熱失控。


3.VRLA蓄電池的自放電原理:


電池自放電原因:


1)正極活性物質與電解液的反應;


2)正極活性物質與板柵合金之間的反應;


3)正極活性物質與負極析出氫氣的反應。


四.VRLA電池的兩大類技術


應用同樣的氧復合原理,但由于采用不同的固定電解液技術和不同的氧復合通道技術,因此可分為兩大類型的VRLA電池,即AGM技術和GEL技術(膠體),故又稱為AGM電池和膠體電池。這兩類電池各有優劣,目前在電信、電力等市場上應用的仍以AGM電池為主。


1、AGM技術


采用AGM技術的VRLA電池,AGM隔板采用U形包覆法(也可采用S形包覆法)。采用AGM技術的VRLA電池的特點:內阻小,以超細玻璃棉隔板吸取電解液,使電池內沒有電解液,AGM隔板具有93%以上的孔隙率,而其中10%左右的孔隙作為由正極析出的O2到負極再復合的通道,以實現氧的循環,達到電池密封的目的。


2、Gel技術(膠體技術)


以德國陽光公司采用Gel技術生產的OPZV膠體電池為典型代表。


膠體電池的特點:內阻較大,采用觸變性SiO2膠體吸收電解液,使電解液不流動。


以膠體的微裂紋O2的復合通道。膠體電池使用初期由于膠體未能形成大量微裂紋,氧的復合效率較低。


五、VRLA電池的失效模式


VRLA電池盡管有許多的優點,但它和所有電池一樣也存在可靠性和壽命問題。VRL電池文獻報道:其使用壽命為15年左右(25℃浮充使用)。但國內外的VRLA電池在實際使用過程中,均出現過提前失效的現象。目前造成VRLA電池的失效模式主要有板柵的腐蝕與增長、電解液干涸、負極硫酸鹽化、早期容量損失(PCL)、熱失控等。


六、VLRA電池的使用和維護


1、VLRA電池的選型


VLRA電池在使用前必須正確的選擇型號,以保證電池有足夠的放電容量,使通信設備能夠正常運行;另外選擇合理的容量能夠避免選擇容量過大而造成浪費。


選型方法有兩種:1)計算法2)、曲線查找法。


2、VLRA電池的安裝使用及注意事項


在安裝和使用電池之前,首先應仔細閱讀產品說明書,按要求進行安裝和使用。安裝時,應特別注意以下幾個方面:


1)、安裝方案應根據地點、條件制訂,如地面負荷、通風環境、陽光照射、腐蝕和有機溶劑、機房布局、維修是否方便等。


2)、安裝時新舊蓄電池一般不能混用,不同類型的電池或不同容量的電池決不可混合使用。


3)、電池均為100﹪荷電出廠,必須小心操作,忌短路,安裝時應采用絕緣工具,戴絕緣手套,防止電擊。


4)、電池在安裝使用前,在0~35℃的環境下存放,儲存期限為3個月,若超過3個月,就應按使用書給定標準對電池進行補充電。


5)、按規定的串并聯線路,連接列間、層間、面板端子的電池連接,在安裝末端連接件和整個電源系統導通前,應認真檢查正負極性及測量系統電壓。并注意:在符合設計截面積的前提下,引出線應盡可能短,以減少大電流放電時的壓降;兩組以上電池并聯時,每組電池至負載的電纜線最好等長,以利于電池充放電時各組電池電流均衡。


6)、電池連接時,螺絲必須緊固,但也要防止擰緊力過大而使極柱嵌銅間損壞。


7)、安裝結束后應再次檢查系統電壓和電池正負極方向,以確保電池安裝的正確。


8)、可用肥皂水浸濕軟布清潔電池殼、蓋、面板和連接線,不能用有機溶劑清洗,以免腐蝕電池蓋及其它部件。


3、VRLA電池的維護


1)、閥控式密封鉛酸蓄電池的安放


閥控式密封鉛酸蓄電池不必專設電池室,可與通信設備同裝一室。可疊放組合或安裝在機架上。


2)、經常檢查的項目


a、浮充電壓,環境溫度;


b、連接處有無松動、腐蝕現象;


c、電池殼體有無滲漏和變形;


d、極柱、安全閥周圍是否有酸霧溢出;


3)、補充電


a、電池系統安裝完畢,對電池組進行補充充電;


b、電池擱置停用時間超過三個月;


蓄電池的放電


a、每年應以實際負荷做一次核對性放電試驗,放出額定容量的30%-40%;


b、每三年做一次容量試驗,到使用六年后應每年做一次;


4)、蓄電池容量的測量


方法1:離線式測量法


a、將脫離供電系統的蓄電池組充滿電后靜置1—24h,在環境溫度為25℃±5℃的條件下開始放電;


b、放電開始前應測蓄電池的端電壓,放電期間應測記蓄電池的放電電流,時間及環境溫度,放電電流波動不得超過規定值的1%;


c、放電期間應測蓄電池端電壓及室溫,測量時間間隔為:10h率放電1h,3h率放電0.5h,1h率放電10min,在放電末期要隨時測量,以便準確地確定達到放電終止電壓的時間;


d、放電電流乘以放電時間即為蓄電池組的容量,蓄電池不按10小時率放電時或環境


溫度不是25℃時,則應將實際測量的容量換算成25℃時的容量;


e、放電結束后,要對蓄電池組充電,充入電量應是放電電量的1.2倍。


方法2:在線式測量法


a、在供電系統中,關掉整流器由蓄電池組放電供給通信設備,在蓄電池組放電時找出蓄電池組中電壓最低,容量最差的一只電池來作為容量試驗的對象;


b、打開整流器對蓄電池組進行充電,等蓄電池組充滿后穩定1小時以上;


c、對a中放電時找出的最差的那只電池進行10小時率放電試驗,放電前后要測量該只電池的端電壓、溫度、放電時間和室溫。以后每隔1h測試一次,放電快到終止電壓時,應隨時測試,以便準確記錄放電時間:


d、放電時間乘以放電電流即為該電池的容量,當室溫不是25℃時,應按式(1)換算成25℃時的容量;


e、放電試驗結束后用充電機對該只電池進行充電,恢復其容量;


f、根據測量的數據繪制放電曲線;


方法3:核對性容量試驗法


為了能隨時掌握蓄電池組的大致容量,進行核對性放電試驗是必要的,其方法是:


a、在直流供電系統中,關閉開關電源,讓蓄電池對通信設備供電,蓄電池組放電前后要測試每只電池的端壓、溫度、比重、室溫和放電時間、放出額定容量的30%—40%為止;


b、放電結束后,要對蓄電池充電;


c、根據測試的數據作出放電曲線,留作以再次測試時做比較;


注意事項:


上述3種蓄電池的容量試驗方法,是日常維護中常用的方法,但無論哪種方法,在容量測試期間通信安全都會受到一定的威脅。因此在做容量試驗時要防止市電中斷,備用發電組應處于良好狀態


5)、周期維護項目


月度保養


每月完成下列檢查:


1、保持電池房清潔衛生;


2、測量和記錄電池房內環境溫度;


3、逐個檢查電池的清潔度、端子的損傷及發熱痕跡、外殼及蓋的損壞或過熱痕跡:


4、測量和記錄電池系統的總電壓、浮充電流;


季度保養


1、重復各項月度檢查;


2、測量和記錄各在線電池的浮充電壓,若經過溫度校正有兩只以上電池電壓低于2.18V,請與廠家聯系。


年度保養


1、重復季度所有保養、檢查;


2、每年檢查連接部分是否有松動;


3、每年電池組以實際負荷進行一次核對性放電試驗,放出額定容量的30%—40%;


三年保養


每三年進行一次容量試驗,到使用六年后每年做一次,若該組電池實放容量低于額定容量的80%,則認為該電池組壽命終止。

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