鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)PPT課件.ppt

鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀VRLA電池的基本定義與分類VRLA電池的基本原理VRLA電池的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)VRLA電池的基本性能參數(shù) 基礎(chǔ)知識(shí) 選型與設(shè)計(jì) 使用與維護(hù) 蓄電池的選型蓄電池容量的計(jì)算A 按所需容量和電流的計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例B 按照所需功率計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例EUROBA電池的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 蓄電池的安裝蓄電池的使用與注意事項(xiàng)EUROBA電池的使用條件與維護(hù) 1 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀VRLA電池的基本定義與分類VRLA電池的基本原理VRLA電池的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)VRLA電池的基本性能參數(shù) 基礎(chǔ)知識(shí) 2 3 1859 Plante普蘭特發(fā)明蓄電池 1900 開口式蓄電池開始應(yīng)用 OpenCell 1960 1975 Gates公司發(fā)明 Pb Ca合金Gates公司獲得 D型密封鉛酸電池專利VRLA電池原型 1979 GNB發(fā)明MFX正極板柵專利合金GNB購買Gates專利GNB開始大量生產(chǎn)吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池 1984 2019 小范圍應(yīng)用迅速推廣VRLA正式取代免維護(hù)概念全面被認(rèn)可并大規(guī)模取代傳統(tǒng)富液式電池 鉛酸電池發(fā)展里程碑事件 3 4 閥控式密封鉛酸蓄電池的定義閥控式密封鉛酸蓄電池的英文名稱為ValveRegulatedLeadAcidBattery VRLA 蓄電池正常使用時(shí)保持氣密和液密狀態(tài) 當(dāng)內(nèi)部氣壓超過預(yù)定值時(shí) 單向安全閥自動(dòng)開啟釋放氣體 當(dāng)內(nèi)部氣壓降低后 安全閥自動(dòng)閉合使其密封 防止外部空氣進(jìn)入蓄電池內(nèi)部 蓄電池在使用壽命期間 正常使用情況下無需補(bǔ)加電解液 蓄電池具有防爆 防酸霧 耐過充電能力 VRLA蓄電池的分類AGM電池 AbsorbedGlassMat采用吸附式玻璃纖維作隔膜 電解液吸附于極板和隔膜 電池內(nèi)無流動(dòng)電解液 AGM電池可以立式或臥式安裝 GEL電池 膠體電池采用SiO2作凝固劑 電解液吸附于極板和膠體內(nèi) 膠體電池一般立式安裝 常識(shí)備注 VRLA蓄電池一般情況下都是指AGM電池 膠體電池都需特別指明 4 5 閥控式密封鉛酸蓄電池電化學(xué)反應(yīng)原理PbO2 2H2SO4 Pb2PbSO4 2H2OVRLA電池電化學(xué)反應(yīng)原理 充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能 放電時(shí)將儲(chǔ)存在電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放給外在系統(tǒng) VRLA電池能夠在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再復(fù)合利用 并抑制氫氣析出 VRLA蓄電池又稱 貧液蓄電池 蓄電池采用負(fù)極板富余容量設(shè)計(jì) 使氫氣析出時(shí)電位提高 使正極出現(xiàn)氧氣先于負(fù)極出現(xiàn)氫氣 充電時(shí) 正極析出的氧氣 通過玻璃纖維隔板傳送到負(fù)極表面與氫氣結(jié)合為水 從而有效控制水的電解 減少電解液的消耗 因此失水量很小 所以無需加水加酸 充電 放電 5 6 構(gòu)成VRLA鉛酸蓄電池的主要部件 正負(fù)極板 隔膜 電解液 安全閥 電池殼與電池蓋端子 連接條 極柱等零件 Euroba12V系列電池剖面圖 Euroba2V系列電池剖面圖 6 7 VRLA蓄電池的設(shè)計(jì) 板柵合金的選擇 板柵的功能是支撐活性物質(zhì)并傳輸電流 它通常是鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物 使活性物質(zhì)固定于其中 備注 參加電池反應(yīng)的活性物質(zhì)Pb和PbO2是疏松的多孔性物質(zhì)需要載體固定 正板柵要求具有自放電小和耐腐蝕的特點(diǎn) 所采用的合金各異 常用的有Pb Ca Pb Ca Sn Pb Ca Sn Al和Pb Ti Ge合金 負(fù)板柵一般采用Pb Ca合金 盡量減少析氫量 正極板圖 負(fù)極板圖 7 8 VRLA蓄電池的設(shè)計(jì) 隔膜的選擇 VRLA電池采用的是AGM 玻璃纖維棉 隔膜 主要具有以下特征 優(yōu)良的耐酸性能和抗氧化能力厚度均勻 無針孔 無機(jī)械雜質(zhì)材料孔徑小 孔率高優(yōu)良的吸附性能 保留電解液能力強(qiáng)電阻小具有一定強(qiáng)度 保證工藝上的可操作度雜質(zhì)少 銅鐵含量低 AGM隔膜 PVC隔膜 8 9 VRLA蓄電池的設(shè)計(jì) 殼蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選擇 強(qiáng)度設(shè)計(jì) 電池外壁在過盈裝配和承受內(nèi)氣壓時(shí)不應(yīng)有明顯氣脹變形 ABS和PVC外殼厚度為8 10mm PP材料應(yīng)加鋼殼加固 散熱設(shè)計(jì) 要求外殼散熱面積大 材料導(dǎo)熱性能好蓋上極柱密封設(shè)計(jì) 關(guān)鍵工藝技術(shù) 不同制造商不盡相同 殼蓋密封和極柱密封結(jié)構(gòu) 熱封 最可靠的密封方式 PP材料一般采用熱封 膠封 ABS PVC材料一般采用膠封 技術(shù)關(guān)鍵在于選用合適的環(huán)氧樹脂 ABS槽蓋配合操作圖 ABS槽蓋配合圖 9 10 VRLA蓄電池的設(shè)計(jì) 電解液的選擇 VRLA電池電解液中H2SO4的含量按理論值1 5倍計(jì)算電解液比重一般為1 3g ml安全閥的要求 安全閥是關(guān)鍵部件影響電池壽命 一致性和安全性 可分為帽式 柱式和傘形安全閥 單向開閥單向密封 防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部同一組電池各個(gè)安全閥間的開閉壓力差不應(yīng)超過平均值的20 壽命不低于15年具有慮酸功能 可防止酸與酸霧從安全閥排氣口排出隔爆 當(dāng)電池外部遭遇明火是電池內(nèi)部不應(yīng)引爆抗震 運(yùn)輸和使用期間 不會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)和多次開閉而松動(dòng)失效耐酸耐高低溫 10 11 VRLA蓄電池的性能參數(shù) 開路電壓與工作電壓 開路電壓 電池在開路狀態(tài)下的端電壓 開路電壓 正極電極電勢(shì) 負(fù)極電極電勢(shì)工作電壓 也叫放電電壓 指電池接通負(fù)載后放電過程中顯示的電壓 初始電壓是指電池放電開始的工作電壓 電池容量 電池在一定條件下所能給出的電量稱為電池的容量 符號(hào) C單位 Ah mAh 額定容量也叫保證容量 按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的最低限度容量比容量是單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的電量 其單位為Ah Kg或Ah l 可以用于比較不同系列的電池 電池內(nèi)阻電池內(nèi)阻包括 歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻 內(nèi)阻的存在使電池放電時(shí)的端電壓 電池的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓 充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓 內(nèi)阻值不是常數(shù) 歐姆內(nèi)阻遵守歐姆定律 極化內(nèi)阻隨電流密度增加而非線性變大 11 12 VRLA蓄電池的性能參數(shù) 能量 電池的能量 一定放電條件下蓄電池所能給出的電能 單位 Wh瓦時(shí)比能量 電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能 單位 Wh Kg比能量反映了電池活性物質(zhì)的利用率 同時(shí)也反映了電池的質(zhì)量水平和制造商的技術(shù)和管理水平 功率和比功率 功率是指電池在一定條件下于單位時(shí)間所能給出的能量的大小 單位 W或KW比功率是單位質(zhì)量電池所能給出的功率 其單位為W Kg或KW Kg 比功率越大表示電池可以承受大電流放電 電池的使用壽命電池使用壽命 在規(guī)定條件下 電池的有效壽命期限稱為電池的使用壽命 電池的使用壽命包括 使用期限和使用周期 使用期限指電池可供使用的時(shí)間 包括電池的存放時(shí)間 使用周期是指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù) 12 選型與設(shè)計(jì) 蓄電池的選型蓄電池容量的計(jì)算A 按所需容量和電流的計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例B 按照所需功率計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例EUROBA電池的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 13 14 VRLA蓄電池的選型與設(shè)計(jì) 選擇蓄電池的需要考慮幾個(gè)因素 電池的類型 鉛酸電池 AGM或膠體電池 鋰電池 鎳鎘電池 電池容量 根據(jù)用戶實(shí)際的后備要求 負(fù)載功率和后備時(shí)間 主設(shè)備類型計(jì)算容量 電池性能參數(shù) 評(píng)估VRLA電池的重量 體積 比能量 使用溫度范圍的因素 綜合考慮 選定蓄電池之后的設(shè)計(jì) 在確定電池組總?cè)萘康那疤嵯?結(jié)合用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝條件 負(fù)載使用情況設(shè)計(jì) 電池組的組數(shù) 并聯(lián)一般不超過3組 選擇使用電池箱或電池架承載電池 電池列間 層間連接電纜或銅排截面積計(jì)算 確保安全載流量和導(dǎo)線壓降 1小時(shí)率大電流放電時(shí) 連接線壓降 10mv確認(rèn)安裝地面最大承載能力 Kg m 確保電池安裝安全可靠 14 15 VRLA蓄電池容量的計(jì)算 A 按所需容量和電流的計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例電池容量的常用計(jì)算公式如下 Q K C I其中Q 電池額定容量I 放電電流C 電池容量計(jì)算系數(shù) 查下表 K 保險(xiǎn)系數(shù) 取值范圍1 2 l 67 放電小時(shí)數(shù)T與電池容量計(jì)算系數(shù)C的關(guān)系表上表是鉛酸蓄電池的一個(gè)通用特性 不同品牌的電池性能會(huì)有差異 可以通過查閱廠家資料得到具體選型信息 15 16 VRLA蓄電池容量的計(jì)算 實(shí)例負(fù)載電流40A 要求電池維持供電時(shí)間4小時(shí) 需要電池容量為Q K C I 1 2 5 06 40 243AH如某項(xiàng)目基站電流共40A 35A的交換電流十5A傳輸電流 要求停電時(shí)電池先對(duì)40A的負(fù)載進(jìn)行4個(gè)小時(shí)的供電 而后二次下電斷掉交換設(shè)備 電池再對(duì)傳輸維持8小時(shí)的供電后 電池欠壓保護(hù) 以德克電池為例此種電池供電方式需電池容量多少 Q K C1 I1 I2 K C2 I2 1 2 5 06 35 5 1 2 8 51 5 294AH 16 17 VRLA蓄電池容量的計(jì)算 B 按照所需功率計(jì)算蓄電池容量方法 按下式來計(jì)算電池所提供的總功率值W電池電池恒功率放電公式 W P C0S N 6式中 P UPS電源的標(biāo)稱輸出功率 VA C0S 負(fù)載的功率因素0 8 UPS逆變器的效率0 92N 6 在UPS中以2伏單元電池來進(jìn)行計(jì)算時(shí)所需的串聯(lián)電池的個(gè)數(shù) 17 18 VRLA蓄電池容量的計(jì)算 B 實(shí)例 對(duì)250KVAUPS后備5分鐘電池計(jì)算如下 UPS電源的標(biāo)稱輸出功率為250kVA 單機(jī)系統(tǒng) 電池電壓為480V 電池單體節(jié)數(shù)為40節(jié) 每節(jié)12V 要求電池后備時(shí)間為5分鐘 cos 取0 8 考慮用戶為綜合負(fù)載 不僅僅是計(jì)算機(jī)負(fù)載 W PC 250 1000 0 8 0 93 40 6 896 1W對(duì)照電池的 恒功率放電表 選擇電池單元 由表中可知 每節(jié)S12V285的2V單元可于5分鐘以543W的功率放電 543W 2 1086W 896 1W 所以2組S12V285電池并聯(lián)可以滿足要求UPS電池配置為采用S12V285電池 2組電池并聯(lián) 每組40節(jié)串聯(lián) 共使用80節(jié)電池 18 使用與維護(hù) 蓄電池的安裝蓄電池的使用與注意事項(xiàng)蓄電池的維護(hù) 19 20 VRLA蓄電池的安裝 蓄電池的安裝方式安裝方式分立式安裝或臥式安裝 矮性設(shè)計(jì)的電池可以立式 也可以臥式安裝 高形設(shè)計(jì)的電池建議臥式安裝 蓄電池連接方式及導(dǎo)線VRLA電池的應(yīng)用實(shí)踐告訴我們 在大電流放電應(yīng)用中電池的連接方式和連接導(dǎo)線的壓降至關(guān)重要 電池連接貫徹原則 多串少并 先串后并 并聯(lián)電池組控制在3組以內(nèi) 連接導(dǎo)線的壓降取決于 導(dǎo)線材質(zhì) 電阻率 導(dǎo)線長度 截面積大小連接導(dǎo)線壓價(jià) 10mv 1Hr率放電電流 蓄電池安裝常規(guī)注意事項(xiàng)不能將容量不同 性能和新舊程度不同的電池混在一起使用 連接螺栓 螺絲必須擰緊 以免引起電池打火爆炸 連接總線和導(dǎo)通系統(tǒng)前 再次確認(rèn)電池極性 總電壓是否正確無誤 電池組連接后電壓很高 注意使用絕緣工具并防止短路 電池組不要安裝在密閉的空間 要遠(yuǎn)離熱源 避免陽光直射 20 21 VRLA蓄電池的使用 蓄電池的浮充VRLA電池主要的工作方式是浮充工作制 VRLA電池浮充工作下 電池與整流器設(shè)備并聯(lián) 電池組一般不放電 實(shí)際工作中電池存在局部放電或由于負(fù)載突然增加而放電 VRLA電池浮充有兩個(gè)作用 市電中斷 電池立即無間斷向負(fù)載供電 電池起到平滑濾波作用 濾除脈動(dòng)成分 穩(wěn)定負(fù)載供電質(zhì)量以EUROBA電池的浮充為例 具體浮充的參數(shù)要求 充電電壓 2 23 2 27V 單體 25 建議設(shè)置為2 25V 單體 最大充電電流 0 30C10溫度補(bǔ)償系數(shù) 3 3mV 單體 以25 為基點(diǎn) 充電電壓變動(dòng)范圍為 0 02V 單體 注意事項(xiàng) 同一電池組各單體電池的電壓值在使用初期會(huì)出現(xiàn)一定偏差 半年之后將趨于一致 浮充電壓過高或過低對(duì)電池的影響如下 長時(shí)間過高 過充電 縮短壽命 長時(shí)間過低 充電不足 滿足不了負(fù)載或使電池電壓不一致 從而使電池整組容量下降 壽命縮短 21 22 VRLA蓄電池的使用 蓄電池的均充VRLA電池均充工作啟動(dòng)的原因 電池浮充電壓偏低 放電后再充電 電池組容量不足 VRLA電池平時(shí)不建議均充 均充可能造成電池失水而早期失效 均充電壓的選擇要考慮溫度因素 溫度系數(shù)取 5mv C VRLA電池均充頻率的設(shè)定 電池全浮充工作一年 均充一次 時(shí)間12 24小時(shí) 以EUROBA電池的均充為例 具體均充的參數(shù)要求 充電電壓 2 30 2 35V 單體 25 建議設(shè)置為2 35V 單體 最大充電電流 0 30C10溫度補(bǔ)償系數(shù) 5mV 單體 以25 為基點(diǎn) 充電電壓變動(dòng)范圍為 0 02V 單體退出均充條件 退出均充的電流參考值一般設(shè)定為0 01C10 并聯(lián)時(shí)乘以蓄電池組數(shù) 注意事項(xiàng) 正常浮充運(yùn)行可以不進(jìn)行此項(xiàng)操作 遇到下列情況之一可考慮采用均衡充電 放電容量低于額定容量的20 以上 擱置不用時(shí)間超過3個(gè)月有單體電池浮充電壓低于2 18V 單體連續(xù)浮充3 6個(gè)月或電池組內(nèi)出現(xiàn)電壓落后的電池全浮充運(yùn)行一年以上蓄電池安裝調(diào)試結(jié)束后投入使用前需要進(jìn)行補(bǔ)充電 蓄電池容量檢測(cè)后進(jìn)行均充電 22 23 VRLA蓄電池的日常維護(hù) VRLA蓄電池并非不需要管理 電池的變化是漸進(jìn)和累積的過程 我們平時(shí)維護(hù)要做好運(yùn)行記錄 具體項(xiàng)目如下 電池單體和電池組的浮充電壓 一月 次 電池外殼和極柱溫度 一月 次 極柱 安全閥周圍是否有滲液和酸霧溢出 一月 次 檢查連接螺栓是否擰緊 六月 次 定期檢查開關(guān)電源或UPS設(shè)備對(duì)電池均浮充電壓參數(shù)是否符合電池充電要求每年以實(shí)際負(fù)載做一次核對(duì)性放電 放電容量約額定容量的30 40 每3年以假負(fù)載做一次容量