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劲博蓄电池12V24AH
1 电池的放电特性
电池的放电特性是一族曲线(见图1)。在一定的环境温度下(图中为25℃),随放电电流的不同,电池端电压与放电时间的关系称为放电曲线。由放电曲线可以看出如下特性:
(1)放电时间最长的曲线,放电时间为10小时,电流恒定,我们称之为10小时放电率曲线,由此测定的电池容量用C10表示
C10=6A×10h=60Ah
如果用1小时恒流放电来测定这同一只电池,则
C1=41.9A×1h=41.9Ah
由此可见电池的容量是在标定了放电制式之后才是一个可比的确定值。
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(2)无论放电电流大小,在放电的初始阶段都会使端电压下降较多,然后略有回升的现象,这是因为电池从充电状态转变为放电状态的瞬间,电池极板附近的电荷快速释放出来,而离极板较远的电荷需要逐渐运送到极板附近,然后才能释放出来,这个过程形成了电池端电压有较大的低谷。
(3)无论放电电流大小,电池端电压最终将出现急剧下降的拐点,以这些曲线的拐点连接得到的曲线就称为安全工作时的终止电压曲线,UPS的电池电压工作终点都是设计在这条拐点曲线附近的。拐点之后的曲线具有电压急剧下降的趋势,直到放电曲线的终点,这些终点连接得到的曲线称为最小终止电压曲线,它表示放电电压低于此曲线后将造成电池的永久性失效,即电池不能再恢复储电能力。由此可见UPS中设计有防止电池深度放电的保护功能是极为必要的。
2 UPS电池的充电特性
电池的充电特性曲线也是在25℃温度下测量和标度的(见图2)。充电曲线通常有三条:
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(1)充电电流曲线:在充电开始阶段,充电电流是一个恒定值,随着充电时间的推移,充电电流逐渐下降,并最终趋于0。这是由于在放电过程中,电池内的电荷大量流失,由放电转变为充电时,电荷的增长速度较快,化学反应将产生大量的气体和热量,对于密封电池来说,即使通过安全阀可以将气体和热量排放掉,但氢离子和水将同时损失掉,使电池的储能下降,因此必须限定充电的电流值,随着电池容量的恢复,充电电流将自动下降。充电电流下降10mA/Ah以下时即认为电池已基本充满,转入浮充电状态。电池放电越深,则恒流充电的时间越长,反之则较短。
(2)充电电压曲线:在电池恒流充电阶段,电池的电压始终是上升的,因此有时又称为升压充电。当恒流充电结束时,电池的电压基本保持不变,称为恒压充电。在恒压充电阶段,电池的电流逐渐减小,并最终趋于0,结束恒压充电阶段,转入浮充电,以保持电池的储能,防止电池的自放电。
(3)充电容量曲线:在恒流充电阶段,电池的容量基本呈线性增长;在恒压充电阶段,容量增长的速度减慢;恒压充电结束后,容量基本恢复到100%大约需要24小时左右;转入浮充电后,容量基本不再明显增长。由充电曲线还可以看到一组虚线,是电池放电50%后的充电特性,与100%放电后的充电特性相比,恒流充电时间明显缩短,恒压充电9小时左右,容量基本恢复到100%。由以上可知:
①恒流充电是为了恢复电池的电压;
②恒压充电是为了恢复电池的储能;
③浮充电是为了抑制电池的自放电或保持储能。
UPS设计的电池放电容量通常为50%～70%额定容量,一般放电后最好连续充电24小时。无论50%放电还是100%放电,恒流充电都是0.1C10(6A),恒压充电都是6.75V(2.25V/cell),这是在25℃环境温度下进行的。如果温度上升,则充电电压必须下降;否则电池内的化学反应会加强,产生大量的气体,使电池内的压力增加,并经减压阀将气体释放,使电池内的电解液减少,将造成电池的提早老化,减少电池的使用寿命。许多品牌UPS正是根据这一原理,设计了浮充电压随温度而变化的功能,以优化电池的使用寿命
蓄电池是UPS、EPS、直流屏等系统中的一个重要组成部分,如果能够正确使用和维护,就会延长其使用寿命,反之寿命会大大缩短,给用户造成不必要的损失。
1 蓄电池的种类
1.1 按用途分
①启动用蓄电池,供各种汽车、拖拉机、柴油机起动和点火、照明用。起动时要求大电流放电,要求能低温起动、电池内阻小;
②固定型防酸式蓄电池,用于发电厂、变电所、通讯、医院等作为保护、自动控制、事故照明、通讯等备用电源。电解液稀、寿命长、浮充使用;
③牵引用蓄电池,用于各种蓄电池车、****车、铲车、矿用电机车等。作为电动牵引及照明电源用;要求厚极板、容量大、以3～5h率充放电循环使用;
④其它用蓄电池，大小容量不等,放电率多种多样。
1.2 按铅酸蓄电池的荷电状态分
①干放电态(极板为放电态,放在无电解液的蓄电池槽中;开始使用时应灌入电解液,并进行较长时间的初充电后方可使用);
②干荷电态(极板处于干燥的充电态的无电解液的蓄电池槽中,使用时灌入电解液,不需初充电即可使用);
③带液充电态(充电态带电液的蓄电池);
④湿荷电态(充电态,部分电解液吸附在极板和隔膜中,使用时灌入电液,不需要充电。贮存时间不及干荷电态蓄电池时间长);
⑤免维护蓄电池(充电态带液电池,在规定的工作寿命期间不需要维护加水,自放电率很小);
⑥少维护蓄电池(充电态带液电池,在规定的工作寿命期间只需要少量维护,较长时间内加一次水)
1.3 按电池盖和排气栓的结构分
①开口式(无永久性盖子,产生的气体可以自由逸出,只装有与壳体不固定的盖板,以减少酸雾,现几乎被淘汰)；
②排气式(电池壳体与电池盖固定在一起;盖的注酸口装有排气栓);
③防酸隔爆式(电池盖上装有防酸阻火栓,允许电池排气,但酸雾不逸出,遇有外界火源时电池内部不燃烧、不爆炸);
④防酸消氢式(装有催化栓,可使电池析出的氢氧重新化合为水,返回电池。同时具有防酸防暴功能)；
⑤阀控式密闭蓄电池(蓄电池密闭,不需要加水,装有安全阀,电池内压力过大时可排出气体,外界气体不能进入电池内部,该种蓄电池是免维护蓄电池)。
2 铅酸蓄电池的使用
UPS、EPS、直流屏等一些设备考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素,一般会选择铅酸免维护蓄电池,如德国阳光、德国松树、GNB、广东汤浅、广东志成冠军、沈阳松下、上海大力神等或其他品牌优质免维护电池。千万不要贪图便宜选用劣质电池,这样会影响整个系统的可靠性,并可能因此造成更大的损失。
2.1 铅酸免维护蓄电池使用前的检查
铅酸免维护蓄电池有自放电现象,如果长期放置不用(一般放置六个月以上,自放电为50%),会使能量损失掉,因此需定期进行充放电。维护人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏,以12V电池为例,若开路电压高于12.5V,则表示电池储能还有80%以上,须充电10小时以上;若开路电压为12～12.5V之间,则应该立刻进行补充充电,须充电13～24小时;若开路电压低于12V,则表示电池存储电能不到20%,须充电48小时以上。充电完后测开路电压应在13V左右。故存放时,建议用户不要放置太长时间，有条件的用户建议3个月做一次充放电，以保证电池的容量达到理想值。使用前,查看外表,看看接线柱是否被氧化，是否需要打磨;再看看蓄电池外表是否干净,如有灰尘应用干布擦干净。
2.2 铅酸免维护蓄电池使用中的检查
免维护电池由于采用吸收式电解液系统,在正常使用时不会产生任何气体,但是如果用户使用不当,造成电池过充电,就会产生气体,此时电池内压就会增大,会将电池上的压力阀顶开,严重的会使电池鼓胀、变形、漏液甚至破裂,这些现象都可以从外观上判断出来,如发现上述情况应立即更换电池。如果有条件,可以装上蓄电池在线检测系统,用以查看电池的电压、内阻、温度等变化。
2.3 铅酸免维护蓄电池使用中的保养
虽然免维护电池在使用时不需要人工进行专门的维护工作,但是在使用时还是有一定的要求,如果使用不当会影响电池的使用寿命。影响电池使用寿命的因素有以下几点:安装、温度、充放电电流、充电电压、放电深度和长期充电等。
①电池安装
电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,并免受阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置,不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。连接时不同容量、不同性能、不同新旧、不同厂家的蓄电池不应连接在一起使用。电池在连接时,应该使用绝缘工具,以防意外造成正负极短路,烧毁电池。蓄电池与充电器或负载联接时,电路开关一定要处于断开位置。连接用的螺母、螺栓、垫圈与连接线应松紧适度、均匀,避免螺丝松动和过紧。
②环境温度
环境温度对电池的影响较大,环境温度过高,会使电池过充电产生气体;环境温度过低,则会使电池充电不足,一般要求环境温度在25℃左右。
③充电
充电分为初充电、正常充电、均衡充电等几种。
初充电,新电池的首次充电称为初充电,目的在于使电池在装配过程中被氧化的极板活性物质还原,增加活性物质含量,提高电池的放电性能。
正常充电,对已经放过电的电池进行充电称为正常充电。
浮充电,电池组与充电电源并联后连接到负载上,当交流电源正常时,整流器将交流电整流为直流电后,一面给蓄电池充电,一面经逆变器将直流电再转换为交流电为负载供电。当交流电源中断时,蓄电池的直流电立即经逆变器转换为交流电给负载供电,以保证供电的连续性。这种蓄电池充电称为浮充电。
均衡充电,电池在使用的过程中,往往会产生比重、容量、电压等不均衡现象。导致电池组输出电压过低,输出电量过小。为此,对电池组进行过充电,使电池组中的每个单体电池都处于充足电状态,这一充电过程称为均衡充电。
无论使用那种充电方法,都应该注意按照厂家产品说明,控制充电电压和电流,以防过压和过流导致蓄电池性能下降和寿命缩短或损坏。
在电源系统中,电池总是在线备用工作的,这样电池基本上处于长期的浮充状态中,浮充电压的选取对电池的长期可靠运行起着至关重要的作用,正如前面说到的,偏高的浮充电压会造成电池缓慢失水并产生热失控使电池失效;偏低的浮充电压会造成电池长期处于充不饱的状态,使电池发生硫酸化而导致电池失效。正确的浮充电压一般应选在2.23V/单体,并应随同电池工作温度进行相应调整,由于电池生产厂家的不同,这一参数会有一些差异,应严格按照厂家提供的参数选取。
在一个电池组中,电池总是串联充电的,由于电池存在个体差异，每个电池的端电压不会严格一致，为保证电池组中每个电池的长期安全运行,必须保证电池组中每个电池的浮充电压都处于正常的范围。均衡充电是经常采用的方法,通过适当的过充电来保证电池组中落后电池充足电。这一方法由于要对电池组过充电,应限制使用,应使用单个电池补充充电代替均衡充电，如果必须对电池组进行均衡充电，必须严格控制均衡充电电压。均衡充电的电压应严格按照电池生产厂的规定选取。
④放电
放电电流不宜过大,更要避免短路放电。一般按C10～C20安时数放电,具体讲,如50Ah的电池,用C10(5安培的电流)进行放电,放10小时截止,能达到充分活化电池的目的,同时能检验电池的容量是否足够(有些电池厂家要求用C20方式放电,相应放电时间延长一倍)。
放电时,蓄电池端电压不要低于终止电压,以防蓄电池过度放电导致蓄电池性能下降和寿命缩短。放电后,应该及时充电。不允许蓄电池在放电状态下长时间搁置。
⑤放电深度
放电深度对电池使用寿命的影响非常大,电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。
⑥定期保养
电池在使用一定时间后应进行定期检查,如观察其外观有否异常,测量各电池的电压是否均衡等;如果市电长期不停电,电池会一直处于浮充电状态,这样会使电池的活性变差,因此即使不停电,UPS也需要定期进行放电试验以便保持电池活性。条件允许的话放电试验可安排三到六个月进行一次,做法是UPS带载(最好在50%以上),然后断开市电,使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几分钟至几十分钟,放电后恢复市电供电,继续对电池充电。
3 铅酸蓄电池的失效机理
3.1 电池失水
铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高,导致电池正极栅板的腐蚀,使电池的活性物质减少,从而使电池的容量降低而失效。
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