如何提高組合電源使用壽命
發布時間:2013-01-07 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】閥控式密封蓄電池以其體積小、電壓穩定、無汙染、重量輕、放電性能高、維護量小等特點,而成為通信電源係統的首選電池。但在實際使用中,達不到理論預期壽命的比比皆是。
本來應工作10~15年的電池,大都在2~3年內損壞,有的甚至連1niandeshoumingyedabudao,congerzaochenglejidadejingjisunshi。chuqudianchibenshenzhiliangyinsuwai,youyuchongfangdiankongzhibuhelierzaochengdianchitiqianbaofeideanlizhanlejiaodadebili。duidianchidechongfangdiankongzhibuhelichanshengdeyingxiangshijudade,rudianchizaoqirongliangsunshi、不可逆硫酸鹽化、熱失控、dianjieyeganhedengdouyuchongfangdiankongzhidebuheliyouguan。helikekaodiduidianchijinxingguanliheweihu,nenggoubaozhengdianchiyoujiaochangdeshiyongshouming,yiweihutouzizhedeliyi。yinci,zaitongxinyongzuhedianyuanxitongzhong,dianchiguanlishiqizhongyaodegongnengzhiyi;電池管理的可靠性和完善性也成了各個電源廠家之間競爭的重點之一。
影響電池壽命的因素
目前閥控鉛酸蓄電池使用較多的是2V係列和12V係列。這兩種電池的壽命差別較大,一般2V係列的設計壽命是8~15年,12V係列的設計壽命是3~6年。由於12V係列的電池價格較便宜,目前在通信係統中使用12V係列的電池比例較高,但2V係列電池的應用範圍也在逐漸增加,特別是在一些重要的場所基本上都使用2V係列的電池。
蓄電池製造商提供的蓄電池設計壽命為特定環境下的理論值,實際使用壽命與外部應用環境關係較大,它包括:
1)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)的(de)升(sheng)高(gao),將(jiang)加(jia)速(su)電(dian)池(chi)板(ban)柵(zha)的(de)腐(fu)蝕(shi)和(he)增(zeng)加(jia)電(dian)池(chi)中(zhong)水(shui)分(fen)的(de)損(sun)失(shi),從(cong)而(er)使(shi)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)大(da)大(da)縮(suo)短(duan),一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),溫(wen)度(du)每(mei)升(sheng)高(gao)10℃,電池使用壽命將減少50%,溫度越高影響越大。在通信用閥控密封鉛酸?電池行業標準YD/T799-2002中規定,高溫加速浮充壽命試驗是以環境溫度55℃下42天的一個充放電試驗折合一年的正常使用壽命,由此可見高溫對電池壽命的影響。
2)充電不足長期充電不足使得負極板形成晶核,極板硫酸化,電池難以還原。
3)大電流充電充電電流過大,正極板上的活性物質PbSO4還原成PbO2時變化過於激烈,收縮太快且不均,導致電池正極板彎曲膨脹,變形損壞。
4)guofangdiandabufendianchifangdianzhongzhidianyashezhibuzhunhuowufashezhi,youdegenbenmeiyouguofangdianbaohuzhuangzhi,zaochengxudianchizudeshenfangdian,tijizengda,bianxing,shenzhipolie。dianchideguofangdianhuiduidianchideshiyongshoumingzaochengdeyingxianghenda,yicishendudeguofangdiankenenghuishidianchideshiyongshoumingjianshao1~2年,甚至造成電池的報廢。
5)電池長期存放沒有初充電或補充電。
因此,為了延長閥控鉛酸蓄電池的使用壽命,應高度重視組合電源係統的充放電控製。
均浮充控製
通(tong)信(xin)用(yong)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)方(fang)式(shi)主(zhu)要(yao)是(shi)浮(fu)充(chong)電(dian)和(he)均(jun)衡(heng)充(chong)電(dian)兩(liang)種(zhong)。為(wei)了(le)延(yan)長(chang)閥(fa)控(kong)電(dian)池(chi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming),必(bi)須(xu)了(le)解(jie)不(bu)同(tong)充(chong)電(dian)方(fang)式(shi)的(de)充(chong)電(dian)特(te)點(dian)和(he)充(chong)電(dian)要(yao)求(qiu),嚴(yan)格(ge)按(an)照(zhao)要(yao)求(qiu)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)。
yibanmifengqiansuanxudianchitourushiyongderiqijuchuchangriqishijianjiaochang,dianchijingguochangqidezifangdian,rongliangbirandaliangsunshi,bingqieyouyudantidianchizifangdiandaxiaodechayi,zhishidianchidebizhong、端(duan)電(dian)壓(ya)等(deng)出(chu)現(xian)不(bu)均(jun)衡(heng),投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)前(qian)應(ying)用(yong)均(jun)充(chong)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)初(chu)充(chong)電(dian),否(fou)則(ze),個(ge)別(bie)電(dian)池(chi)會(hui)進(jin)一(yi)步(bu)擴(kuo)展(zhan)成(cheng)落(luo)後(hou)電(dian)池(chi)並(bing)會(hui)導(dao)致(zhi)整(zheng)組(zu)電(dian)池(chi)不(bu)可(ke)用(yong)。另(ling)外(wai),如(ru)果(guo)蓄(xu)電(dian)池(chi)長(chang)期(qi)不(bu)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong),閑(xian)置(zhi)時(shi)間(jian)超(chao)過(guo)3個月後,應該對電池進行一次補充電。
在(zai)浮(fu)充(chong)狀(zhuang)態(tai)下(xia),充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)除(chu)維(wei)持(chi)電(dian)池(chi)的(de)自(zi)放(fang)電(dian)以(yi)外(wai),還(hai)維(wei)持(chi)電(dian)池(chi)內(nei)的(de)氧(yang)循(xun)環(huan),但(dan)是(shi)浮(fu)充(chong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)又(you)是(shi)與(yu)電(dian)池(chi)的(de)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)的(de)。因(yin)此(ci),為(wei)了(le)使(shi)閥(fa)控(kong)鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)有(you)較(jiao)長(chang)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming),在(zai)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong),要(yao)充(chong)分(fen)結(jie)合(he)電(dian)池(chi)製(zhi)造(zao)的(de)原(yuan)材(cai)料(liao)及(ji)結(jie)構(gou)特(te)點(dian)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)等(deng)幾(ji)方(fang)麵(mian)的(de)情(qing)況(kuang),製(zhi)定(ding)電(dian)池(chi)合(he)理(li)的(de)使(shi)用(yong)條(tiao)件(jian),尤(you)其(qi)是(shi)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)的(de)設(she)定(ding)。根(gen)據(ju)通(tong)信(xin)用(yong)閥(fa)控(kong)密(mi)封(feng)鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池(chi)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)YD/T799-2002的規定,在環境溫度25℃時浮充電壓允許變化範圍為2.20~2.27V。fuchongdianyashezhiguodi,dianchichangqichuyuqianchongdianzhuangtai,bujinhuizaidianchijibanneibuxingchengbukenideliusuanyanhua,erqiehaihuizaihuoxingwuzhihebanzhazhijianxingchenggaodianzuzudangceng,shidianchideneizuzengjia、容量下降。浮充電壓設置過高,電池長期處於過充電狀態,會使電池充電電流增大,電池負極析出的H2和正極析出的O2氣體難以全部再化合成H2O,造(zao)成(cheng)電(dian)池(chi)失(shi)水(shui),板(ban)柵(zha)腐(fu)蝕(shi)加(jia)速(su),使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)提(ti)前(qian)終(zhong)止(zhi)。因(yin)此(ci),在(zai)組(zu)合(he)電(dian)源(yuan)的(de)運(yun)行(xing)與(yu)維(wei)護(hu)過(guo)程(cheng)中(zhong),應(ying)根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)廠(chang)家(jia)提(ti)供(gong)的(de)資(zi)料(liao)進(jin)行(xing)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)設(she)置(zhi),如(ru)電(dian)池(chi)廠(chang)家(jia)推(tui)薦(jian)的(de)單(dan)體(ti)電(dian)池(chi)浮(fu)充(chong)電(dian)壓(ya)為(wei)2.25V,此時應設置組合電源的浮充電壓為54V(2.25×24)。
根據《電信電源維護規程》規定,閥控鉛酸蓄電池遇到下列情況之一時,應進行均衡充電:
1)2隻以上單體電池的浮充電壓低於2.18V;
2)放電深度超過20%;
3)閑置不用的時間超過3個月;
4)全浮充時間超過3個月。
因此,為了延長蓄電池的使用壽命,組合電源係統要檢測電池放電情況,根據放電時間和放電電流積分計算放電容量,放電容量達到20%要能在監控設備上記錄下來,在市電正常後要進行均充。同時在組合電源係統監控設備上可以設置定期均充周期,一般推薦是3個月。
正常浮充的情況下,充電電流極小,電池負極析出的H2和正極析出的O2幾乎完全化合成H2O;zaijunchongshiruguodianliuguoda,qitinanyizaihuahe,daozhidianchineibuqiyazengda,yinqipaiqifamenkaiqi,zaochengdianchishishui。yinci,zaidianchijunchonghuofuchongshihouyaoxianzhidianchidechongdiandianliu,chengwei“限流值”。在大多數情況下,限流值在0.05C~0.25C之間。
對於通信用組合電源係統,從整流器控製限流點的方法可以分為調壓型和調限流點型兩種。
調限流點型組合電源係統監控器首(shou)先(xian)根(gen)據(ju)電(dian)池(chi)限(xian)流(liu)值(zhi)和(he)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao),計(ji)算(suan)出(chu)係(xi)統(tong)限(xian)流(liu)值(zhi)以(yi)及(ji)分(fen)配(pei)到(dao)每(mei)個(ge)整(zheng)流(liu)機(ji)組(zu)的(de)限(xian)流(liu)值(zhi),然(ran)後(hou)把(ba)此(ci)參(can)數(shu)下(xia)發(fa)給(gei)各(ge)個(ge)整(zheng)流(liu)器(qi)即(ji)可(ke)。同(tong)時(shi)每(mei)隔(ge)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian),監(jian)控(kong)器(qi)根(gen)據(ju)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)和(he)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)流(liu)值(zhi),重(zhong)新(xin)計(ji)算(suan)調(tiao)整(zheng)限(xian)流(liu)值(zhi)並(bing)且(qie)下(xia)發(fa)。監(jian)控(kong)器(qi)不(bu)需(xu)調(tiao)壓(ya),隻(zhi)把(ba)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)後(hou)的(de)浮(fu)充(chong),均(jun)充(chong)電(dian)壓(ya)值(zhi)下(xia)發(fa)即(ji)可(ke)。此(ci)種(zhong)方(fang)式(shi),電(dian)池(chi)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)恒(heng)定(ding)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)如(ru)下(xia):
整流機組限流點=(負載總電流+充電電流比率×電池總容量)/整流機組個數
調壓型組合電源係統監控器通過閉環調整整流器電壓來達到限流。當電池充電電流>1.1倍限流值時,降低整流器電壓;當電池充電電流<0.9倍限流值時,提高整流器電壓,直至到達預設定電壓點為止;其它情況則維持整流器輸出電壓不變。
二次下電
如前所述,電池的過放電會對電池的使用壽命造成很大的影響,所以,組合電源的過放電保護功能也是其一項重要的指標。
組zu合he電dian源yuan的de二er次ci下xia電dian功gong能neng可ke以yi對dui電dian池chi進jin行xing過guo放fang電dian保bao護hu。即ji當dang交jiao流liu電dian源yuan停ting電dian後hou電dian池chi放fang電dian,在zai電dian池chi電dian壓ya低di於yu一yi次ci下xia電dian電dian壓ya後hou,切qie斷duan耗hao電dian量liang較jiao大da的de次ci要yao負fu載zai,以yi維wei持chi重zhong要yao負fu載zai較jiao長chang的de工gong作zuo時shi間jian;zaidiyuercixiadiandianyahouqieduansuoyoufuzai,baohudianchifangzhiguofangdian。weiletigaoxitongdekekaoxing,yibanyaoqiuxiadiandianlujubeiruanyingjianshuangzhongbaohu。yingjianbaohuyibanzhidianchidianyazaidiyu39V時必然下電,高於47Vshibuyunxuxiadian,xiadiandianyadianyibanbukerenyishezhi。ruanjianxiadianbaohudianyadianyibankeyigenjudianchironglianghefangdiandianliujinxingshezhihuozuhedianyuanxitongzixingtiaojie。
對於蓄電池來說,二次下電的保護電壓應該是電池放電終止電壓,而在通信電源係統中,一般都將蓄電池組的下電電壓保護點設置在43V,單體電池的終止電壓約為1.80V。但是蓄電池的終止電壓是與電池正負極的三種極化密切相關的,終止1.80V/Cell的設置是針對大約0.1C左右的放電速率而定的。由於極化的存在,電池在不同的放電電流情況下,終止電壓是不同的。大電流放電時,終止電壓較低;小電流放電時,終止電壓較高。如果負載在某一個固定的下電電壓點下電,大電流放電可能造成放電不足,不能有效延長負載工作時間;小電流放電可能造成過放電,影響電池使用壽命。例如一個300A的組合電源的後備電池組為200Ah,負載為40A(0.2C)時放電終止電壓約42V,而負載為10A(0.05C)時,放電終止電壓大約為45.6V,如果將下電電壓設置為43V,對於40A負載,電池放電不足,而對於10A負fu載zai則ze是shi過guo放fang電dian。這zhe樣yang,在zai用yong戶hu負fu載zai較jiao輕qing的de情qing況kuang下xia,如ru果guo下xia電dian電dian壓ya設she置zhi值zhi還hai是shi和he用yong戶hu負fu載zai較jiao重zhong情qing況kuang下xia的de一yi樣yang,就jiu會hui使shi得de電dian池chi長chang年nian工gong作zuo在zai深shen度du放fang電dian狀zhuang態tai下xia,這zhe將jiang使shi電dian池chi的de實shi際ji使shi用yong壽shou命ming大da為wei縮suo短duan。
在通信領域中,為了在交流停電後電池能維持較長的時間,一般配置電池的容量較大,蓄電池的放電速率大部分都在0.02~0.05C這個範圍內,這就要求組合電源將放電的終止電壓設置在單體電壓1.90V左右,即係統下電電壓為45.6V左(zuo)右(you)。否(fou)則(ze),蓄(xu)電(dian)池(chi)將(jiang)會(hui)出(chu)現(xian)不(bu)可(ke)逆(ni)硫(liu)酸(suan)鹽(yan)化(hua),壽(shou)命(ming)提(ti)前(qian)終(zhong)止(zhi)等(deng)災(zai)難(nan)性(xing)事(shi)故(gu)。組(zu)合(he)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)最(zui)好(hao)能(neng)具(ju)備(bei)根(gen)據(ju)負(fu)載(zai)情(qing)況(kuang)調(tiao)節(jie)下(xia)電(dian)電(dian)壓(ya)的(de)功(gong)能(neng),這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)延(yan)長(chang)供(gong)電(dian)時(shi)間(jian),為(wei)用(yong)戶(hu)帶(dai)來(lai)最(zui)高(gao)投(tou)資(zi)回(hui)報(bao),同(tong)時(shi)避(bi)免(mian)了(le)過(guo)放(fang)電(dian)的(de)情(qing)況(kuang),延(yan)長(chang)了(le)蓄(xu)電(dian)池(chi)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming),節(jie)省(sheng)了(le)用(yong)戶(hu)的(de)設(she)備(bei)投(tou)資(zi)。
溫度補償
zaiyixiebijiaopianpidetongxinzhandian,youyuhenshaopeiyoukongtiao,suoyihuanjingwendubianhuajiaoda,zheduidianchineibudehuaxuefanyingsuduyouhendadeyingxiang。dianchijingzhishi,tongchangyaoqiuzai0~40℃的條件下。溫度太高將會使得電池的自放電加劇。而電池在使用時條件更苛刻,通常要求在20~25℃之間。在這種條件下,電池性能最佳,壽命最長。低溫,會使得電池容量降低,充電接收能力下降,充放電循環壽命下降;高溫,會使得Pb+2H2O→PbO2+4H++4e-反應加劇,導致失水,板柵腐蝕增加。因此,組合電源監控設備上應有“電池過溫告警”的(de)設(she)置(zhi),一(yi)旦(dan)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao),係(xi)統(tong)就(jiu)會(hui)發(fa)出(chu)告(gao)警(jing)。當(dang)電(dian)池(chi)不(bu)是(shi)工(gong)作(zuo)在(zai)電(dian)池(chi)廠(chang)家(jia)推(tui)薦(jian)的(de)最(zui)佳(jia)溫(wen)度(du)下(xia)時(shi),電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)應(ying)進(jin)行(xing)調(tiao)整(zheng)。溫(wen)度(du)越(yue)高(gao),充(chong)電(dian)電(dian)壓(ya)越(yue)低(di),稱(cheng)為(wei)“溫度補償”。組合電源的監控設備通過“溫度補償係數”這項參數來對充電電壓進行調整,電壓調整值為:
ΔV=-溫度補償係數(mV/℃)×(電池溫度-基準溫度)×N
這裏,基準溫度通常是20℃或者25℃;N為組內電池節數,通常為24或12。由於各種電池采用的工藝和材料不同,實際應用中的溫度補償係數應根據電池廠家給出的數據進行調整。
組zu合he電dian源yuan的de溫wen度du補bu償chang功gong能neng就jiu是shi要yao將jiang溫wen度du對dui電dian池chi的de影ying響xiang減jian至zhi最zui小xiao,但dan絕jue不bu是shi說shuo有you了le充chong電dian電dian壓ya的de調tiao節jie係xi數shu,電dian池chi就jiu可ke以yi在zai任ren意yi環huan境jing溫wen度du下xia使shi用yong。要yao知zhi道dao,溫wen度du低di時shi,由you於yu浮fu充chong電dian壓ya增zeng大da,同tong樣yang會hui引yin起qi浮fu充chong電dian流liu增zeng大da,板ban柵zha腐fu蝕shi加jia速su等deng一yi係xi列lie的de問wen題ti;而溫度高時,浮充電壓減小,也會形成電池充電不足等一係列問題。
測試和小電流放電
為了保持電池化學活性,特別對於長期不停電的應用場所,有時需要對電池進行放電,“測試”就是一個比較好的在線放電方法。測試需要由用戶人工啟動,測試電壓用戶可以自由設置。為了防止用戶一時疏忽,在測試持續8h以後,組合電源的監控設備應退出測試狀態,並且自動進行一次均充。
小電流放電同“測試”一樣,也是一種在線放電方法,但它是自動啟動執行的。組合電源的監控設備中可以設置一個“小電流放電允許開關”,當(dang)此(ci)開(kai)關(guan)允(yun)許(xu),並(bing)且(qie)自(zi)動(dong)均(jun)充(chong)周(zhou)期(qi)時(shi)間(jian)到(dao)達(da)時(shi),監(jian)控(kong)器(qi)首(shou)先(xian)降(jiang)低(di)整(zheng)流(liu)器(qi)限(xian)流(liu)值(zhi)或(huo)者(zhe)調(tiao)低(di)整(zheng)流(liu)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)來(lai)使(shi)得(de)電(dian)池(chi)以(yi)較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)流(liu)放(fang)電(dian),並(bing)且(qie)持(chi)續(xu)6h,然後再進行完整的均充。換言之,在自動均充前麵可以有6h的放電過程。
需要注意的是,測試是人工啟動,小電流放電是自動啟動,啟動成功還必須滿足一個條件,即任何一組電池的剩餘容量要大於80%。
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