1、蓄电池运行管理与分析培训,中国铁塔2016年5月,放电 充电,一 、蓄电池构成及原理介绍,阀控密封铅酸蓄电池是能源转化和化学储能装置,一 、蓄电池构成及原理介绍,电能和化学能的转换、储存如何实现？,充入电能才能释放电能,一 、蓄电池构成及原理介绍,一 、蓄电池构成及原理介绍,一 、蓄电池构成及原理介绍,电池长期搁置状态 长期储存期，二氧化铅与电解液直接进行反应： PbO2+H2SO4=PbSO4+H2O+O2,一 、蓄电池构成及原理介绍,阀控密封蓄电池实现转换的化学过程,阀控密封铅酸蓄电池原理,蓄电池构造原理,蓄电池容量定义：蓄电池容量是在基准温度以一定放电倍率下释放出的电量为什么要限定温度？
2、 电解液的活性（硫酸的流动性）,铅离子溶解速度温度修正：放电容量可通过下式进行换算： 式中：Cr非基准温度时的放电容量t放电时的环境温度（）k温度系数（/）放电率10小时率，为0.006；1小时率放电率10小时率，为0.008；放电率 1小时率，为0.01,一 、蓄电池原理及相关标准,蓄电池失效模式分析,电池水水,蓄电池失效模式,失水,活性物质脱落,热失控,不可逆硫酸盐化,板栅腐蚀,普通浮充和循环条件下，主要为晶间腐蚀，并伴随着板栅伸长蠕变，一般这种变形超过4%时极易导致电池失效。 电池温度越高，板栅腐蚀速率越快。 正极充电电位越高（非电池电压），板栅腐蚀速率越快。 充放电电流密度越大，板栅腐
3、蚀速率越快。电解液密度升高，板栅腐蚀加速。,失效模式：板栅腐蚀和变形,板栅腐蚀生产硫酸铅、二氧化铅；充放电过程铅膏体积膨胀、收缩；,失效模式：活性物质脱落,电形成的硫酸铅摩尔体积48.2Cm3/mol,二氧化铅摩尔体积是24-25Cm3/mol，相互转化过程造成疏松、软化并脱落,循环使用越频繁，铅膏疏松效应越明显，主要表现为正极活性物质疏松、软化和脱落。 深度过放电 -PbO2理论。 -PbO2含量高，正极活性物质循环性能好，但容量低， -PbO2 则相反。在化成工序中尽量多生成 -PbO2。 PbO2凝胶理论。正极活性物质（PbO2）内部存在凝胶区和晶体区，随着循环进行，凝胶区向晶体区转化，
4、PbO2颗粒之间的结合力越来越低，造成活性物质疏松软化。Sb等碱性金属元素有利于凝胶区的保持,负极形成充电时难以转化的大块硫酸铅颗粒，造成容量损失。 循环应用中，电池长期运行在欠充电条件下，容易引起负极硫酸盐化。在HRPSoC应用中，由于大电流、充放电频繁转换，造成硫酸盐集中于负极表面，从而影响负极充电。过小的电流进行充放电，容易引起。浮充应用中，负极去极化太严重，容易引起。电池温度越高，电解液密度越大，越容易引起。,失效模式：不可逆硫酸盐化,放电后不能及时充电和欠充电长期运行形成粗大硫酸铅晶体难于充电恢复,充电电压高，电解水速度加快，蓄电池内部温度升高充电电流大运行环境温度高,失效模式：电池
5、水水,环境温度高、充电电流大、电压高导致蓄电池失水，蓄电池内部失去电子、硫酸传导、散热介质，导致蓄电池失去化学反应活性，并且内阻增大,浮充电流与温度的关系，过高的浮充电流增加板栅腐蚀，失水和热失控的危险。,运行环境温度高运行环境温度高充电电压高，电解水速度加快，蓄电池内部温度升高充电电流大工作环境温度过高/充电设备电压失控 充电量增加内部温度升高 电池内阻下降 充电电流又升高 内阻进一步降低 恶性循环,失效模式：热失控,电池失水导致热传导效率降低，电阻加大发热量增加，容量衰减，壳体变形；,个别端柱连接不紧固，使蓄电池组连接电阻增加，连接部位发热，整组电池欠充电充电电压低,不能满足满容量充电充电
6、电流小，整流器模块不足，充电限流值设置低过充电（充电电压过高、充电电流过大或充电时间过长）导致水损失过快、板栅腐蚀加速、活物质劣化加速；过放电或放电后未能及时充足电导致微枝晶短路、 负极板不可逆硫酸盐化；开关电源没有温度补偿功能，环境温度变化后未能及时调整充电电压，致使电池过充和欠充等。,二、蓄电池容量失效分析,蓄电池失效的常见维护因素,蓄电池运行管理分析(以2VAGM产品为例)：浮充、均充电压设置问题：25度温度下浮充电压2.25/单体，均充电压2.35V/单体；电压低充电不足，电压高出现失水电池容量设置：蓄电池管理参数计算的基础 。设置错误的危害：充电电流控制、放出容量计算错误均充设置问题
7、：启动条件设置：条件有放电时间0.5-1h、放出或剩余容量5%-15%、转均充电流（0.05C）、电池组电压等，启动条件结合实际情况合理性分析、设定运行：限流值0.1-0.15C、整流模块输出总电流结束：均充转浮充条件有均充转浮充电流、充电系数、均充时间,蓄电池容量失效分析,周期均充：定期启动均充，定期对蓄电池组进行进行均衡充电，激活、活化落后电池并对整组电池进行补充电。参数有均充周期（30-360天）、均充时间等放电保护：保护蓄电池并防止过放电。一般以蓄电池组电压进行控制。温度补偿问题：给出的标准电压是在25度环境下的参数只，需要根据蓄电池温度进行的均、浮充电压自动调整，但必须设置上下限限制
8、。蓄电池温度探头安装在蓄电池侧面中间部位。3.5mV/cell,蓄电池容量失效分析,运行工况稳定性：输出电压、输出电流、均充启动、均充结束等 蓄电池管理 不同厂家产品的参数会存在差异。合金体系、铅膏配方等因素影响！,蓄电池失效分析,案例1 主题：着火内容：*省*市通信基站在2009年12月开通，在2012年3月12日上午9点左右蓄电池起火现场信息：1.配置GFM-500电池2组，基站负载电流50A左右；2.其中1组起火，另一组完好，外观正常3.该基站在3月11日下午14：20市电停电，在3月12日凌晨2点左右市电来电。,二、蓄电池失效分析案例,现场图片1：,二、蓄电池失效分析案例,现场图片2：
9、,二、蓄电池失效分析案例,原因分析： 关键词：连接不紧固 有大电流通过 电池螺栓松动导致螺栓不能压紧连接铜排，铜排与电池端子不能紧密、紧固接触，铜排与端子连接点电阻增大，充放电过程中此连接点通过电流时发热量增大，当电阻、电流、时间达到一定件，产生热量不断聚集引起端柱温度升高。当端柱温度超过电池壳体燃点引起壳体灼烧。预防措施： 1.连接时连接件放置顺序铜排平垫弹簧垫螺栓，连接应牢固； 2.电池连接的扭距应为12-14N/m， 3.必须确保使用弹簧垫并将弹簧垫压平、压紧,二、蓄电池失效分析案例,同类问题图片,二、蓄电池失效分析,案例2 主题：过放电 机房/基站名称：*火炬园云计算机房项目 客诉反馈
10、日期：2014.03.12； 产品出厂日期：2013.11.23 产品规格/数量/组：SP12-100/32/1 安装方式：四层柜式 反馈内容：蓄电池电压低无法接入系统 现场勘察：蓄电池组已处于断开状态，经测量蓄电池开路电压4.09V-7.02V 分析： 1、蓄电池组在安装、调试后接入系统，但将市电切断； 2、在系统切断市电情况下蓄电池组与UPS连接，蓄电池组在长期对UPS放电后造成严重过放电；UPS电路板是需要耗电的，成为长期小电流放电的负载；,二、蓄电池失效分析案例,案例3： 主题：过放电内容：*省*市通信基站在2011年9月开通，在2013年3月容量测试时只能放出额定容量70%现场信息：
11、1.配置GFM-500蓄电池2组，出厂日期：2011.62.基站停电频率平均每月2次左右，停电时长6H3.该基站在2011.7.23安装完毕，市电未接通，在2011.9.13日期间蓄电池组与开关电源未断开；开关电源存在1-2A放电原因分析：小电流过放电导致蓄电池组过放电并且长时间未充电，蓄电池组出现硫酸盐化容量衰减预防措施：1.新建基站安装完成后蓄电池组不能接入电源系统，熔断丝断开，最好将蓄电池组连接线不接通2.蓄电池组安装完成后进行补充电，确保蓄电池满荷电,二、蓄电池失效分析案例,案例4 主题：热失控 *通信商汇聚机房配置的GFM-1500蓄电池发现整组鼓胀,二、蓄电池失效分析案例,现场信息
12、描述： 1、机房是板房机构；2、只开通部分负载设备；3、动环监控未启用，在建项目；4、开关电源关闭无法查看历史运行记录原因分析：工作环境温度过高蓄电池内部温度升高 电池内阻下降 充电电流又升高 内阻进一步降低 恶性循环预防措施：1.基站空调安装并按照28控制基站温度2.蓄电池温度探头安装并开启温补功能，正确设置温补参数,二、蓄电池失效分析案例,案例5内容：*通信基站在2012年7月15日开通，在7月26日市电停电后很快就出现蓄电池电压下降到一次下电出现通信中断问题。并且两只电池端子发热及连接铜排发热。现场信息：1.该基站配置GFM-500电池2组，在2012年5月份安装2.经现场查勘一组中2只
13、蓄电池安装反3.测量两只电池开路分别为-0.042V、-0.022V，已经反极原因分析： 电池安装反电池内阻增大，在充电过程中电池发热量增大预防措施：1.电池组内安装是串联方式，必须是相邻电池的正极和负极连接2.安装后逐只检查连接是否正确3.蓄电池组连接完成后测量蓄电池组开路电压应不低于50V,二、蓄电池失效分析案例,二、蓄电池失效分析案例,三、蓄电池安装和维护管理,蓄电池的运输蓄电池荷电态出厂，搬运时应做好端柱防护，防止蓄电池短路，禁止使用钢绳等金属线类，严禁短路；电池端柱部位不能受压，安全阀不允许松动；严谨蓄电池倒置放置，搬运时轻拿轻放，严禁倒置、翻滚、摔掷、暴晒和雨淋蓄电池的仓储 蓄电池
14、存放前应为满荷电状态，严禁放电后存放；蓄电池可存放在-15-45环境中，当存放环境温度在-10-30内，应每隔6个月进行一次补充充电；当存放环境温度在31-45内，应每隔3个月进行一次补充充电。,三、蓄电池安装和维护管理,最长贮存时间（搁置寿命）不超过18个月（25），即使正常补充电的情况下。蓄电池存放位置应远离热源或易于产生火花的物体；蓄电池存放中应保持正立，端子面不受力，安全阀不松动，严禁将无外包装的电池重叠堆放；蓄电池应存放在干燥、通风、清洁环境，不能置于有大量红外线、放射线辐射、可能水浸及完全密闭的的环境中，同时，应避开热源、阳光直射；电池存放应避免有机溶剂或其他具有腐蚀性的物品和气体
15、,三、蓄电池安装和维护管理,产品安装检查： 配组情况 外观安装方式： 置地式 柜式 架式安装注意事项：搬运电池时，不要触动接线柱和安全阀安装过程中应使用绝缘工具，戴好绝缘手套严禁用手提接线端子电池之间、电池组件之间 、电池组与开关电源之间的连接应尽可能合理以降低连接件压降不同容量、不同性能的蓄电池不能互连使用,三、蓄电池安装和维护管理,安装末件连接件或导通电池系统前，应认真检查，确保安装正确。端子要清洁连接板要与端子平行，电池排放间距要均匀避免短路安装后启动均充对蓄电池充电安装后如电源系统不接通市电，蓄电池组不要与包括电源在内的任何负载连接，包括蓄电池巡检仪等设备，避免小电流过放电导致蓄电池容
16、量失效。,三、蓄电池安装和维护管理,使用和维护均衡充电和补充电 电池在下列情况下需对电池组进行均衡充电或补充电： 电池系统安装完毕，投入运行前应先对电池组进行补充充电 电池组浮充运行每三个月, 或当有两只以上电池电压低于2.18V时 电池搁置停用时间超出三个月 电池全浮充运行达三个月均衡充电/补充电的方法推荐如下： 以0.1C10A0.15C10A的恒定电流对电池组充电至电池平均电压上升到均充电压，然后改用以均充电压恒压充电，均充时间一般为16h。当均衡充电后，对于仍低于2.18V/单体的落后电池，应进行0.1C10A放电3-4h，然后再进行均衡充电。,三、蓄电池安装和维护管理,使用一个月及日
17、常维护、检查重点：1、系统及单体连接是否可靠检查/次 ；2、排除可能的安全隐患（如端子包裹异物）； 3、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖间的密封检查/次；4、开关电源设置参数和实际参数的校对/半年，是否稳定，特别是充电电压值和充电电流值必须稳定可靠 /次；5、浮充电压与浮充电流的检查及调整 /年；6、定时换气通风，将工业气体 排出/常年；7、检查单体电池有无泄漏，反极 /次；8、检查排气阀工作是否正常（常闭或常开）；,三、蓄电池安装和维护管理,一、离线测试 离线测试符合信息产业部入网检测方法要求，结果准确。在电池选型、验收测试、故障更换、淘汰离网等性能比较要求较高的场合使用。（1）准备
18、工作：了解市电、油机状态； （2）检查电池工艺、外观、有无漏液、连接条好坏、环境温度等及判断电池是否充足并记录；（3）断开放电电池组对应熔丝，断开蓄电池组正负极电池线；（3）连接蓄电池容量测试仪； （4）测量开路端电压； （5）按放电小时率设置容量测试仪，检查以上步骤无误后开始放电； （6） 观察电压、电流变化，放电过程注意连接处温升，； （7）满足终止条件、测试自动终止，作现场情况、局站号、标示电池、终止原因记录； （8）关机，拆除测试仪负载线（先电池端）及采样线； （9）调低开关电源电压，使系统与电池组压差在1V以内； （10）合上对应电池组熔丝；（11）开关电源设为均充状态、按0.1C1
19、0恒压限流充电，后改为自动管理状态；（12）进行容量换算，本组电池测试完成。待本电池组充电完成后，再继续进行下一组电池的容量试验。,二、在线测试 在线测试只能是一种核对性容量试验法，通过与厂家提供的参数曲线或验收测试时存档的历史曲线比较、估算容量。一般可用于使用三年以内的年度维护等只需大致判断好坏的情况下使用。（1）做准备工作：了解市电、油机状态，保证开关电源可下调电压。 （2）观察电池工艺、外观漏液、连接条好坏、环境、温度等并判断电池是否充足并详细记录。（3）测系统全程压降降。 （4）连接蓄电池容量测试仪。 （5）按放电小时率设置放电参数。（6）检查以上步骤无误后开始放电。 （7）放电结束后
20、，关机，拆除测试仪负载线及采样线。并跟踪对蓄电池组充电。,三、核对性容量试验法为了能随时掌握蓄电池组的大致容量，进行核对性放电试验是必要的，其方法是：在直流供电系统中，设置开关电源浮充电压47V，均充电压47.1V，让蓄电池对通信设备供电，蓄电池组放电前后要测试每只电池的端压、室温和放电时间、放出额定容量的30%40%为止；放电结束后，恢复电源设置，对蓄电池充电；注意事项：上述几种蓄电池的容量试验方法，是日常维护中常用的方法，但无论哪种方法，在容量测试期间通信安全都会受到一定的威胁。因此在做容量试验时要防止市电中断，备用发电组应处于良好状态,常见故障分析1.安装时连接松动危险 安装时连接松动，
21、将会可能导致蓄电池充电不足，放电时系统电压压降较大，造成通信设备备电时间缩短，严重时引发火灾。长期充电不足导致蓄电池硫酸盐化，容量衰减。 2.电池极柱旁有少量的白色结晶体 主要原因是电池表面存在残留的电解液，而出厂时由于封装比较快，内部存有一定的水蒸气，从而在电池表面往往形成比较稀薄的硫酸膜，与极柱中的铅发生反应形成白色结晶体覆盖在极柱周围。判断该现象是否是电池漏液的方法：漏酸的位置首先擦净，然后涂摸少许的凡士林油，经过一段时间后依然存在该现象，属电池漏酸；若没有则电池不漏酸。,三、蓄电池安装和维护管理,3.蓄电池失水干涸，引起失水干涸的原因主要有两方面：(1)生产工艺造成的：外壳材料水气渗透
22、率高；壳盖与壳体密封不良，极柱与上盖密封不严；安全阀开阀压力低。以上三种工艺的原因都会造成电池的失水，而最终导致干涸现象的产生。(2)使用过程中不正确使用：a、浮充电压过高、设有均充、大电流充放电、放电深度过大、过充、过放等均可导致电池的失水。 b、由a所造成的原因使氧气无法及时得以还原，气体排出携带水分到电池的体外。c、电池工作温度长时间过高。,三、蓄电池安装和维护管理,4.电池均匀性差的原因1）新运行的电池组电池内游离的电解液过多，且电液量不一致，氧复合效率低，电压偏高，有些电池充电不足，电压偏低。2）VRLA电池浮充电压的确定主要取决于电解液浓度和极板材料。如在制造过程中，电解液及极板材
23、料不纯，或电解液浓度高低不等均会带来均匀一致性差的问题。3）少数电池的安全阀开阀压力过低，会使VRLA电池过早失水，电压上升也很快。4）在浮充运行中，串联电池组各电池间的状态是不同的，有些充电不足，端电压偏低的VRLA电池，若遇到一次，两次深度放电，在恢复性充电时，短时间又很难恢复。长此下去，就会回充不足，而导致电池端电压偏差较大。5）针对电池电压不均采用均衡充电的方法来解决。,三、蓄电池安装和维护管理,5.大电流充电对电池影响 一般说快充电和不控制充电器大电流充电会导致气体大量扩散和蓄电池温度升高，气体能够从正极板上带下微小的活性物质颗粒使其软化变成泥浆状，导致蓄电池容量下降，部分软化的Pb
24、O2颗粒通过电流成对流迁移至负极板，荷正电的胶体颗粒被负极活性物质还原为PbSO4，极板边缘上的海绵状Pb生长也能会造成电池极板短路，在析气期间，增加了负板上产生的热量，这会使电解液浓度增加。导致氢的析出过电位降低而加剧析气，这样PbSO4转化为Pb的负极充电反应便受到阻碍，充电更加困难。,三、蓄电池安装和维护管理,6.电池放电最初阶段电压下降VRLA的放电主要分以下三分阶段。a)、电池端电压由浮充迅速降至开路电压，此时电压大至由2.23V降到2.13左右，此过程是由浮充电压转为开路电压，并非实际开路放电电压，所以下降特别快。b)电池端压由开路压开始稳步下降，一般正常情况下电池在2.06-1.
25、80期间放电属平稳过渡期，电池端压稳步下降。c)当电池达到终止电压1.80V，此时若继续放电，则放电速率加快，同时这期间也属于电池的过放电过程，如果发生了过放电，则必须及时对电池进行补充电，否则会导致电池内部硫酸盐化，恢复本来容量将带来很大困难。 7.电池表面的纹理或裂痕产生的原因a)生产电池槽和盖脱模时所留下的缝合纹。注意缝合纹与一些划伤或裂纹十分相似，但纹理较浅，注意它们的区别。b)人为损伤，电池有可能在搬运或运输的过程中出现人为的损伤，摔或磕碰等都可能造成电池出现裂缝或开胶，避免这种现象的发生应在搬运过程中注意轻拿轻放。,三、蓄电池安装和维护管理,8.电池表面爬酸或极柱漏液1）蓄电池在加
26、入电解液时可能因某种原因注入过多的电解液，使之形成富液状态。2）电池在运行期间属用户使用不当，电池工作环境比较恶劣。如长时间过充电，频繁均充将导致安全阀频繁开启，内压升高从而出现冒气、爬酸等现象。判断该现象的方法：漏液的位置首先擦净，然后涂抹少许凡士林油，经过一段时间后依然存在，开启安全阀内部无明显液态酸液，属电池漏液，；若没有则电池不再漏液 9.引起电池容量不足的几点原因（1）电池出厂后到达用户未能及时安装使用，造成长期贮存，温度高低对电池的自放电有很大影响，长期贮存势必造成自放电会引起容量的不足。（2）正极板腐蚀，变形引起容量不足。（3)负极板硫酸盐化，诸如放电后不能及时充电，电池长期搁置
27、，引起严重的自放电，电解液浓度过高，长期充电不足，这种硫酸铅用常规方法很难还原，这样活性物质的减少势必影响到电池的容量。,三、蓄电池安装和维护管理,10.电池鼓壳变形，主要是由体内压力或热量激剧增加而产生的，主要原因有以下几点。(1)安全阀开阀压力过高，或者是安全阀阻塞。当体内压力增加到一定程度时阀门不能正常打开。(2)浮充电压设得过高，充电电流大，导致正极板上析出加快，而来不及在负极复合，同时电池体内的温度上升也很快，在排气不及时，压力达到一定时，使VRLA电池出现鼓包变形。(3)VRLA电池充电运行中特别是在串联电池组中，如果对电池组进行过充电，若有品质不良的电池常会出现内部气体复合不良等
28、现象，从而出现鼓包现象(4)因VRLA电池属于贫液式设计，对气体的化合留有预留避道，而如果有“富液”现象，就会阻挡产生的O2扩散到负极，降低O2的复合率，体内压力增大。（5）环境温度长时间超过35，充电电压未能根据环境温度进行下调 （6）大电流充电导致电池内温急剧上升，当电池温度达到70以上加之内部产生的气体压力ABS壳体就会出现塑变形，表现为鼓壳,三、蓄电池安装和维护管理,对有问题的产品及时提供维修、更换等服务-故障排除维护 - 问题已经出现（或事故已经发生） - 在规定时间内响应 - 很多情况下只针对单个问题设备 - 巡检对可能出现的问题提早发现并提供解决方案-预防性维护 - 潜在问题，防患于未然 - 减少事故发生率 - 针对整个电源系统 - 找到问题的普遍性减少维护成本与降低事故发生率预防性维护,两种维护观念,谢谢,
