蓄电池的使用与维护 质量与说明
蓄电池的使用与维护 质量与说明
UPS蓄电池的种类
UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。目前，在线运行的蓄电池基本上有两种，它们都属于铅酸蓄电池。
3.1、防酸隔爆铅酸蓄电池
这种电池在早期的UPS系统中使用较多，只要维护得当，会有较长的使用寿命，但由于在运行中存在大量的电解液水分散失，需经常性地测量电解液的温度、密度，往电池内部添加蒸馏水，维护工作量极大，现在的UPS系统中已很少配用。
3.2、阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)
因其体积较小，密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电
源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法：一种技术是将硫酸电解液与SiO2胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%；另一种技术是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。
4 UPS蓄电池的选择
4.1、蓄电池容量(Ah)的选择
蓄电池容量(Ah)是指在标准环境温度下，每2V电池单体在给定时间至1.80V终止电压时，可提供的恒定电流值(A)与持续放电时间(h)的乘积。给定持续放电时间为10h的容量称为10h率容量，用符号C10来表示。蓄电池容量可用20h率、10h率、8h率、5h率、3h率、1h率、0.5h率等多种方法表示，一般采用C10作为蓄电池的额定容量来标称蓄电池。额定容量是蓄电池的主要参数，不少工程人员就认为，两种品牌相同额定容量的蓄电池可以在同一套UPS系统中替代使用。这种观点是有偏颇的，因为两种蓄电池具有相同额定容量，只表示它们的10h放电性能一致，但在10min、30min、lh、3h等时间内可提供的恒功率值和恒电流值则可能差异较大，而UPS后备时间通常不到10h，所以UPS配用蓄电池时，考察其在后备时间内的放电性能就尤为重要。
在已知UPS主机一些基本参数和确定蓄电池品牌后，我们就可以根据这一蓄电池品牌样本资料中提供的恒功率放电数据表或恒流放电曲线，通过功率定型法或电流定型法来计算确定蓄电池的容量和型号。
测试UPS蓄电池
测试UPS电池的目的是确定该电池是否满足UPS电源的使用要求。这在更换UPS电池和判定原有UPS电池是否失效时是必须的。
在实际维修UPS时，一般的UPS电源对电池的要求：满足原来使用电池的端电压；电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性；满足一定容量和内阻，以保证逆变供电的时间。
从以上UPS电源对电池的要求可见，单凭测量UPS电池的端电压是不能确定电池好坏的。
科学使用UPS蓄电池
科学使用UPS电池就是要明确电池的正确使用方法，延长电池的寿命，使之发挥最大的作用。
1．控制好充电电压，防止过压充电
对于端电压为12V的电池，正常的浮充电压在13.5～13.8V之间。浮充电压过低，电池充不满，浮充电压过高，会造成过压充电。当浮充电压超过14V时，即认为是过压充电。过压充电会导致电解液中的水被分离成氢和氧气而溢出，使电池的寿命缩短。
维护UPS电池的技巧与方法
UPS电池一般为免维护蓄电池，但在有些情况下维护UPS电池是十分必要的，且有实际意义。
1．欠压电池的充电技巧
有些UPS电池欠压是由于UPS逆变器末级驱动电路损坏，造成电池放电所致。若在修好电路故障后，及时将电池接入原电路充电，仍然会使电池复好如初。问题在于，欠压的电池无法使UPS启动成功，即切换到市电(充电)状态。此时，可用如下办法解决：
(1)先用好的电池将UPS启动到市电状态后，再撤掉好电池换上待充电的欠压电池。注意：调换电池时，要求UPS空载运行。一般UPS进入市电状态后，只要保持输入市电正常，撤掉电池不会影响市电供电状态。
(2)将欠压的电池先充电到10.5V以上，再接入原UPS电路，便可使UPS成功启动。给欠压的电池充电，可利用微机电源中的+12V电源给电池直接充电。充电中注意观察充电电流，根据测出的实际充电电流，以确定是否加限流电阻。
2．电池的活化处理
活化处理是指对电池的均衡充电。下列几种情况都会导致电池的内阻增大、端电压太低或容量减小，这些电池需要通过均衡充电来恢复其原有的性能指标。
(1)长时间放置不用，超过静态存储时间的电池。常温环境，一般UPS电池的静态存储时间为9个月。当温度为31～40℃时，静态存储时间为5个月。
(2)放电后未能及时充电的电池。
(3)长期工作于浮充状态(即UPS长期工作于市电状态)并超过静态存储时间。
(4)不慎放电，将电池端电压放至低于终止电压。均衡充电电流一般选0.3C或略小于0.3C。额定电压为12V的电池，均衡充电电压一般选14.5V。没有专用充电器的用户，可参考上述数据搭接出复活旧电池所需的电路。
UPS中电池组巡检管理的重要性
UPS电源在工业、交通、通讯行业中广泛应用，实际应用中将蓄电池进行串、并联构成蓄电池组来提高输出电压和扩大输出容量，为确保电池组能正常工作，需要监测蓄电池的工作状态。蓄电池单体的电压和工作电流的临测是了解蓄电池组工作状态的重要手段。UPS的电池组巡检监控原理是通过采集电池组的充放电电流及每节电池的工作电压，经数字处理器分析，提示每节电池的工作状态，完成先进的电池管理功能(包括自动均浮充转换控制、电池预告警关机、定期自动维护、容量检测、后备时间预测)，从而提高了电池使用寿命。
阀控铅酸电池的简单工作原理
所谓“阀控”又俗称全密封免维护，就是利用电池加液口上的一个控制阀（盖）来控制电池内部的压力，尽量减少内部由于化学反应而造成的水分损失，以延长电池的使用寿命。因为电池在化学反映中释放气体，使电池内部气压升高，如果这些被释放出的气体不能及时被内部重新吸收和化合，就将使外壳膨胀甚至裂开。这些气体是如何产生的，又如何控制气体的产生速度、如何控制电池内部的压力，这就牵涉到一个使用和维护问题，为了更好地做好上述工作，有必要了解一下电池的工作原理和工作情况。
以往的电池都是开放式的，由于充放电时的电化学反映中造成水分的消耗，所以在使用过程中要经常测相对密度和加电瓶水等。水分是如何消耗的、电解液的相对密度是如何变大的、这会带来什么副作用等等，都和密封有关。
.电池的使用条件
(1)充电电压和电流 电池的充电，一般要求在25ºC时电池的浮充电压为2.23~2.25V/单格，也有的高一些，比如FIAMM电池可达2.27V/单格。当环境温度低于25ºC时，要求相应提高充电电压，以防充电不足。对于不同的电池就有不同的温度矫正系数，比如对于LECKY通常的矫正系数为-1mV/ºC/单格，也就是说，温度每升高1ºC，充电电压应降低1mV/单格。反之，就要提高1mV/单格；而对于CSB电池GP来说，其温度矫正系数就是-3.3~-5mV/ºC/单格。这就是具有温度补偿充电功能充电器的设计根据。不过这只是一个理论值，在实际中还应进行调试。有许多UPS都设置了这种功能，如SILCON、SITEPRO等，从而比不设置此功能时延长了电池的使用寿命。
一般的电池充电电流限定为0.1~0.2C10A（其中C10为10h放电率放电到1.75V/单格时的容量）。这个充电电流也适合循环使用的情况，但循环使用情况的充电电压要求在25ºC时为2.45V/单格，也作为均充电压。同样，对于不同品牌的电池也有不同的均充电压值。
阀控蓄电池的特点
与防酸隔爆式蓄电池相比，阀控蓄电池有以下特点：
(1)固定的电解液，增进氧气从正极向负极的扩散。
(2)内部密封结构和自动开关的安全阀。蓄电池在内部压力下工作，以促进氧气的再化合。蓄电池内部压力增加到一定程度时，安全阀自动打开排气；而当气压将低到规定限度以下时，安全阀自动关闭。
(3)改进的板栅材料。阀控蓄电池的正极板用高纯度的铅锑合金制成，负极板用高纯度的铅钙合金支撑，这样的结构可减少电腐蚀的程度
(4)较坚硬的外壳。由于阀控蓄电池的外壳要承受一定的内部压力，故外壳采用高强度耐压防爆的材料制成，使得外壳更加坚固耐用。
(5)不需加水、补酸。阀控蓄电池的阀控密封结构和内部的氧循环机制使得其电解液损失小，在使用期间无需加水、补酸。
(6)安装占用空间小，可分层安装在电池架上或电池屏内。
(7)对环境污染小。运行期间酸雾和可燃气体逸出少。
(8)对使用环境要求较高，受环境温度影响大。
铅酸蓄电池国内发展状况
随着国家相关产业的拉动和国外电池生产厂商在华投资增多,2005-2009年中国行业平均增长速度达到30%;中国目前是全球最大的铅酸蓄电池生产国和最大的铅酸蓄电池消耗国,2009年行业总产量1.2亿KVAh,占全世界铅酸蓄电池总产值约1/3;2009年中国铅酸蓄电池直接出口额12亿美元,中国成为世界上最大的铅酸蓄电池出口国,但由于受到金融危机的影响,铅酸蓄电池出口量同比减少40%左右。根据工信部统计,2010年铅酸蓄电池产量达到14,416.60万KVAh,同比增长17.3%,出口额也开始大幅回升。根据Wind资讯统计数据,2011年全国铅酸蓄电池产量为14,229.73万KVAh,同比下降1.3%;2012年,我国铅酸蓄电池累计产量17,486.22万KVAh,同比增长22.9%;2013年,我国铅酸蓄电池累计产量为20,502.74万KVAh,同比增长17.3%。
由于铅酸蓄电池与其它二次电源相比具有技术成熟、安全性高、循环再生利用率高、适用温带宽、电压稳定、组合一致性好及价格低廉等优势,因此,在“十二五”期间铅酸蓄电池在二次电源市场上仍然是处于主导地位。根据中国电器工业协会铅酸蓄电池分会的预测,2015年国内蓄电池市场的容量为1,500~1,600亿元人民币,国际蓄电池市场占有量为220~250亿元人民币,行业总产值为1,700~1,800亿元人民币。根据中国化学与物理电源协会编制的《中国化学与物理电源(电池)行业“十二五”发展规划》,2009年铅酸蓄电池销售收入760亿元,预计“十二五”期间铅酸蓄电池将保持15%的增速,2015年销售收入将达到1,760亿元。
铅酸蓄电池的失效机理
铅酸电池的失效研究对于电源系统的安全运行具有重要的意义，我们对这一问题进行一下概要的讨论，以使读者对这一问题有一个概要的认识。
1.1 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。
铅酸蓄电池密封的难点就是时水的电解。当达到一定电压时（一般在2.30V／单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：
（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V／单体（25℃）以上时释放气体。采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25℃）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。
（2）让负极有多余的容量，即比正极多出10％的容量。后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水，即O2+ 2Pb→2PbO,PbO + H2SO4→H2O +PbSO4使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50％提高到90％以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。另外，超细玻璃纤维板具有吸附硫酸电解液的功能，因此阀控式密封铅酸蓄电池采用贫液式设计，即使电池倾倒，也无电解液溢出。
（4）采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。
在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。
阀控式密封铅酸蓄电池均加有滤酸垫，能有效防止酸雾逸出。但密封蓄电池不逸出气体是有条件的，即：电池在存放期间内应无气体逸出；充电电压在2.35V／单体（25℃）以下应无气体逸出；放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V／单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但必竟使电池损失了气体，所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，不能造成过充电。
正确的使用蓄电池
（1）安装电池，使电池的极性标记（“＋”和“－”）和用电器具的标记对应。如果电池被不地反向安装到用电器具中，则可能发生短路或充电，导致电池温度的迅速升高。
（2）切勿短路电池。当电池的正负极通过外部物质实现电接触，电池就短路了，例如放在口袋中的无外包装电池就会因与钥匙或硬币等金属材料接触而产生短路。
（3）不要试图对电池充电。对不能充电的原电池进行充电，会使电池内部产生气体和热量。
（4）不要对电池强制放电。电池被强制放电时，其电压将会低于设计性能并在电池内部产生气体。
（5）不要将新旧电池或是不同型号、品牌的电池混用。当需要更换电池时，应同时用同品牌、同型号、同批次的新电池更换所有的电池。当不同品牌和型号的电池或是新旧不同的电池共同使用时，由于不同电池之间电压或容量的不同，部分电池会发生过放电。
（6）不要加热或直接焊接电池。电池被加热或焊接时，热量会造成电池内部发生短路。
（7）不要拆解电池。电池被拆解或分开时，电池组分之间有可能发生接触，从而导致短路。
（8）不要使电池变形。不要对电池进行挤压、戳穿或其他形式的损伤，这些滥用往往会导致电池发生短路。
（9）不要将电池放入火中。将电池放入火中时，热量的集聚会导致爆炸和人身伤害，除了合适的可控制的焚烧处理方式外，不要试图烧毁电池。
（10）不要让儿童接触电池或是在没有成人监督的情况下更换电池。那些有可能被吞咽的电池应尽量避免让儿童接触，特别是那些能放入图中所示的摄食量规内的电池。一旦某人摄食了电池，应立即寻求医生帮助。
（11）不要密封或改变电池。密封电池或是其他形式的改变电池，会使电池的安全阀被堵塞，从而当电池内部产生气体时不能及时排出。如果认为必须改变电池，则应尽量获得制造商的建议。
（12）对于不用的电池，应以它们的原始包装进行保存，并尽量远离金属物质，如果包装已打开，则应有序排放，不要混乱堆放。无包装的电池和金属物质混放在一起时，有可能使电池发生短路。避免这种情况发生的最好办法就是它们的原始包装来保存不用的电池。
（13）除非是用于紧急情况，对于长期不用的电池应尽量从用电装置中取出。当一个电池达不到满意的效果或是可以预计长期不使用，则将其从装置中取出是有益的，尽管目前市场上的电池都带有保护性外壳或是以其他方式来控制漏液，但是一个部分或是完全用完的电池还是会比一个没用过的电池更容易漏液。
当电池发生短路或是上述的其他情况时，电池内部就会产生气体及热量，如果电池的安全阀工作正常，电池就会发生排气和漏液，有可能导致用电器具的损坏。如果电池的安全阀不能正常工作，电池内部产生的气体不能及时排出，集聚在电池内，就会引起电池爆炸、着火，从而导致财产损失及人身伤害事故的发生。
延长蓄电池容量及寿命的办法
合理的充电管理制度
精确的充电制度是保证电池优秀性能和运行寿命的前提。一般讲蓄电池组运行充电方式有两种：一是浮充充电方式;二是均衡充电方式。
为延长蓄电池的寿命，对电池组中要定期或者必要时对蓄电池组进行均衡充电，并且定期开直流油泵对电池组放电。
杜绝不合理的充电管理制度导致电池组运行长期亏电、充电不足、容量早期损失。如电池组浮充电压设置低，导致电池组浮充充电不足，电池组放电时放不出额定容量，过低导致电池组亏电，不能满足自放电和氧循环的需要，过高会使电解液损失，缩短电池寿命。再就是均衡充电制度贯彻没有得到落实，不论运行实际情况或运行时间长短均采用浮充充电方式，浮充电流小不能完成和满足电池组放电后的补充电，因而造成电池组充电不足，导致电池组达不到额定容量，使电池负极栅板硫酸化。
蓄电池的主要部件
1、极板是蓄电池的核心部件，是蓄电池的“心脏”，分为正极板、负极板。
2、隔板的作用是隔离正、负极板，防止短路，可称为“第三电极”。它作为电解液的载体，能够吸收大量电解液，起到离子良好扩散（离子导电）的作用。对密封免维护蓄电池而言，隔板还作为正极板产生氧气到达负极板的“通道”，使其顺利地建立氧循环，减少水损失。采用超细玻璃纤维，是隔板式蓄电池实现免维护的关键所在。
3、电解液主要由纯水与硫酸组成，配以一些添加剂混合而成。
主要作用：一是参与电化学反应，是蓄电池的活性物质之一;二是起导电作用，蓄电池使用时通过电解液中离子的转移，起到导电作用，使化学反应得以顺利进行。
4、安全阀是蓄电池关键部件之一，位于蓄电池顶部，它有四个作用：
（1）安全作用，即当蓄电池使用过程中内部产生的气体气压达到安全阀压力，开阀将压力释放，防止产
（2）密封作用，当蓄电池内压低于安全阀的闭阀压力时安全阀关闭，防止内部气体酸雾往外泄露，同时也防止空气进入电池造成不良影响。
为做好蓄电池维护工作，我们应了解蓄电池的各种运行状态及其使用寿命。根据不同的运行状态，可将蓄电池的寿命可分为循环寿命、浮充寿命和存放寿命。影响蓄电池寿命的因素有以下几点：
1. 环境温度：过高的环境温度是导致密封免维护电池使用寿命缩短的重要原因。一般环境温度控制在25℃左右,当温度增加1℃,就会导致电池的实际使用寿命缩短一半。而温度太低，也会使蓄电池容量下降，温度每下降1度，其容量则下降1%。可见温度直接影响了蓄电池的使用寿命。
2. 过充电：蓄电池充电时间过长或者充电电压过高对正常的电池造成过充,将不可避免的造成电池失水、电解液干枯，从而减少了蓄电池的正常使用寿命。
3. 过放电：蓄电池放电到终止电压后继续放电称为过放电，过放电时间越长，其循环使用次数就越少，按厂家的数据，当电池放电深度为100%时,电池实际使用寿命约为200～250次充放电循环;放电深度为50%时,电池实际使用寿命约为500～600次充放电循环。
4. 长期处于浮充状态：蓄电池(组)长期处于浮充电状态,使得电极被厚厚的氧化膜所覆盖,造成电池的阳极极板钝化,电池的内阻急剧增大,电池的实用容量大大低于其标称容量。
5. 电池本身的离散性：这也是蓄电池早期失效的最根本原因，由于电池材料的配方制备、安装、化成、工艺的不稳定、不一致等因素，导致电池本身性能离散性，这给电池运行寿命的减少留下了隐患。当性能不一致的电池组成一组投入运行时，各电池的浮充电压会存在很大差异。经长时间运行后，浮充电压高的电池因长期过充导致失水和极板腐蚀;反之，浮充电压低的电池因长期欠充导致容量损失和极板硫酸化，电池性能劣化便有了自加速的趋势。
