萬松蓄電池SN24-12/12v24ah最新報價

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電力用閥控密封式鉛酸蓄電池的維護要求及故障處理

介紹影響閥控式密封鉛酸蓄電池壽命的因素、維護要求、常見故障的處理方法及緊急處理措施等。 　　　　直流操作電源是變電站、發電廠的重要設備之一，而蓄電池是直流操作電源的核心部件。在變電站交流停電時，蓄電池組若不能可靠地供電，一旦發生事故，繼電保護、自動裝置及高壓斷路器就會因無直流操作電源而拒動，導致故障無法及時切除，甚至造成電網癱瘓等重大事故。 　　隨著電力系統對安全運行的要求越來越高和電力技術的不斷發展，智能一體化電源裝置在數字化變電站得到廣泛應用。智能一體化電源裝置是將直流電源、電力用交流不間斷電源(UPS)和電力用逆變電源(INV)、通信用直流變換電源(DC/DC)等組合為一體，共享直流操作電源的蓄電池組，統一監控并采用DL/T680(IEC61850)通信規約的成套設備。為保障變電站的安全可靠、經濟運行，一體化電源對直流操作電源的蓄電池的安全運行和維護提出更高的要求。 　　1電力系統常用蓄電池的種類 　　(1)鎘鎳電池; 　　(2)防酸隔爆鉛酸蓄電池; 　　(3)閥控式密封鉛酸蓄電池。 　　目前閥控式密封鉛酸蓄電池在電力系統中和通信行業中得到廣泛使用，其優點如下： 　?、僖话闱闆r下，不需維護(無需補水、加酸); 　?、谧苑烹娦? 　?、蹆茸栊　⑤敵龉β矢? 　?、芫哂凶詣娱_啟、關閉的安全閥(當蓄電池嚴重過充,產生過量的氣體使蓄電池內部壓力超過正常值時 ,氣體將通過自動開啟的安全閥排出,并在安全閥上裝有濾酸裝置,以防酸霧排出。當壓力恢復到正常值后，安全閥自動關閉。 　　本文重點介紹閥控式密封鉛酸蓄電池的結構、原理、運行維護要求和故障處理方法。 　　2 閥控式密封鉛酸蓄電池的結構及原理 　　(1)閥控式密封鉛酸蓄電池的結構如圖1所示。 　　   　　圖1閥控式密封鉛酸蓄電池的結構 　　(2)閥控式密封鉛酸蓄電池的分類 　　1)貧電液式纖維型閥控式密封蓄電池：這種蓄電池正、負極板間用超細玻璃纖維做隔板并吸附硫酸作電解液，由電解液少所以稱為貧液式纖維型; 　　2)富電液式膠體型閥控式密封蓄電池，這種蓄電池將電解液調成膠狀，填充在正、負極板之間并充滿整個電池殼體，故稱膠體式，顯然，膠體電池成本較高，但使用壽命比貧液式纖維型長。 　　由于貧液式纖維型閥控式密封鉛酸蓄電池的價格比膠體型閥控式密封蓄電池低，目前在變電站廣泛使用。本文重點介紹貧液式纖維型閥控式密封鉛酸蓄電池。 　　(3)閥控式密封鉛酸蓄電池的化學反應式 　　充電 　　PbO2 + 2H2SO4+ Pb PbSO4 +2H2O + PbSO4 　　放電 　　式中： 　　PbO2-(過氧化鉛),陽極活性質; 　　2H2SO4-(硫酸), 電解液; 　　Pb -(海綿狀鉛)，陰極活物質; 　　PbSO4-(硫酸鉛)，陽極活性質; 　　2H2O -(水)，電解液 ; 　　充電時變成硫酸鉛的陰陽兩極活物質把固定在其中的硫酸成分釋放到電解液中，分別變成海綿狀鉛及過氧化鉛，電解液中的硫酸濃度不斷增大。 　　反之，放電時陽極板中的過氧化鉛和陰極板上的海綿狀鉛與電解液中的硫酸發生反應變成硫酸鉛，所以電解液中硫酸的濃度不斷降低。 　　(4)閥控式密封鉛酸蓄電池的工作原理 　　閥控式鉛酸蓄電池能夠實現電池的連續運行無需補充電解液，主要是實現了以下幾個先進的設計概念和制造工藝：采用高純電解鉛材料和無銻合金板柵，大幅度提高氫氣析出電位，使得在整個充電反應過程中的氣體產生量減至最小; 　　在電池的正、負極板之間設計的氣體傳遞通道使得正極生成的氧氣可以很快擴散至負極被重新再化合成水，進一步避免了水分的損失。(閥控式鉛酸蓄電池的負極容量處于相對過剩狀態，以達到正極出現氧氣先于負極出現氫氣的目的)。 　　通過一個單向壓力氣閥對閥控式蓄電池進行密封，使電池內部保持一定正壓力，避免極板暴露在空氣中受到氧氣腐蝕，保證氣體復合反應循環進行，與此同時也抑制了電池內水份的揮發性消耗;當蓄電池嚴重過充,產生過量的氣體使蓄電池內部壓力超過正常值時 ,氣體將通過自動開啟的排氣閥排出,并在排氣閥上裝有濾酸裝置,以防酸霧排出。當壓力恢復到正常值后，排氣閥自動關閉。因此排氣閥也被稱為安全閥。 　　3 蓄電池的容量 　　是指電池儲存電量的數量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時(Ah)，如蓄電池容量為200 Ah，若以10小時率電流放電(電力系統采用的放電率)，其容量表示為C10=200 Ah。 　　電池的容量可以分為額定容量(標稱容量)、實際容量。 　　(1)額定容量： 　　是規定電池在在25℃環境溫度下，以10小時率電流放電(其放電電流用I10表示，顯然：C10=200 Ah的蓄電池的I10=20A)，應該放出最低限度的電量(Ah)。 　　(2)實際容量： 　　是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時間的乘積，單位為Ah。C=If×t 　　式中：C—蓄電池的實際容量，Ah; 　　If—放電電流，A; 　　t—放電時間，h。 　　4 蓄電池的充電方式 　　1)蓄電池的初充電：新的蓄電池在交付使用前，為完全達到荷電狀態所進行的第一次充電。 　　2)蓄電池的浮充電：在充電裝置的直流輸出端始終并接著蓄電池和負載，以恒壓充電方式工作。正常運行時充電裝置在承擔經常性負荷的同時向蓄電池補充充電，以補償蓄電池的自放電，使蓄電池組以滿容量的狀態處于備用。 　　額定電壓2V的閥控式密封鉛酸蓄電池出廠規定: 浮充電壓為(2.23～2.28)V/只,一般選用2.25V。 　　對110kV變電站的直流電源系統蓄電池的配置為 108只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應為：2.25V×108=243V。(也可根據廠家的要求和規定，如湯淺電池廠家規定：在環境溫度25℃時浮充電電壓為2.23V/只)，故整組蓄電池的浮充電壓應為：2.23V×108=241V 。 　　對220kV變電站的直流電源系統蓄電池的配置為103只額定電壓2V閥控式密封鉛酸蓄電池的浮充電壓應為：2.25V×103=231.75V,一般選用232V。

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閥控密封式鉛酸蓄電池簡介
　　閥控密封式鉛酸蓄電池（ValveRegulatedLead－AcidBattery，簡稱VRLA），按其實現技術分為AGM和GEL兩種，前者是指采用AbsorbedGlassMat即超細玻璃纖維棉隔板吸附硫酸電解液的技術，而后者是指采用GEL即SiO2膠體吸收硫酸電解液的技術。后者從1957年開始由西德Sonnenschein公司開發并投入商業使用，因為GEL電池在大電流、低溫等方面的相對低性能，雖然經過了半個世紀的發展，迄今為止仍未能成為主流。目前文獻和會議討論的VRLA電池除特別說明外，皆指AGM電池。
　　AGM技術的VRLA電池的研制可以從上世紀60年代中期起算，實現真正意義上的商業化在1979年，美國GNB公司在購買了Gates公司的發明專利后，經過進一步研發，開始大規模生產VRLA電池，容量為32～500AH。此后，VRLA電池在歐美得到推廣應用，出現了以美國GNB、DEKA、C＆D、英國Chloride、HAWKER、日本YUASA、GS、松下為代表的大批的VRLA電池生產廠家。到1996年，在固定用途領域VRLA電池已基本取代上一代的富液管式電池。到目前，VRLA電池雖仍面臨眾多的未解決難題，但產品維護工作量少的特點深入人心，市場地位已不可動搖。
2 閥控密封式鉛酸蓄電池目前面臨的幾大技術難題及其分析
　　VRLA電池目前主要存在以下幾個技術難題，其余問題都與這幾個問題有密切的聯系或是由這幾個問題引發。
2.1 長期密封
　　VRLA電池的長期密封在目前有被生產和使用雙方忽視的傾向，因為市場上大部分的VRLA電池都已將短期密封解決得比較好，在電池使用中的表現也可作為佐證。在電池投入使用的前3年，一般不會出現密封上的問題。但在對電池的使用壽命要求已超過10年的今天，在使用3～5年之后，電池的密封還能可靠嗎？讓我們從電池的運行中的現象作一簡單分析。眾所周知，蓄電池在使用期間正極板柵腐蝕后必然伸長，不同品牌電池之間的區別僅在于伸長量的大小，即使是采用公認非常耐腐Pb-Sb-Cd-Ag合金，在使用5～6年之后，因為正極板伸長，也會對電池極柱部位的密封造成致命的破壞。事實上，從眾多用戶處收集到的信息來看，在電池投入使用后3～6年，有很多品牌的電池會出現極柱處密封破壞的問題，這將導致電池泄露進而短期內失效。即使是采用環氧加橡膠的多重密封或氬弧焊的看似牢不可破的密封，也抵擋不住正極板伸長的化學力。因此，我們有理由對VRLA電池的長期密封可靠性再次提出疑問。但問題顯然不全在密封上，電池設計中對正極板伸長的充分預計沒有得到足夠的重視，使得目前大多數的VRLA電池都將面臨使用一段時間后產生泄露的尷尬。在這一方面，美國EPM公司（EASTPENNManufacturing,co.,inc.）做得極為出色，體現在其DEKA(r)系列產品中，2VVRLA電池都有一個可以吸收正極板伸長的彈性底橋（如下圖1），而12V系列的產品使用與Wirtz聯合開發的連續鑄造輥壓板柵，該板柵的屈服強度顯著提高，因此極板在運行期間很少伸長膨脹[1]，能分別滿足20年（2V系列）和10年（12V系列）的壽命要求。由于受專利的保護，目前在世界范圍內，EPM的這種設計還是獨此一家，別無分店。
2.2 失水、熱失控
　　VRLA電池失水的主要原因分為三個方面，首先是水分解后從安全閥排氣失水，其次是電池槽蓋的滲透失水，第三是板柵腐蝕消耗水。電池失水到一定程度，熱失控幾乎就必然發生。
　　對排氣失水，主要取決于電池的板柵合金和浮充電壓，對不同的電池，因為使用合金的不同，生產廠家推薦的浮充電壓可能不一樣，但超過2.26V/cell（25℃）的浮充電壓普遍認為是不恰當的。過高的浮充電壓導致額外的水分解和排出。DEKA(r)系列電池采用Pb-Sn合金作為正板柵材料，結合特殊的正極鉛膏配方和制造工藝，使得電池在2.25V/cell的浮充電壓下浮充電流也僅0.028A/100Ah，從而在保證電池充足電的情況下使電池浮充失水減少到最小。
　　電池槽蓋的滲透失水已有定論，PP是目前防止失水最好的槽蓋材料。下表是VRLA電池最常使用的三種材料的性能對比[2]。
　　板柵腐蝕失水取決于所用的合金和充電電壓，目前普遍采用Pb－Ca系合金作為負板柵，正板柵則由于電池性能上的綜合考慮而有所不同，如美國GNB采用Pb－Sb－Cd－Ag合金，EPM采用Pb－Sn合金，一般廠家采用Pb－Ca－Sn合金，各種合金各有優劣，目前難有定論。
　　當電池的失水達8～10％時，由于氧復合效率的高效以及散熱不良，電池將出現熱失控，短時間內即告失效。
2.3 電池均勻性和可靠性
　　由于組成電池的各零部件、材料在尺寸、成分、用量上的微小差異，使得電池在浮充電壓、靜態電壓上表現出雖然在絕對百分比上也是微小，但實際上不能接受的差異。國內外均對這種差異給以極大的關注，所有的VRLA電池制造廠都投入大量人力物力進行研究和解決，但成效似乎還不盡如人意。
　　做得最好的如DEKA(r)電池，也只能宣稱達到電池出廠6個月內投入使用，浮充電壓極差在±20mV之內，儲存時間越長，投入使用后的電池差異越大。根據EPM的研究，電池電壓的差異主要受極板和電池吸酸飽和度的影響，采用高成本的槽式化成有利于提高極板的均勻性，而采用富液玻璃棉隔板（HGM）和倒酸工藝有利于飽和度的均勻。電池的均勻性和可靠性就取決于制造廠的工藝制造水平，國內外都傾向于提高制造的自動化水平以提高電池的均勻性和可靠性。如EPM公司在DEKA(r)系列VRLA電池的生產上，就已經實現了全生產過程的電腦監控和高度自動化制造。
　　電池在使用條件上的均勻性是容易被忽視的方面，如果幾個電池密放在一起，我們必然能檢測到中間的電池溫度會較兩頭的高，日積月累下來，中間電池的失水、腐蝕等會較其他電池為多，差異由此拉大，并導致個別電池壽命提前終止，整組電池也隨之失效。EPM的DEKA(r)系列為每一個VRLA電池都提供六個面的散熱，以保證電池在使用條件上的均勻性（下圖2）。
　　VRLA電池維護工作量的極大減少，使得用戶包括制造廠對使用中電池的狀態不能很好掌握。先進鉛酸電池聯合會（ALABC）曾調查了100萬只（6萬組）電池的使用數據，由于用途的不同，電池使用壽命從1年到15年以上不等。在電信應用上，有54％的電池組從未更換過電池，大多數使用15年以上。調查還揭示，導致個別電池提前失效的原因首先是VRLA電池對工作溫度的敏感，以年平均工作溫度25℃為標準、如果長期工作偏差超過10℃，則該電池組有78％在不足5年的時間內第一只電池失效，因此，在寬的溫度范圍內運行的電池組，壽命縮短。導致壽命縮短的第二個原因是過充電所致的電池干水，環境溫度高于35℃而沒有降低充電電壓的電池34％的不到5年就失效[3]。
3 當今閥控式密封鉛酸蓄電池發展趨勢
3.1 連續鑄造輥壓板柵
　　由EPM和Wirtz聯合開發，顯著提高屈服強度，減少極板伸長膨脹。
3.2 薄片電極
　　板柵厚度小于1mm，以獲得更佳的充放電電流特性。由Wirtz開發，在EPM承擔的ALABC項目中應用。

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3.3 平面式管式電極
　　板柵擠壓成型，厚0.75mm，制成極板后不超過3mm，適用于EV、HEV等循環使用場合。由YUASA開發。
3.4 箔式卷狀電極
　　薄如紙的電極，厚度僅0.05～0.08mm,由美國BOLDER公司開發。具有極高的比功率和可再充性能。用于電動工具等場合。
3.5 水平電池
　　采用在玻璃絲上擠壓包覆Pb－Sn合金制成的鉛線編織的鉛布為板柵，分別在兩頭涂正、負鉛膏，中間留有鉛絲相連。制得的電極水平疊放。比能量和比功率較高。
3.6 雙極性電池
　　一塊極板，一面是正極，另一面是負極，和其它極板串聯成電池。內阻小，比能量高，尤其適合組成上100V的高電壓單個電池。
3.7 螺旋卷狀電極電池
　　由EXIDE開發，薄的連續電極卷繞成圓筒，有較好的深循環壽命。
3.8 內催化電池[4]
　　由美國費城科技發明，C＆D購買后已商業化應用。原理和防酸隔爆電池的消氫相同，但置于電池內部。為負極復合氧的輔助－冗余結構。據C＆D測試，能顯著降低高電壓充電時的析氣量，減少水損耗。
3.9 槽式化成
　　本來不是新技術，但因為對電池的均勻性效果較好，有重新普及的趨勢。EPM全部的VRLA電池均采用槽式化成，C＆D在其liberty2000系列上已采用槽式化成。
3.10 富液式VRLA電池
　　采用富液式隔板（HGM）的VRLA電池，由隔板中的憎酸材料（PE）提供氧氣復合通道。顯然電池中將留有更多的水。
3.11 VRLA電池智能化
　　更多是指充電設備的智能化和智能化監控，但由于設備投入大，未普及。