蓄電池選購、驗收、使用和維護分析研究

1 引言

蓄電池是系統可靠性依賴(lài)的最后環(huán)節，也是系統可靠性最薄弱的環(huán)節，很多重大事故的發(fā)生都起源于蓄電池的失效。只有重要系統才配備蓄電池后備電源系統。雖然有的蓄電池從安裝到指定退出運好象沒(méi)問(wèn)題，實(shí)際情形可能是從未使用到該電池組放電，一旦需要蓄電池供電，而未能確認蓄電池是否能供電，那將會(huì )造成重大損失，甚至是災難性的。所以，對蓄電池的選購、驗收、測試、維護和保養絕對不能掉以輕心。

2 蓄電池的選擇和規格

要使蓄電池系統具有較高的可靠性,首先要正確地選擇蓄電池，UPS 與通訊用蓄電池在設計上就存在不同：有些蓄電池具有較好的循環(huán)特性；有些蓄電池適宜啟動(dòng)；有些蓄電池適宜低溫環(huán)境；有些蓄電池適宜小電流放電等等。在挑選蓄電池時(shí)，了解各種蓄電池在工藝間上和使用上的差異是非常必要的，充分了解蓄電池的電性能和用戶(hù)本身對產(chǎn)品性能的需求。

用戶(hù)對產(chǎn)品的需求。例如后備電源系統容量需求、使用的頻率、使用的環(huán)境、主要用途、使用壽命、可靠性要求、瞬間放電率、整流器的規格和其他蓄電池相關(guān)性能的要求。

供應商的產(chǎn)品承諾。產(chǎn)品設計參數（蓄電池的型號、外觀(guān)尺寸、額定容量、額定電壓、重量、重量比能量、體積比能量、設計壽命、正負極板片數、正負極板厚度比、電解液密度、極板的類(lèi)型、板柵的材料等）、產(chǎn)品電性能參數、產(chǎn)品的實(shí)際使用壽命、安裝使用環(huán)境、不同型號的性能和價(jià)格、不同種類(lèi)的產(chǎn)品保修期等。

以全停電狀態(tài)時(shí)的放電容量計算，選擇合適的電池型號：

Cc= Kk·Cs /Kc

Kk — 容量?jì)湎禂?，?.25。

Kc — 容量換算系數，對應于放電終止電壓為1.8V，查設計手冊蓄電池放電容量與放電時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)。

Cc — 事故全停狀態(tài)下，長(cháng)時(shí)間放電容量。

蓄電池規格在IEEE Std.485 中有相應的說(shuō)明,用戶(hù)在確定了系統的循環(huán)壽命后,便可以比較容易地選定蓄電池的規格。在選擇適合使用的蓄電池的過(guò)程中，還要考慮下面的幾個(gè)因素：

Kt – 溫度修正因素，使蓄電池能在預期的最低溫度環(huán)境中正常工作。

Kd – 設計余量因素，使蓄電池可以對額外增加的負載進(jìn)行補償。

Ka – 老化因素，使蓄電池能夠滿(mǎn)足它的使用壽命。

3 電池室的設計

電池室的布局及環(huán)境，會(huì )很大程度地影響系統可靠性和使用壽命，在設計時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn)：

溫度控制：高溫會(huì )縮短蓄電池的使用壽命。在92F°環(huán)境中，蓄電池的使用壽命只能達到額定壽命的一半。低溫又會(huì )使蓄電池的容量減小，在62 F°環(huán)境下，蓄電池要損失大約10%的容量。因此，電池室的溫度必須集中控制。最高與最低的溫度差應小于5 F°。否則會(huì )使電池單體的浮充電壓不穩定 。

維護用通道：電池室內必須留有過(guò)道，以供維護人員更換電池和進(jìn)行清潔時(shí)使用。如果沒(méi)有留出這個(gè)通道，所有的養護工作都無(wú)法進(jìn)行。如果機柜被塞得很滿(mǎn)，維護人員根本無(wú)法接觸到蓄電池的極柱端子。當蓄電池在三個(gè)月或更短時(shí)間內出現性能下降時(shí)，維護人員根本無(wú)法意識到問(wèn)題的嚴重性。

安全性：安全方面要考慮的問(wèn)題包括：酸霧排放口、機柜通風(fēng)散熱、清潔用工具，采光效果以及方便出口。一般不要采用高于兩層的電池架。

4 蓄電池的驗收及儲存

用戶(hù)必須按照正確的程序驗收和儲存蓄電池，以確保安裝和使用時(shí)的質(zhì)量。以下是三個(gè)最重要的步驟：

（1）損壞檢查：在蓄電池交貨后，要立即進(jìn)行檢查，以便用戶(hù)能迅速掌握損壞或部件缺失的情況。因為如果反映問(wèn)題的時(shí)間太遲，不僅會(huì )加重損失，而且向廠(chǎng)商或供貨公司索賠也會(huì )很困難。

（2）在完成上述檢查以后，才可進(jìn)行安裝。完成安裝后，進(jìn)行充電，充滿(mǎn)電后再浮充72個(gè)小時(shí)，然后作完整容量測試。如果通過(guò)容量測試，蓄電池驗收才算完畢。

（3）驗收完畢后，蓄電池必須再充滿(mǎn)電，浮充72個(gè)小時(shí)后，測其內阻作為以后判別其性能的基值。如果內阻值都在平均值的±5%，則視為阻值匹配，超過(guò)平均值5%的蓄電池最好要求供應商更換，因為內阻值相差太多的蓄電池組壽命會(huì )受到影響。

儲存處應涼爽干燥，高溫和較快的自放電率會(huì )使蓄電池的內耗增加。

如果必須充電，如果蓄電池的儲存時(shí)間已超過(guò)六個(gè)月，用戶(hù)還不對它們進(jìn)行升壓充電，那么多數的生產(chǎn)商所做的保證都將無(wú)法實(shí)現。如果蓄電池的儲存在高溫92F°環(huán)境中，這個(gè)時(shí)間將變?yōu)槿齻€(gè)月。

5 蓄電池組的安裝

安裝也是一個(gè)重要的步驟。因為這項工作好壞，會(huì )影響電池系統運行的可靠性。多數的用戶(hù)沒(méi)有意識到蓄電池的安裝工作的重要性。蓄電池安裝工作應該是由培訓過(guò)的人員或生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)完成。許多蓄電池的損壞，都是由于安裝人員缺乏經(jīng)驗造成的。

以下是安裝過(guò)程中會(huì )經(jīng)常出現的一些損壞情況：

極柱密封發(fā)生泄露：原因有可能是在搬運電池時(shí)提拉極柱，或者是安裝電池間連單體的排列不整齊所致。由于電池被拉進(jìn)安裝位置，使電池間連接器處于繃緊狀態(tài)從而使接器前，極柱和密封件之間發(fā)生擠壓，極柱密封發(fā)生的泄露必然會(huì )導致電池間連接器發(fā)生腐蝕。

外殼損壞：這是由于使用了未經(jīng)認可的化學(xué)材料造成的。有些人員為了電池安裝上的便利使用了油基潤滑脂。安裝完畢后，再使用成份不明化合物清洗蓄電池，由于許多化合物會(huì )侵蝕殼體材料，因此，造成了蓄電池外殼破裂和電解液的泄露。

6 蓄電池的使用

6.1 使用溫度的影響：

（1) 容量與溫度的關(guān)系：隨著(zhù)環(huán)境溫度的升高，電池的容量在一定范圍內會(huì )增加。溫度過(guò)低會(huì )造成負極硫酸鹽化，溫度過(guò)高會(huì )加速電池板柵的腐蝕和電池水分的損失。

（2) 浮充電壓與溫度的關(guān)系：不同溫度下的浮充電壓計算公式為VT=（2.2～2.27）-（T-25）×0.03。浮充電壓過(guò)高，浮充電流隨之增大，加快板柵的腐蝕速度，降低電池使用壽命；浮充電壓過(guò)低，電池不能維持充電狀態(tài)，引起硫酸鹽化，容量減少，降低電池使用壽命。

（3) 均充電壓與溫度的關(guān)系:不同溫度下的均充電壓計算公式為VT=（2.30～2.35）-（T-25）×0.05。均充電壓需要隨環(huán)境溫度進(jìn)行調整。具體的均充電壓以生產(chǎn)廠(chǎng)家為準。

（4) 壽命與溫度的關(guān)系：T25=T設計×2(T實(shí)際-25)/10。溫度升高會(huì )損壞電池，降低電池的使用壽命。

6.2 閥控蓄電池的充放電制度

（1) 恒流限壓充電

采用I10電流進(jìn)行恒流充電，當蓄電池組端電壓上升到（2.30～2.35V）× N限壓值時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)轉為恒壓充電。

（2) 恒壓充電

在（2.30～2.35V）× N的恒壓充電下，I10～2I10充電電流逐漸減小，當充電電流減小至0.1 I10 電流時(shí)，充電裝置的倒計時(shí)開(kāi)始起動(dòng)，當整定的倒計時(shí)結束時(shí)，充電裝置將自動(dòng)或手動(dòng)地轉為正常的浮充電運行浮充，電壓值宜控制為（2.23～2.28V）× N。

（3) 補充充電

為了彌補運行中因浮充電流調整不當造成了欠充，補償不了閥控蓄電池自放電和爬電漏電所造成蓄電池容量的虧損。根據需要設定時(shí)間（一般為3個(gè)月）充電裝置將自動(dòng)地或手動(dòng)進(jìn)行一次恒流限壓充電 恒壓充電 浮充電過(guò)程。使蓄電池組隨時(shí)具有滿(mǎn)容量，確保運行安全可靠。

6.3 閥控蓄電池的核對性放電

長(cháng)期使用限壓限流的浮充電運行方式或只限壓不限流的運行方式，無(wú)法判斷閥控蓄電池的現有容量，內部是否失水或干裂，只有通過(guò)核對性放電，才能找出蓄電池存在的問(wèn)題。

（1) 一組閥控蓄電池

當系統只有一組電池時(shí)，不能退出運行，也不能作全核對性放電，只能放出額定容量的 50%，在放電過(guò)程，蓄電池組端電壓不得低于2V×N。放電后應立即用I10～2I10電流進(jìn)行恒流限壓充電 恒壓充電 浮充電。反復放充 2～3 次，蓄電池組容量可得到恢復。蓄電池存在的缺陷能找出和處理。若有備用閥控蓄電池組作臨時(shí)代用，該組閥控蓄電池可作全核對性放電。

（2) 兩組閥控蓄電池

當系統具有兩組閥控蓄電池時(shí)，可先對其中一組閥控蓄電池組進(jìn)行全核對性放電。用I10電流恒流放電，當蓄電池組端電壓下降到1.8V× N時(shí)，停止放電。隔 1～2 h 后，再用I10 ～2I10電流進(jìn)行恒流限壓充電 恒壓充電 浮充電。反復放充2～3 次，蓄電池存在的問(wèn)題也能查出，容量也能得到恢復。若經(jīng)過(guò)3次全核對性放充電，蓄電池組容量均達不到額定容量的80%以上，可認為此組閥控蓄電池使用年限已到應安排更換。

（3) 閥控蓄電池核對性放電周期

新安裝或大修后的閥控蓄電池組，應進(jìn)行全核對性放電試驗。以后每隔2～3年進(jìn)行一次核對性試驗。運行了6年以后的閥控蓄電池，應每年作一次核對性放電試驗。

6 電池的維護

蓄電池的維護要求在IEEE 文件1188（VRLA電池）中有清楚的說(shuō)明，而且要由熟練人員按照標準上的要求來(lái)執行，任何嚴格執行IEEE 標準的用戶(hù)，都會(huì )有一個(gè)可靠的后備電池系統。

維護工作中所牽涉到的最大問(wèn)題就是人員安全，尤其是UPS 中的高壓電池。不甚了解歐姆定律的不熟練人員，是不能從事高壓蓄電池方面工作的。許多新安裝的UPS系統使用了未經(jīng)隔離變壓器，這樣會(huì )在電池串中每一個(gè)極柱端子上產(chǎn)生一個(gè)對地的交流高壓，再加上實(shí)際上已知沒(méi)有更多的空間去接近極柱端子。因此，UPS 機柜內的安裝工作是極其危險的。

維護程序必須使用統一的數據測量和記錄方法，以便能對蓄電池做進(jìn)一步的分析。同時(shí)，

推測出應被替換的電池，又可以用這些數據找出存在的問(wèn)題，使系統存在的問(wèn)題變得明顯，。保證后備電源系統的安全，同時(shí)為索賠提供必要的證據。

6.1 日常維護內容 ： 蓄電池每周應檢查下列項目：

（1) 清除表面灰塵，需用不脫毛軟布或其他類(lèi)似材料。
（2) 檢查連接處有無(wú)松動(dòng)，發(fā)熱和腐蝕現象。及時(shí)清理，作好防銹措施。
（3) 電池殼體有無(wú)滲漏和變形。
（4) 極柱和安全閥周?chē)欠裼兴犰F逸出，密封閥控電池。
（5) 電池組浮充電壓。
（6) 每個(gè)單體浮充電壓，對低于2.18V時(shí),應對該電池進(jìn)行均衡充電。
（7) 每天檢查環(huán)境溫度，及時(shí)調整浮充電壓。最好使用帶有自動(dòng)溫度補償的電源。準確數據需參考電池生產(chǎn)商提供的數據。

6.2 季度和年度保養

6.2.1內阻及電阻測試

蓄電池內阻和單體模塊之間連接電阻，應每季度測一次內阻和連接電阻；對閥控電池使用4年以上，應將測試周期縮短一半。對測量的阻值明顯高于上一次或接近失效判定值，接近基值1.25 倍時(shí)。測試周期應縮短為原來(lái)的一半或1/4 達到或超過(guò)基值時(shí)，應做整組完整容量測試或掉電測試。對于整組電池的內阻平均值接近內阻接近達到或超過(guò)基值時(shí)，應做該單體的充放電測試?；罨瘻y試時(shí)，當單體內阻值超過(guò)基值50%以上時(shí)，應毫不猶豫地更換該電池。對無(wú)條件作容量測試或活化測試時(shí)，在系統安全條件許可下，利用系統作短時(shí)間，半小時(shí)左右的充放電實(shí)驗。再次測量其內阻，如超過(guò)失效限值，則應更換該電池。如無(wú)條件作上述測試，應立即更換內阻達到或超過(guò)失效值的單體。更換電池時(shí)要考慮內阻匹配的原則。在更換電池數較多，總數達到10%以上，而未能找到內阻較好匹配的電池時(shí)，應該考慮更換整組電池。

6.2.2 容量測試

密封閥控電池至少每年做一次完整容量測試或深度放電測試。對整組內阻平均值等于或超過(guò)失效限值時(shí)，須做完整容量測試。對單體的內阻等于或大于失效限值時(shí)，必須做單體容量及活化。

6.3特殊保養

如果蓄電池組有過(guò)異常條件的經(jīng)驗(如服務(wù)放電，過(guò)充或超高的環(huán)境溫度等)，那么應作一次檢測。以確認電池組未被損壞。檢查內容與年檢所要求內容一樣。

7 測試

一個(gè)蓄電池系統是否能發(fā)揮作用，可以用以下幾種方法對它進(jìn)行測試：

（1）容量測試： 因為這是基于正規的理論所進(jìn)行的測試，而且能確定蓄電池在壽命周期中所處的位置。新安裝的系統必須將容量測試作為驗收測試的一部分。

（2）掉電測試：這種方法是用實(shí)際的負載來(lái)測試蓄電池系統，通過(guò)測試的結果，可以計算出一個(gè)客觀(guān)準確的蓄電池容量。建議在測試時(shí)，盡可能地接近或滿(mǎn)足時(shí)間要求。如果一個(gè)使用VRLA電池的系統，在加載后無(wú)法保持原來(lái)的電壓，應考慮對它做全面測試。VRLA電池加入負載后，出現局部干涸，屬正?，F象。但是如果端子上的電壓出現迅速下降，則說(shuō)明能量已耗盡，蓄電池已無(wú)法支持系統的正常運作。

（3）測量?jì)炔繗W姆電阻：內阻是電池狀態(tài)的最佳指示器。這種測試方法，雖然沒(méi)有負載測試那樣100%絕對，但測量?jì)茸柚辽倌軝z測出95%以上有問(wèn)題的蓄電池。負載測試是確定蓄電池性能的最好辦法，但是進(jìn)行測試所需的費用非常昂貴。在必要情況下，測試內阻則是一個(gè)相對合理的折中方案。根據這個(gè)方案，VRLA應在每各季度測量一次內阻。

（4）閥控蓄電池在運行中電壓偏差值:

因此，單純地依靠測量電壓來(lái)判斷蓄電池的好壞是不夠科學(xué)的。要想使蓄電池系統達到很高的可靠性，應該從購買(mǎi)適用的蓄電池開(kāi)始，還要確保它們能被正確的儲存和安裝，并且按IEEE標準中的指引來(lái)維護和測試蓄電池。配置一個(gè)永久安裝的監示器或在線(xiàn)監控系統，將為系統的可靠性提供最大程度的保障。

8 蓄電池更換標準

當蓄電池的實(shí)際容量低于制造商的額定容量值的80% 時(shí)，應更換蓄電池。更換的時(shí)序是容量大小標準應用的一個(gè)功能，也能比較各種負載條件下的容量邊界可能值。80%的容量表明即使電池具有滿(mǎn)足直流系統負載能力的安培（電流）能力，其退化速度也在增加，如不滿(mǎn)足服務(wù)測試的結果或增加新負載的要求，都可能要求更換電池。諸如異常高單體/元溫度的物理特性。通常也是決定更換整組或單個(gè)電池的條件，單體極性反向對需要更換而作進(jìn)一步查證的單體/元是個(gè)很好的指示器。如要更換單體/元，其電器特性一定和備換的單體/元相容，并且在安裝前必須經(jīng)過(guò)測試。不推薦在蓄電池組接近失效時(shí)更換單體/元。

一個(gè)單體的電壓在經(jīng)過(guò)校正操作（均充）后仍然低，那么也是對需要更換而作進(jìn)一步查證的單體/元是個(gè)很好的指示器。在連續性測試中失效的單體/元，只要存在一個(gè)不可校正的條件，就必須立即更換。

9 結語(yǔ)

本文就蓄電池的選購、驗收、使用和維護進(jìn)行了詳細的介紹。正確認識蓄電池、科學(xué)使用蓄電池、掌握測試和挑選蓄電池的方法、合理可靠地對蓄電池進(jìn)行管理和維護，能夠保證蓄電池有較長(cháng)的壽命，維護投資者的利益。

參考文獻
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[2] IEEE Std 1188-1996,IEEE推薦用于站用閥控鉛酸 VRLA蓄電池的維護、測試和更換方法。
[3] YD/T 799-2002, 通信用閥控式密封鉛酸蓄電池。