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| 供貨周期 | 現(xiàn)貨 | 規(guī)格 | NP38-12 |
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| 貨號(hào) | 宇力達(dá)蓄電池 | 主要用途 | UPS電源、直流屏、配電柜 |
產(chǎn)品分類品牌分類
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南昌宇力達(dá)蓄電池NP38-12/12V38AH含稅 營(yíng)銷中心
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目前，閥控式鉛酸蓄電池在電力操作電源、通信電源中廣泛使用，由于閥控式鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)的特殊性，在運(yùn)行中可靠地檢測(cè)蓄電池的性能，并有針對(duì)性地對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)變得困難但又很迫切。從電源系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性要求，各類蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也在廣泛使用。但不同的測(cè)試模式對(duì)蓄電池的性能狀況反映也不一樣，多年的研究和運(yùn)用表明，內(nèi)阻檢測(cè)是目前zui為可靠的測(cè)試方式之一。而蓄電池的不同失效模式對(duì)內(nèi)阻的反映情況也不一樣，了解蓄電池的內(nèi)阻和各種失效模式的關(guān)系，合理地分析閥控式鉛酸蓄電池的內(nèi)阻數(shù)據(jù)，有利于更好地對(duì)蓄電池進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)。近年來(lái)，由于原材料的漲價(jià)，國(guó)內(nèi)很多閥控式鉛酸蓄電池廠家采用了很多新的生產(chǎn)工藝，由此帶來(lái)對(duì)新工藝蓄電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)分析也發(fā)生了新的變化。合理地選擇此類蓄電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)基準(zhǔn)，對(duì)判斷閥控式鉛酸蓄電池性能有很大的幫助。合理地運(yùn)用內(nèi)阻數(shù)據(jù)維護(hù)蓄電池，對(duì)延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命有很大的作用，為獲得zui大的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益有著很重要的意義。
2 常見(jiàn)的蓄電池失效模式
對(duì)于閥控式鉛酸蓄電池，通常的性能變壞機(jī)制有：電池失水、極板群的腐蝕、活性物質(zhì)的脫落、深放電引起的鈍化和深度放電后的恢復(fù)等等。幾種性能變壞的情況分述于下。
⑴ 電池失水
鉛酸蓄電池失水會(huì)導(dǎo)致電解液比重增高、導(dǎo)致電池正極柵板的腐蝕，使電池的活性物質(zhì)減少，從而使電池的容量降低而失效。
閥控式鉛酸蓄電池充電后期，正極釋放的氧氣與負(fù)極接觸，發(fā)生反應(yīng)，重新生成水，即
O2 + 2Pb→2PbO
PbO + H2SO4→H2O +PbSO4
使負(fù)極由于氧氣的作用處于欠充電狀態(tài)，因而不產(chǎn)生氫氣。這種正極的氧氣被負(fù)極鉛吸收，再進(jìn)一步化合成水的過(guò)程，即所謂陰極吸收。
在上述陰極吸收過(guò)程中，由于產(chǎn)生的水在密封情況下不能溢出，因此閥控式密封鉛酸蓄電池可免除補(bǔ)加水維護(hù)，這也是閥控式密封鉛酸蓄電池稱為免維電池的由來(lái)。但當(dāng)充電過(guò)程中，充電電壓超過(guò)2.35V/單體時(shí)就有可能使氣體逸出。因?yàn)榇藭r(shí)電池體內(nèi)短時(shí)間產(chǎn)生了大量氣體來(lái)不及被負(fù)極吸收，壓力超過(guò)某個(gè)值時(shí)，便開(kāi)始通過(guò)單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經(jīng)過(guò)濾酸墊濾掉了酸霧，但畢竟使電池?fù)p失了氣體，也等于失水，所以閥控式密封鉛酸蓄電池對(duì)充電電壓的要求是非常嚴(yán)格的，不能過(guò)充電。
⑵ 負(fù)極板硫酸化
電池負(fù)極柵板的主要活性物質(zhì)是海棉狀鉛，電池充電時(shí)負(fù)極柵板發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：
PbSO4 + 2e = Pb + SO4-
正極上發(fā)生氧化反應(yīng)：
PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO4- + 2e
放電過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是這一反應(yīng)的逆反應(yīng)，當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時(shí)，在電池的正負(fù)極柵板上就有PbSO4存在，PbSO4長(zhǎng)期存在會(huì)失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象稱為活性物質(zhì)的硫酸化。為防止硫酸化的形成，電池必須經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)，蓄電池不能過(guò)放。
⑶ 正極板腐蝕
由于電池失水，造成電解液比重增高，過(guò)強(qiáng)的電解液酸性加劇正極板腐蝕，防止極板腐蝕必須注意防止電池失水現(xiàn)象發(fā)生。
⑷ 熱失控
熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)作用，并逐步損壞蓄電池。造成熱失控的根本原因是浮充電壓過(guò)高。
一般情況下，浮充電壓定為(2.23 ~ 2.25)V/單體(25℃)比較合適。如果不按此浮充范圍工作，而是采用2.35V/單體(25℃)，則連續(xù)充電4個(gè)月就可能出現(xiàn)熱失控;或者采用2.30V/單體(25℃)，連續(xù)充電(6 ~ 8)個(gè)月就可能出現(xiàn)熱失控;要是采用2.28V/單體(25℃)，則連續(xù)(12 ~ 18)個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，zui后失效。
3 閥控鉛酸蓄電池內(nèi)阻模型研究
阻抗分析是電化學(xué)研究中的常用方法，是電池性能研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必要手段[10]。
圖3-1是常用的鉛酸電池阻抗的等效電路。
圖1 蓄電池阻抗等效電路
圖1中Lp、Ln為正負(fù)極電感; Rt.p和Rt.n 是電極離子遷移電阻;Cdl.p、Cdl.n是極板雙電層電容; Zw.p、Zw.n為Warburg阻抗，是由離子在電解液和多孔電極中擴(kuò)散速度決定的;RHF是前面提到的歐姆電阻。
文獻(xiàn)[4]研究中將Warburg阻抗表示為一個(gè)電阻和電容串聯(lián)組成的阻抗ZW。
式中 λ——Warburg系數(shù)，表示反應(yīng)物和生成物的擴(kuò)散傳質(zhì)特性;ω——角頻率
電池的阻抗包括歐姆電阻和正負(fù)極阻抗：
Zcell = Zp + Zn + RHF (2)
電池阻抗是一個(gè)復(fù)阻抗，在其它條件不變的情況下，與測(cè)試頻率有關(guān)。
通常情況的內(nèi)阻是指某一固定頻率下的內(nèi)阻值，對(duì)于一般的VRLA蓄電池，多數(shù)采用低于100Hz的頻率，在實(shí)際使用中常把復(fù)阻抗的模稱為內(nèi)阻。
4 內(nèi)阻在線測(cè)量方法
備用場(chǎng)合使用的VRLA電池一般容量很大，在幾十Ah到數(shù)千Ah，電池的內(nèi)阻值很小。由于阻值低，電池正負(fù)極輸出感應(yīng)的電壓幅值很小，要準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?nèi)阻有一定難度，尤其是在線測(cè)量時(shí)電池端存在充電紋波和負(fù)載變動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)變化。常見(jiàn)的內(nèi)阻測(cè)試方法簡(jiǎn)述于下。
⑴ 直流方法
直流方法是在電池組兩端接入放電負(fù)載，根據(jù)在不同電流(I1、I2)下的電壓變化(U1-U2)來(lái)計(jì)算內(nèi)阻值，見(jiàn)圖2。常采用式(3-3)計(jì)算
圖2 蓄電池放電電壓曲線
由于內(nèi)阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對(duì)較小，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)困難，由于放電過(guò)程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計(jì)算電壓變化幅值。實(shí)際測(cè)量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差、準(zhǔn)確度很難達(dá)到10%以上。
⑵ 交流方法
交流方法相對(duì)直流法簡(jiǎn)單。
當(dāng)使用受控電流時(shí)，ΔI = Imax Sin(2πft),產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：
ΔV = Vmax Sin(2πft + φ) (4)
這種情況的阻抗均為：
(5)
即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模為 |Z|= Vmax/Imax, 相角為φ。
從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號(hào)，測(cè)量由此信號(hào)產(chǎn)生的電壓變化即可測(cè)得電池的內(nèi)阻。
R = Vav / Iav (6)
式中 Vav----檢測(cè)到交流信號(hào)的平均值;
Iav ---- 饋入交流信號(hào)的平均值
在實(shí)際使用中，由于饋入信號(hào)的幅值有限，電池的內(nèi)阻在μΩ或mΩ級(jí)，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在μ量級(jí)，信號(hào)容易受到干擾。尤其是在線測(cè)量時(shí)，受到的影響更大。采用基于數(shù)字濾波器的內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)和同步檢波方法可以克服外界干擾，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)阻數(shù)據(jù)。
5 對(duì)內(nèi)阻值影響的因素
⑴ 不同測(cè)量方法對(duì)內(nèi)阻值的影響
由于測(cè)量方法的不同，蓄電池內(nèi)阻數(shù)值有較大的差異。因此，在研究?jī)?nèi)阻變化時(shí)需要在同一方法下進(jìn)行測(cè)量。
⑵不同充電狀態(tài)對(duì)內(nèi)阻值的影響
蓄電池處于不同的狀態(tài)，其內(nèi)阻值也有很大的差異。放電容量達(dá)到80%后，內(nèi)阻急劇上升。轉(zhuǎn)入充電后，內(nèi)阻很快恢復(fù)到正常數(shù)值。
⑶不同失效模式對(duì)內(nèi)阻值的影響
蓄電池的不同失效模式反映在內(nèi)阻變化的幅值并不一樣。
圖3 是不同劣化模式下的電池放電曲線。與一般的腐蝕模式對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：同樣的歐姆內(nèi)阻變化幅度，失水模式能提供的輸出容量比腐蝕模式要低。
圖3 失水模式與板柵腐蝕的放電差異[61]
另外的電池劣化模式也從不同的角度影響電池的內(nèi)阻，除腐蝕和失水外，活性物質(zhì)的不同結(jié)晶狀態(tài)也影響輸出容量和內(nèi)阻。
對(duì)處于正常浮充電壓一定時(shí)間后的電池，可以認(rèn)為是在*充電狀態(tài)。
溫度對(duì)電池內(nèi)阻影響甚微，低溫有些影響。在運(yùn)行條件較好的場(chǎng)合，可以不考慮溫度的影響。
目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蓄電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋說(shuō)明，只有IEEE Std 1188-1996中對(duì)內(nèi)阻測(cè)量和數(shù)據(jù)分析作了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。IEEE Std 1188-1996指出：內(nèi)阻受包括物理連接、電解液離子導(dǎo)電性和電極表面的活性物質(zhì)的活性3方面因素的影響。內(nèi)阻值與所采用的儀器和測(cè)量方法有關(guān)，內(nèi)阻的變化可以當(dāng)作電池性能或者說(shuō)容量變化的指示。明顯的內(nèi)阻變化表明蓄電池有大的性能改變，超過(guò)30%的變化即可認(rèn)為明顯，但這個(gè)變化幅度可能跟不同廠家的電池有關(guān)。
6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與數(shù)據(jù)分析
為了獲得可靠數(shù)據(jù)，我們對(duì)裝備有動(dòng)力環(huán)境集中監(jiān)控系統(tǒng)的五十組通訊電源的蓄電池進(jìn)行了測(cè)試，其中采用改進(jìn)工藝的蓄電池有三十二組，投入運(yùn)行的時(shí)間從2001年8月到2005年10月，其余的蓄電池為1997年到2000年的老電池，測(cè)試的蓄電池均為國(guó)產(chǎn)品牌且廣泛使用的型號(hào)。所測(cè)試的蓄電池生產(chǎn)廠家有三家，本次測(cè)試的蓄電池均按重量區(qū)分蓄電池的工藝，按廠家的說(shuō)明書(shū)，近些年生產(chǎn)的蓄電池重量均明顯小于2001年前相同容量的蓄電池的重量，故以重量作為區(qū)分蓄電池工藝的方法。
內(nèi)阻測(cè)試設(shè)備使用BM6500蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的增強(qiáng)型，BM6500采用了交流法的內(nèi)阻測(cè)試系統(tǒng)，增強(qiáng)型的內(nèi)阻測(cè)試精度為2%。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一組數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
蓄電池型號(hào)：采用新工藝的GFMG1000AH，投入運(yùn)行日期2002年1月，內(nèi)阻變化率的基準(zhǔn)值為2003年5月的測(cè)試值。
表1 蓄電池現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果
電 池 號(hào)01020304 05 06 07 08
浮充電壓V2.3402.2912.2702.3502.3272.2362.2682.295
內(nèi) 阻 0.254 2.2460.258 0.272 0.228 0.268 0.254 0.233
內(nèi)阻變化%11.49.3 12.217.24.617.512.85.9
測(cè)試結(jié)果壞壞壞壞 好 壞壞好
電 池 號(hào) 09 10 11 12 13 14 15 16
浮充電壓V2.316 2.279 2.292 2.289 2.282 2.243 2.219 2.251
內(nèi) 阻 0.264 0.255 0.243 0.292 0.234 0.235 0.256 0.264
內(nèi)阻變化%15.88.56.525.97.37.315.3 15.7
測(cè)試結(jié)果壞壞好壞好 好 壞壞
電 池 號(hào) 17 18 19 20 21 22 23 24
浮充電壓V 2.250 2.260 2.248 2.280 2.250 2.220 2.332 2.254
內(nèi) 阻 0.243 0.248 0. 242 0.249 0.262 0.286 0.242 0.276
內(nèi)阻變化%10.09.7 5.24.712.9 25.47.121.1
測(cè)試結(jié)果壞壞好好壞壞好壞
浮充電壓zui大動(dòng)態(tài)誤差為2.340V(No1)-2.219V(No15)=0.121V，大于YD/T799-1996規(guī)定zui高及zui低電壓值偏差50Mv。從浮充電壓可以知道，本組蓄電池的性能并不理想，內(nèi)阻zui大變化率為No12。
圖4為動(dòng)力環(huán)境集中監(jiān)控軟件中記錄的前20分鐘放電曲線, 放電電流為286A
圖4
本次測(cè)試的所有蓄電池性能分析結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 蓄電池性能分析結(jié)果
新 工 藝 蓄 電 池老 工 藝 蓄 電 池
蓄電池內(nèi)阻變化率好蓄電池
數(shù)量劣化蓄電池
數(shù)量蓄電池內(nèi)阻
變化率好蓄電池
數(shù)量劣化蓄電池
數(shù)量
0%—10%32840%—10%1760
10%—20%1393610%—20%1352
20%—30%584720%—30%368
30%—40%192030%—40%1713
40%—50%21240%—50%1013
50%以上0650%以上220
總數(shù)544124總數(shù)37656
通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，在蓄電池劣化時(shí)，采用新工藝的蓄電池內(nèi)阻值明顯小于采用老工藝的蓄電池，對(duì)于新工藝的蓄電池內(nèi)阻預(yù)警值應(yīng)更為嚴(yán)謹(jǐn)。
7 小結(jié)
對(duì)內(nèi)阻與SOH(State Of Health)關(guān)系的分析得到以下結(jié)論。
(1) 不能直接用內(nèi)阻數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算SOH(State Of Health)，而且建立標(biāo)準(zhǔn)亦很困難。內(nèi)阻不能同容量一樣進(jìn)行量化表達(dá)，只是性能的反映。
(2) SOC(State Of Charge)和SOH(State Of Health)無(wú)疑影響電池內(nèi)阻，劣化的蓄電池內(nèi)阻都有很大的變化。
(3) 大容量電池的歐姆內(nèi)阻很小，其變化幅度就更小，需要相當(dāng)精度的測(cè)試手段。
(4) 部分電池的內(nèi)阻變化明顯，但此時(shí)的電池容量仍可能保持在良好水平。
(5) 劣化嚴(yán)重的電池內(nèi)阻變化數(shù)值將超過(guò)某個(gè)范圍。
(6) 蓄電池的監(jiān)測(cè)應(yīng)是對(duì)蓄電池的運(yùn)行參數(shù)、內(nèi)阻變化、電壓監(jiān)測(cè)等綜合參數(shù)監(jiān)測(cè)，對(duì)內(nèi)阻的變化率的監(jiān)測(cè)是很有意義的。
(7) 新工藝蓄電池的性能、壽命明顯低于老的蓄電池，更需要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)其運(yùn)行參數(shù)，定期的核對(duì)放電*。