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蓄電池的充放電特性

鉅大LARGE  |  點擊量:92次  |  2020年08月25日  

摘要
蓄電池具有自放電效應。從生產制造車間到用戶使用,大約要延誤數月的時間。以PA-NASONIC蓄電池為例,在30℃的環境溫度下貯藏8個月,蓄電池的殘存容量僅為出廠時的一半,因此對于新購買的與UPS配套的

蓄電池具有自放電效應。從生產制造車間到用戶使用,大約要延誤數月的時間。


以PA-NASONIC蓄電池為例,在30℃的環境溫度下貯藏8個月,蓄電池的殘存容量僅為出廠時的一半,因此關于新購買的與UPS配套的蓄電池,一般要進行一次較長時間的充電,這叫做初充電。蓄電池的初充電電流大小應按0.1C來充電,蓄電池在放電終了后可進行再充電,這叫正常充電。目前在UPS中普遍采用兩種充電方式:浮充和脈充。所謂浮充電是指整流器的輸出與蓄電池并聯工作,并同時向負載供電,實際上此時整流器供應的電流分兩路,一路送給負載,另一路送給蓄電池,以補充蓄電池自身內部損耗,浮充充電工作方式接線簡單,對改善UPS輸出瞬態響應特性有好處。脈沖充電的特點是充電電流隨蓄電池容量而變化,用這種方式充電,可以縮短充電時間。


1.充電電壓


由于UPs蓄電池屬于備用工作方式,市電正常情況下處于充電狀態,只有停電時才會放電。為延長蓄電池的使用壽命,UPS的充電器一般采用恒壓限流的方式控制,蓄電池充滿后即轉為浮充狀態。


關于端電壓為12V的蓄電池,正常的浮充電壓在13.5~13.8V之間。浮充電壓過低,蓄電池充不滿,浮充電壓過高,會造成過電壓充電。當浮充電壓超過14V時,即認為是過電壓充電。嚴禁對蓄電池組過電壓充電,因為過電壓充電會造成蓄電池中的電解液所含的水被電解成氫和氧而逸出,使電解液濃度增大,導致蓄電池壽命縮短,甚至損壞。


2.充電電流


蓄電池充電電流一般以C來表示,C的實際值與蓄電池容量有關。舉例來講,假如是100Ah的蓄電池:C為100A。松下鉛酸免維護蓄電池的最佳充電電流為0.1C左右,充電電流決不能大于0.3C。充電電流過大或過小都會影響蓄電池的使用壽命。


理想的充電電流應采用分階段定流充電方式,即在充電初期采用較大的電流,充電一按時間后,改為較小的電流,至充電末期改用更小的電流。充電電流的設計一般為0.1C,當充電電流超過0.3C時可認為是過電流充電。防止用快速充電器充電,否則會使蓄電池處于“瞬時過電流充電”和“瞬時過電壓充電”狀態,造成蓄電池可供使用電量下降甚至損壞蓄電池。過電流充電會導致蓄電池極板彎曲,活性物質脫落,造成蓄電池供電容量下降,嚴重時會損壞蓄電池。


3.充電方式


鉛酸蓄電池放電產物是硫酸鉛,若不及時轉化掉,會使蓄電池處于充電不足狀態,從而降低蓄電池放電容量和縮短蓄電池使用壽命。因此,必須使蓄電池組處于充足電狀態。對不同情況,可分浮充和均充。


(1)浮充充電。在線式蓄電池組是長期并聯在充電器和負載線路上,作為后備電源的工作方式。一般情況下,都采用浮充充電,單體蓄電池電壓控制在2.25V(相關于2V蓄電池),并定期觀察、記錄浮充電壓變化。假如單體蓄電池電壓偏低,說明蓄電池充電不足,容量不夠,應注意跟蹤。


(2)均衡充電。所謂均衡充電是把每個蓄電池單元并聯起來,用統一的充電電壓進行充電。假如蓄電池組在浮充過程中存在落后蓄電池(單體電壓低于2.20V,相關于2V蓄電池),或浮充3個月后,宜進行均充過程,其單體蓄電池控制在2.35V,充6~8h(注意,一次均充時間不宜太長),然后調回到浮充電壓值,再觀察落后蓄電池電壓變化,如電壓仍未到位,相隔兩周后再均充一次。一般情況下,新的蓄電池組經過6個月浮充、均充后,其電壓會趨于一致。均衡充電電流一般選0.3C或略小于0.3C。額定電壓為12V的蓄電池,均衡充電電壓一般選14.5V。


當UpS的蓄電池在使用中遇到下述情況之一時,要想恢復蓄電池的可充放電特性,應采用均衡充電的辦法來解決。


1)過量放電使得蓄電池的端電壓低于蓄電池所允許的放電終了電壓。對12V的M型鉛酸蓄電池而言,其放電終了電壓為10.5V左右。


2)UPS蓄電池組中,各蓄電池單元之間的端電壓差別超過1V左右。


3)長時間放置不用,超過靜態存儲時間的蓄電池。常溫環境,一般UPS蓄電池的靜態存儲時間為9個月。當溫度為31~40℃時,靜態存儲時間為5個月(包括新購蓄電池)。


4)重新更換了電解液的蓄電池。


5)放電后末能及時充電的蓄電池。


6)長期工作于浮充狀態(即UPS長期工作于市電狀態)并超過靜態存儲時間。


7)不慎放電,將蓄電池端電壓放至低于終止電壓。


關于NP6-12型密封式鉛酸蓄電池,其均衡充電電壓為14V左右,最大允許的均衡充電電流小于0.28C;關于LCL12V24P型密封式鉛酸蓄電池,其均衡充電電壓為14V左右最大允許的均衡充電電流小于8A。


(8)溫度補償。雖然蓄電池的工作溫度范圍很寬,可在-15~+45℃范圍內運行,但是蓄電池運行最佳環境溫度為25℃左右,假如環境溫度變化較大,需用溫度系數進行補償(-3mV/℃)。


(9充電操作。蓄電池的初充電電流大小一般按說明書中的規定值,或按額定容量1/10的電流來進行。使用中正常充電時,最好采用分級定流充電方式,即在充電初期用較大電流,充電一按時間后,改用較小電流,至于充電后期,改用更小電流。這種充電方法的充電效率較高,它所需充電時間較短,充電效果也好,對延長蓄電池壽命有利。有的新型智UPS采用定期自動監測及循環充電的方式進行對蓄電池充電,以延長蓄電池壽命。


(10)治療性充放電。關于蓄電池治療性充放電過程,從放電容量和蓄電池電壓值判斷每只蓄電池的“健康情況”,因為不同放電容量過程中每只蓄電池的電壓變化就代表了該蓄電池“健康”狀況,如有不合格的蓄電池,應采取補救措施。


有些UPS蓄電池欠電壓是由于UPS逆變器末級驅動電路損壞,造成蓄電池放電所致。若在修好電路故障后,應及時將蓄電池接入原電路充電,仍然會使蓄電池復好如初。問題在于欠電壓的蓄電池無法使UPS啟動成功。此時,可用如下辦法解決:


1)先用好的蓄電池將UPS啟動到市電狀態后,再撤掉好蓄電池換上待充電的欠電壓蓄電池。在調換蓄電池時,要求UpS空載運行。一般UpS迸入市電狀態后,只要保持輸入市電正常,撤掉蓄電池不會影響市電供電狀態。給欠電壓的蓄電池充電過程中,應注意觀察蓄電池的充電電流。


2)將欠電壓的蓄電池先充電到10.5V(相關于12V蓄電池)以上,便可使UPS成功啟動。


4.放電要求


蓄電池實際放出的容量與放電電流有關,放電電流越大,蓄電池的效率越低。例如,


12V/24Ah的蓄電池當放電電流為0.4C時,放電至終止電壓的時間是1小時50分,實際輸出容量17.6Ah,效率為73.3[%]。當放電電流為7C時,放電至終止電壓的時間僅為20s,實際輸出容量0.93Ah,效率為3.9[%]。所以應防止大電流放電,以提高蓄電池的效率。一般電路設計和用戶選擇負載時,都要保護UPS蓄電池逆變放電電流不超過2C。


放電深度對蓄電池使用壽命的影響也非常大,蓄電池放電深度越深,其循環使用次數就越少。雖然UPS郡有蓄電池低電壓保護功能,一般單節蓄電池放電至10.5V(相關于12V蓄電池)左右時,UpS就會自動關機,但是假如UPS處于輕載放電或空載放電的情況下,盡管小電流放電能提高蓄電池的效率,但是當用極小電流(小于0.05C)長時間放電時,將導致蓄電池實際放出容量超過其額定容量,從而造成蓄電池嚴重的深度放電。當蓄電池放電深度為100[%]時,蓄電池實際使用壽命約為200~250次充放電循環;放電深度為50[/%]


時,約為500~600次充放電循環。因此,在使用UPS時,既要防止重載過電流放電,又


要防止長時間輕載放電造成蓄電池深度放電。更要防止蓄電池短路放電,否則,會嚴重損壞蓄電池的再充電能力和儲電能力,縮短使用壽命。在蓄電池的實際應用中,不是首先追求放出容量的百分之多少,而是要關注發現和處理落后蓄電池,經對落后蓄電池處理后再做核對性放電實驗。這樣可防止事故,以免放電中落后蓄電池惡化為反極蓄電池。


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