机房蓄电池（通用5篇）
机房蓄电池 篇1
摘要：本文从提高机房蓄电池组使用年限、保障安全播出的角度, 讨论了用于设备后备电源的铅酸蓄电池的选择、日常维护等方面的一些做法。
关键词：铅酸蓄电池,安全播出,蓄电池维护,循环寿命,充放电
1 蓄电池在安全播出体系中的重要作用
安全播出是广电播出机构的头等大事、工作的重中之重。《国家广播电影电视总局广播电视技术维护奖励办法》 (广发技字[1998]617号) 规定“完成全年台内、台外停播率指标得20分;停播率每增加10%扣2分, 最多扣20分;停播率每减少20%增加1分, 最多增加5分; (0-20分) ”, 又规定“全年没有发生播出事故、事件; (20分) ”。
所有威胁安全播出的事件当中, 后备电源系统缺失是其中危害重大, 平时又容易以侥幸心理忽视的一项。它可以造成单站所有设备掉电, 无法补救。且市电中断是偶发事件, 后备蓄电池系统的隐患没有直接的征兆, 表面上电压正常, 启用的时候也可能发生容量不足、电压迅速下降致使全部设备掉电。蓄电池系统的故障比任何单台设备故障影响大得多, 甚至直接引发安全播出事故。本文总结了最常用的机房铅酸蓄电池使用中的一些注意事项。
2 蓄电池的选用
目前机房后备电源用蓄电池基本上是20世纪70年代出现阀控式密封铅酸蓄电池 (VRLA) , 有AGM和GEL两类。贫液式 (AGM技术) 贫液式电池以超细玻璃棉隔板吸取电解液, 没有游离电解液。AGM隔板具有93%以上的孔隙率, 其中10%左右的孔隙作为正极析出的O2到负极再复合的通道实现氧的循环。贫液式电池具有自放电小、充电效率高、内阻小、气体复合率高等特点。胶体 (GEL技术) 胶体电池采用触变性二氧化硅胶体吸收电解液, 胶体中自然形成的缝隙充当氧循环的通道。阀控式密封铅酸蓄电池技术上比较成熟, 制定了相应的国家标准或行业标准, 虽然重量能量密度较低, 但是成本低、比较安全, 在机房等对重量要求不高的地方得到广泛使用。
铅酸蓄电池寿命受制于循环放电的次数, 它因为蓄电池使用条件不同而由很大差别, 一般在采购时难以直接规定, 为了延长服役期限, 有几个方面要注意:
同样的用料情况下, 初期容量和使用寿命存在一定的冲突。关注短期效益的厂家有潜在的利用有限的材料增加初期容量的动机, 比如增加极板组数、提高电解液浓度等等。
容量配置, 不高配, 不低配。蓄电池容量偏小, 则在剧烈放电时活性物质与硫酸过度反应, 温度升高, 极板因过负荷而弯曲, 活性物质脱落, 寿命缩短。蓄电池电荷容量偏大, 则不能充分利用其活性物质, 蓄电池经济性下降, 且小电流放电形成的硫酸铅晶体颗粒较大, 不容易被氧化还原, 时间长了影响蓄电池容量和寿命。
根据应用条件选配产品。应用在中心机房的蓄电池组, 通常负载电流较大而保证的后备时间相对较短, 应选大电流放电性能较好的蓄电池。应用在无人站的蓄电池组, 负载电流较小, 后备时间较长, 需要小电流深度放电特性较好的蓄电池。应用于太阳能系统的蓄电池放电时间长, 应采用小电流深度放电、短期充电特性好的蓄电池。启动内燃发电机组的蓄电池, 自放电和水的损耗都很大, 要定期进行补蒸馏水或专用电解液、补充电。
3 蓄电池维护工作依据的原理
阀控式密封铅酸蓄电池是一个复杂的电化学体系, 电池的性能和寿命取决于制备电极的材料、工艺、活性物质的组成和结构、电池运行状态和条件等。电池过充状态下, 负极产生水, 正极产生H+, 加速了正极板的腐蚀, 由于再化合反应不完全及板栅腐蚀引起水损失电池处于放电状态, 或长期以放电状态放置, 负极pH值增加, 极板上生成可溶性颗粒, 促进枝状结晶生成穿透隔膜造成极间短路自化合反应的发生, 无论电池处于充电或放电状态, 负极总有硫酸盐存在, 使负极长期处于非完全充电状态, 形成不可逆硫酸盐, 充电过程中, 电池内的再化合反应产生大量的热, 温升过高, 电解液干涸。另一方面, 若没有温度补偿, 充电控制器有可能过早关断, 导致电池充不满电, 25度为基准温度, 温度高10度, 寿命缩短50%, 容量减少50%;温度降低10度, 容量减少10%。所以最好机房温度保持在22-25度左右。
不可并联或串联混用。并联后足电的蓄电池以很大的电流向不足电的蓄电池充电, 造成极板活性物质脱落。蓄电池串联混用, 新蓄电池内的端电压较高, 内阻较小, 旧蓄电池端电压较低, 内阻较大, 可达新蓄电池的5倍。串联混用在充电状态下, 旧蓄电池两端的充电电压高, 造成新蓄电池充电尚未充足而旧蓄电池过充电。在放电状态下, 旧蓄电池过量放电。同样的道理, 不同容量、特性参数的蓄电池也不能混用。
控制放电深度:放电深度超过40%时, α二氧化铅就会明显参与反应, 还原后成为β二氧化铅。α二氧化铅减少后, 正极板软化, 电池寿命缩短。因此要严格减少深放电的次数, 在停电后及时发电, 使电池放电深度小于40%。
蓄电池的首次充电称为初充电, 初充电对蓄电池的使用寿命和电荷容量有很大的影响。应按照规程和产品说明以足够的时间进行初充电。
浮充是蓄电池最佳运行条件, 浮充电压使产生的充电电流和自放电等损耗电流平衡。电压过高会加速腐蚀电极、失水。为了弥补某些电池的特性不一致可用均充补充, 均充电压比浮充高几十毫伏, 时间不能过长。对新电池取较低的均充电压, 对老旧电池可取稍高的均充电压。
充电:有普通恒压限流, 分段恒流等方式。因为原理和各种实际的原因, 目前充电方法效果不尽完美, 仍在改进过程中。
4 维护实务
节约使用电池电力。严格控制市电断电时间, 蓄电池放电到一定程度, 到达保护电压, 就要停止放电。蓄电池只是不得已情况下的后备电源, 供电应尽量以市电满足, 市电中断时间可能较长应及时开启油机。
细心调配充电参数。配套的给蓄电池充电的开关电源的参数 (充电时间、电压模式) 应设定为和蓄电池对应。因为开关电源对蓄电池的温度补偿功能是建立在温度传感器精确传感的基础上, 误差大的话会引起过充或欠充。需要定期检查开关电源的温度传感器是否正常。如果按照高水平维护的要求, 还应及时统计各个机房市电中断时间长度的特征, 并据此设定合适的保护值、限流值、均充时间等开关电源参数。
保证空调运行良好。夏季如果没有空调, 温度升高到55度, 蓄电池寿命可能剧烈缩短为设计寿命的1/8。
勤于清洁保养。定期 (3个月) 测试, 全面清洁, 检查连接处有无松动、腐蚀, 检查蓄电池壳体有无渗漏, 检查极柱、安全阀周围是否雾酸液溢出有酸雾酸液溢出。应定期检查蓄电池电解液液面高度。若电解液数量不够, 会导致极板上部与空气接触而硫化, 缩短使用寿命。
疏通通气孔。蓄电池在充放电过程中会产生氢气和氧气, 尤其在过充电时。平时如果忽视通气孔的疏通, 造成阻塞, 产生的热量和气体无法散发, 会导致爆炸。
定期进行电池容量检测。直接测量浮充电压不能反应电池容量, 测浅度放电时的端电压也不能准确反应, 传统的较准确的方法是核对放电, 就是将电池离线, 用电阻箱进行深度放电测量。该法程序繁琐、耗时长, 需要另外有后备电源供应因为电池要很长时间处于离线状态, 代价较大, 但是它是目前唯一公认的有效办法, 可以作为一年一度或两年一度或三年一度的核对放电测试。其他定性的方法有在线快速测试法:在放电状态, 对个单体电池端电压巡检, 找出电压下降最快的, 判定个别劣化电池, 目前该测试方法准确度较低, 测试结果不能作为最终判据。内阻测量法:以低频交流电加于蓄电池两端, 测出电池内阻, 研究结果表明电池容量下降到50%-40%以后, 内阻有明显变化, 据此可以作为判断门限。但是到达门限之前, 内阻与容量的线性关系很差。
配对使用。根据国家有关电源维护规程, 电池组容量在80%以下就应整组淘汰, 但是因为全部更换费用昂贵, 不得已需要部分更换时, 并联、串联使用的电池, 容量等参数特性应尽量一致, 即使对同一个厂家的电池也需要通过仪器检测配对。最好能采用同期采购的富裕备件而不是新生产的电池。
不轻信电池激活。对于容量下降超过50%、更换下来的蓄电池, 可以采用去硫激活等方法延长寿命, 但是目前这些技术都有局限性, 不能完全保证修复后的蓄电池性能, 在关键性节点、执行关键播出任务的地方不宜采用。
5 总结
蓄电池的材料成本中, 铅及铅合金大约占到70%。随着世界性的货币宽松、金属资源品价格上涨, 以及国内对环保要求越来越高, 蓄电池的成本、价格呈逐年升高趋势。所以精细维护蓄电池系统, 增加有效使用寿命, 对于节约资金的意义将越来越大。
蓄电池系统在安播系统建设中占的资金比重不大, 技术成熟, 其维护工作容易被忽视, 但实际上它的维护比一般系统设备要复杂, 除了查看物理参数, 还涉及到危险化学品, 如果没有经过细心的培训或缺乏责任心, 可能造成安全事故。
本文分析介绍了蓄电池维护的原理和实务做法。我们在维护实践中只要按照一定的规章作业, 就可以保障蓄电池的使用寿命, 使它在外电中断的关键时刻能够发挥作用, 保障安全播出无事故。
参考文献
[1]国家广播电影电视总局广播电视技术维护奖励办法 (广发技字〔1998〕617号) .
[2]桂长清等编著.实用蓄电池手册[M], 北京:机械工业出版社, 2011.
[3]周志敏, 纪爱华编著.铅酸蓄电池修复与回收技术[M], 北京:人民邮电出版社, 2010.
[4]章异辉.基于降低成本的铅酸蓄电池生产工艺改进对电池维护的影响[J], 蓄电池, 2009年第4期.
机房蓄电池 篇2
来源：jifang369 日期：2013-8-23 16:39:55 作者：
摘要：机房电池间设计改进方案背景：这是个综合性机房的电池间，位于三楼的类储藏室的空间，刚好电池间四周都有混凝土柱子，有结构梁，本来说电池就放在电池架上即告完事儿了，后来厂家人员担心负载...标签：机房电池间,机房
机房方案改进案例
3、机房电池间设计改进
方案背景：
这是个综合性机房的电池间，位于三楼的类储藏室的空间，刚好电池间四周都有混凝土柱子，有结构梁，本来说电池就放在电池架上即告完事儿了，后来厂家人员担心负载太重会长时间堆放引起裂痕，让机房公司设计散力架。就这么找到我们了。
首先来看这个电池间整体怎样
图1
可以看到，实际上这个空间是很适合放较重的物件的，只要做好结构散力架都问题不会太大。根据我们给其他工程公司做过的做法，和一些工程公司汇总的方案，做了如下设计。
1、用14号的工字钢，成田字形焊接成一个底座。
2、在放底座的墙面上凿开一条洞，让工字钢底座和混凝土墙面连成一体，这样就起到了扩大手里面的作用，通俗点就是在墙面上凿差不多100mm的位置，把槽钢放进去。
3、把固定好槽钢位置的墙面重新用混凝土封好，风干。
4、在工字钢面上焊接4mm左右的钢板，用来做承受电池柜的完成面。
机房蓄电池 篇3
随着各行业数据中心建设的飞速发展,数据中心机房的设备承载压力逐渐扩大,高频开关电源、不间断电源(UPS)等电源设备的数量也随之急剧增加,从而使得蓄电池得到了广泛的应用。合理可靠地对电池进行管理和维护,能够保证电池有较长的使用寿命,从而达到保证核心设备不间断用电并节约维护资金的目的。因此,在核心设备用电源系统的维护中,蓄电池的维护管理占了相当大的比重,怎样才能充分发挥蓄电池作为后备电源的作用,使用中尽量达到或接近其设计寿命,就成了维护人员需要深入探讨的一个问题。
1 影响电池寿命的因素
目前,阀控密封铅酸蓄电池使用较多的是2V系列和12V系列。这两种电池的寿命差别较大,一般2V系列的设计寿命是8~10年,12V系列的设计寿命是3~6年。考虑到价格因素,目前在在系统中对UPS一般配置的是12V系列的电池,对高频开关电源一般配置的是2V系列的电池。
一般蓄电池制造商提供的蓄电池设计寿命为特定环境下的理论值,实际使用寿命与电池室的环境温度、整流器的参数设置、日常维护以及运行状况有很大关系。
1.1 环境温度的影响
环境温度对蓄电池使用寿命的影响很大。环境温度的升高,将加速电池板栅的腐蚀和增加电池中水分的损失,从而使电池寿命大大缩短。一般情况下,温度每升高10℃,电池使用寿命将减少50%,温度越高影响越大。在核心设备用阀控密封铅酸蓄电池行业标准YD/T799-2002中规定,高温加速浮充寿命试验是以环境温度55℃下42天的一个充放电试验折合一年的正常使用寿命,由此可见高温对电池寿命的影响。蓄电池的最佳使用环境温度为20~25℃。
1.2 充电不足
在正常条件下,电池在放电时形成硫酸铅结晶,在充电时能较容易地还原为铅。如果使用不当,例如长期处于充电不足的状态,负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅,它几乎不溶解,用常规方法很难使它转化为活性物质,从而减少了电池容量,甚至成为电池寿命终止的原因,这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。
1.3 过度充电
蓄电池在长期过充电状态下,正极因析氧反应,水被消耗,氢离子浓度增加,导致正极附近酸度增加,板栅腐蚀加速,使电池容量降低。同时,因水损耗加剧,使蓄电池有干涸的危险,从而影响电池寿命。
1.4 过放电
电池的过放电主要发生在交流电源停电后,蓄电池长时间为负载供电。当蓄电池被过度放电到终止电压或更低时(源于电源本身对电池放电终止电压设置不准,或有的根本没有过放电保护装置),导致电池内部有大量的硫酸铅被吸附到蓄电池的阴极表面,硫酸铅是一种绝缘体,必将对蓄电池的充放电性能产生很大的负面影响,因此,在阴极上形成的硫酸铅越多,蓄电池的内阻越大,蓄电池的充放电性能越差,使用寿命就越短。一次深度的过放电可能会使电池的使用寿命减少1~2年,甚至造成电池的报废。
1.5 长期处于浮充状态
蓄电池在长期浮充状态下,只充电而不放电,其对电池的影响与过度充电相同。
2 在使用和维护过程中应注意的一些事项
2.1 使用环境
蓄电池应安装在远离热源和易产生火花的地方,最好在清洁的环境中使用,电池室应通风良好,无太阳照射,温度保持在20~25℃。
2.2 电源的参数设置
一些参数如浮充电压、均充电流、均充频率和时间、转均充判据、温度补偿系数、直流过压告警、欠压告警、充电限流值等要跟各蓄电池厂家沟通后确定。
2.3 容量配置
一些电源所配置电池的容量偏小,致使交流停电时电池大电流放电,影响电池使用寿命。通常电池配置容量应在8~10小时率。
2.4 日常维护
也许是受到了一些电池厂家以前对阀控式蓄电池冠以“免维护”名称的影响,个别维护人员便错误地认为阀控式电池无须维护,从而对其不闻不问。其实,蓄电池的变化是一个渐进的过程,为保证电池的良好状态,作好运行记录是相当重要的。每月应检查的项目如下:单体和电池组浮充电压;电池的外壳有无变形、膨胀、渗液;极柱、安全阀周围是否有渗液和酸雾溢出;连接条是否拧紧。
2.5 实时数据监测
实时监测单节电池的电压,整组电压、电流、环境温度。实时监测电池运行状态,过限值告警,并及时处理。
2.6 均衡维护
前面已经讲解过通讯设备的供电系统原理,由于整流设备是对整组电池进行充放电,充电设备只对其整组的端电压实时采集记录,智者整组端电压达到一定电压时,充电设备才会认为完毕,然而在整个充电过程中,每个电池的参数或多或少存着差别,则有个别电池一定会过冲、或欠冲,久而久之,往复循环,过冲和欠冲的电池都会受到很大程度上的影响,并且会加速电池的老化,甚至有冲爆电池的可能。试想一下如果在充电时,让每节电池都平均分配电量,使其达到一个最佳的状态,这样会大大延长蓄电池的使用寿命,则均衡维护的作用就尤为突出。
2.7 内阻测试
一种新的测试手段,即通过测量电池的内阻来确定电池的状态,被证明是非常可靠的方法同时也是负载测试的廉价补充或替代手段。由于电池的内阻与它本身容量有着密切联系,因此可以在放电期间利用这个参数来预测电池的性能,电池的内阻与容量有着紧密的联系,不过两者之间并非一般的线性关系。目前虽然可以测量出电池的内阻,但是这个参数并不能直接用来指示电池的容量,它只能是在电池性能已严重退化,并将影响整个系统正常使用时,做为一个警告指示。通过对大量的各种类型电池的测试表明:如果电池的内阻增至高于其基准值,即电池在最佳状态下的内阻值的25%时,这个电池将无法进行容量的测试。
2.8 放电试验
对于交流供电正常的交换局内的UPS电源所配置的蓄电池,应周期性地进行核对性的放电试验。对于开关电源所配置的2V电池,建议每年做一次,放出额定容量的30%~40%;对于UPS所配置的12V电池,建议每季度或半年做一次,放出额定容量的30%~40%;记录电池单体电压和电池组总电压,及时更换故障电池。
2.9 容量测试
对于2V电池,每三年应进行一次容量测试放电,放出额定容量的80%;对于12V电池应每年进行一次容量测试放电,放出额定容量的80%。详细记录放电过程中各单体电压和电池组总电压,进行分析,及时更换容量较差的单体电池。
2.10 放电前的准备工作
放电前,先检查整组电池是否拧紧,再根据放电倍率来确定放电记录的时间间隔。在对一组电池放电前,应先保证另一组电池充好电。放电过程中要密切注意比较落后的电池,以防止某个单体电池的过放电。并将此次记录与前次记录进行比较,对整组电池的运行状态做到心中有数。
3 集中和远程监控
蓄电池在线诊断维护系统是为实现机房蓄电池安全使用为目的,及时排除隐患,避免不必要的损失。另一方面为满足用户对电源状态的集中和远程监测的需求,即在值班员的联网电脑上可以看到纳入监测范围的源设备的实时运行状况(含告警),便于即时掌握设备的整体状况。
蓄电池在线诊断技术就是通过在线监测蓄电池运行中的各项关键参数,并对监测数据进行自动分析和诊断,诊断结果以单体电池的实际放电容量或健康状态表示。其中电池内阻是较为关键的一项性能参数值,其能够有效反映蓄电池内部健康状态,因此此次蓄电池监测需把实时数据监测、均衡维护、内阻监测功能列为重点。提供安全、准确、便捷的蓄电池在线实时监测功能,保障电源系统的稳定运行。基于RS232、TCP/IP网络与监控中心管理软件通信,灵活组网搭建大范围、分布式的集中监控管理系统。如图1为内网构建图,图2为外网构建图。
4 结束语
为了营造一个安全、可靠的机房环境,推进以风险预警为基础、过程管理为手段、事故分析为提升的全过程安全风险管理。随着数据中心机房各类设备日益增多,机房内的交换设备以及供电设备(如交流配电屏、直流配电屏、蓄电池组以及用于提供备用电的油机等)则是保障各类业务安全运行的关键和基础,其重要性不言而喻。数据中心机房电源起到极其重要的作用,蓄电池则是保障设备运行的最后一道屏障,应给予足够的重视,需要一套高性能的蓄电池在线检测维护系统,预防运行蓄电池组中部分过充损坏和长期亏电失效的落后电池,延长蓄电池使用寿命,提高电力系统的安全性;定期对性能差异蓄电池进行补偿性维护,从而达到活化电池目的;实时监测蓄电池的运行状态。
参考文献
机房蓄电池 篇4
1 蓄电池概述
阀控式铅酸蓄电池[2]由于其密封程度高, 无需添加蒸馏水、维护工作量少等优点, 故亦被称之为免维护蓄电池, 在当前通信机房UPS (不间断电源) 中广泛使用。正是因为受到“免维护”提法的误导, 使得相当多的用户忽略了必要的维护工作, 造成蓄电池的漏液、鼓胀、容量不达标、使用寿命短等问题的发生。
1.1 蓄电池结构
铅酸蓄电池是指以铅和硫酸的电化学反应为基础而形成的一种能量储存和转化装置。目前, UPS常用的是12 V的蓄电池, 它实际上是由6节单体串联而成。从蓄电池的剖面图1可以看出, 铅酸蓄电池主要由正极板群、负极板群、电解液和隔板等组成。蓄电池充电后, 正极板变成棕褐色的二氧化铅 (Pb O2) , 负极板变成青灰色的海绵状铅 (Pb) , 电解液则是硫酸 (H2SO4) 水溶液。Pb和Pb O2是蓄电池的电化反应物, 也称为活性物质。当蓄电池放电后, 正负极都反应生成为硫酸铅 (Pb SO4) 。
铅酸蓄电池的使用寿命一般受限于正极板。正极板在工厂化成时, 会存在两种结晶形态的Pb O2, 即α-Pb O2和β-Pb O2。α-Pb O2属斜方晶系, 晶粒粗、密度大, 起骨架作用, 对电池寿命有利;而β-Pb O2属正方形晶系, 晶粒细、表面积大, 具有多孔性, 主要参与充放电, 对电池容量有利。在反复的充放电过程中, 部分的α-Pb O2会逐渐转变成β-Pb O2, 使得电池容量在一定时期内随充放电循环而有所增加[3]。有的电池厂商, 为了提高蓄电池的初期容量, 在正极板上加多了β-Pb O2而减少了α-Pb O2, 使得正极板过早软化, 导致了电池寿命的缩短。
1.2 蓄电池工作原理
蓄电池连接外部电路放电时, 稀硫酸就会与正负极板上的活性物质发生反应, 生成硫酸铅 (Pb SO4) 和水 (H2O) 。随着放电的进行, Pb SO4逐渐增多, 由于Pb SO4是高阻不良导体, 所以电极电阻逐渐增大, 导致电池内阻变大, 从而使得蓄电池输出电压迅速减小。另一方面, 放电愈久, 硫酸浓度愈稀薄。因此, 电解液中的硫酸浓度也反应了蓄电池放电量或残余电量。铅酸蓄电池的化学反应式如下:
放电时生成的Pb SO4, 由于其是难溶性电解质, 当温度降低时, Pb SO4会重结晶析出在极板表面, 重结晶后的晶体呈增大、变厚趋势, 导致充电接受率降低, 无法完全还原为活性物质, 造成电池容量损失, 这就是蓄电池极板的硫酸盐化现象, 简称“硫化”。延缓硫化的简单方法就是蓄电池放电后及时充满电, 减少蓄电池中Pb SO4的存在。
蓄电池在进行充电时, 在正负极板上放电所产生的Pb SO4会在充电时被分解还原成Pb O2、Pb和H2SO4。随着充电的进行, 电解液的比重上升, 并逐渐回复到放电前的浓度。当两极的Pb SO4被还原成原来的活性物质时, 蓄电池充电结束。
2 蓄电池的特性及维护
2.1 蓄电池的电压
电池在无负载状态下测得的端电压, 称为开路端电压, 可以视为电池的电动势。当在电池的两端接上负载后, 电路中便有电流通过, 此时电池两端测得电压称为闭路端电压。大部分电池的电动势是由电池电极的金属材料确定的, 对于铅酸蓄电池, 其电动势与硫酸电解液的密度有关, 单体电压E用经验公式表示为
其中ρ为25℃时的硫酸溶液的密度, 蓄电池出厂时的硫酸密度通常为1.28 g/m3, 蓄电池的开路电压约为 (0.85+1.28) ×6=12.78 V。
有的厂商为了提高蓄电池电压, 在蓄电池生产时调高了硫酸溶液的浓度, 加剧了电池极板与隔板的腐蚀, 使电池的循环寿命缩短。蓄电池处于浮充状态时, 其端电压与容量并不存在对应关系。但是, 当蓄电池经过一定深度的放电后, 劣化电池要比正常电池的电压低很多。因此, 对蓄电池作放电测试时, 通过测量电池两端电压可以检测出容量损失的电池。
2.2 蓄电池的内阻
蓄电池的内阻包括欧姆电阻和极化电阻, 欧姆电阻与正负极板的材料成分、电解液密度以及温度等因素有关, 而极化电阻也称为假电阻, 其值与电流强度有关, 不服从欧姆定律。蓄电池的内阻在充电后变小, 放电后变大。蓄电池的内阻为mΩ级别, 对于充满电后的100 Ah蓄电池, 其内阻通常在5 mΩ左右, 因此, 严禁将蓄电池的两极短接, 否将产生极大的短路电流。
蓄电池的内阻与其容量的关联性不强, 但是当某一蓄电池的内阻突然增大, 将预示着该电池寿命存在问题。在蓄电池串并联使用时, 要求各电池的内阻均衡性要好, 否则, 在充电时, 就会造成一部分电池过充电, 而另一部分电池处于欠充电状态, 影响电池的使用寿命。因此, 在工程安装中, 要避免将不同品牌、不同型号、不同批次的电池混用。另外, 若电池组采取并联使用, 则一般不要超过三组。
2.3 蓄电池的容量
蓄电池的容量单位为Ah, 常用的有10 h率和20 h率两种表示方式, 分别记为C10和C20, 它表示以1/10的C10和1/20的C20) A电流放电10h和20h所放出的电量。通信电源在设计上一般选用10h时率蓄电池, 而UPS电源通常采用20h率蓄电池。
蓄电池的容量与放电电流有很大关系, 放电电流大时, 放电容量就会降低;放电电流小时, 放电容量则会增大。此外, 温度对蓄电池的放电容量也有影响, 当电解液温度升高时, 放电容量增大;温度降低时, 放电容量减小。图2是某一蓄电池 (其容量为C20) 在不同放电电流下的温度与放电容量的关系曲线, 从图2可以明显地看出温度和放电率对蓄电池放电容量的影响。
在实际应用中, 蓄电池一般都是以串并联的形式组成电池组。为了获得较高的电压, 常将电池串联使用, 串联电池组的放电容量由所有电池中的最小容量确定, 如图3 (a) 所示;另一方面, 为了得到较大的放电容量, 就需要将电池并联使用, 并联电池的容量是所有电池的容量之和, 如图3 (b) 所示。
2.4 蓄电池的寿命
蓄电池在使用过程中存在两种使用方式:一类为深循环使用的电池, 如电动车蓄电池;另一类为浮充使用的“备用电源”电池, 如UPS蓄电池。循环使用的电池以循环充放电次数来表示其使用寿命, 一般寿命可达到500次以上;而浮充使用的电池, 以使用年限表示其寿命, 通常可达到6~10年。当蓄电池容量降到初期容量的60%时, 即认为寿命终止。
决定电池寿命的要素包括:产品质量、维护情况、充电管理。虽然硫酸溶液密度、极板厚度等因素对电池的寿命有很大影响, 但是这些属于产品质量, 出厂时即已确定, 用户无法改变。然而在使用过程中加强对蓄电池的运行维护, 也可以提高蓄电池的使用寿命。在众多因素中, 温度对蓄电池寿命的影响最大。经验表明, 当环境温度超过25℃后, 温度每升高10℃, 蓄电池寿命即缩短50%[4]。因此, 使用中要注意蓄电池的环境温度, 通常适宜温度为20~25℃, 见图4。
蓄电池的放电量对其寿命影响也较大, 从图5可以看出, 蓄电池屡次深度放电, 其寿命就会缩短。所以, 在工作中应避免蓄电池的深度放电, 同时减少蓄电池的放电次数。
3 蓄电池充放电管理
对铅酸蓄电池来说, 与其说是用坏的, 还不如说是被充坏的。可见, 充电管理对蓄电池的使用寿命至关重要。图6模拟了32节蓄电池串联在一起的电池组, 接在UPS上充放电时的电压电流曲线。
3.1 充电管理
蓄电池在放电后, 需要及时充电, 以尽快恢复其额定容量。通常采用恒压限流充电方式。充电之初, 因为蓄电池放电后电压较低, 所以充电电流较大。为了防止过大的充电电流损伤蓄电池, UPS充电器对其进行了限流, 一般选择限流为0.1C20A, 通常不超过0.4C20A, 故充电初期处于恒流状态 (T1阶段) 。当充入一定电量后, 蓄电池电压逐渐升高。当达到均充电压时, 再改用恒压进行充电 (T2阶段) , 均充电压通常为每节14.1 V。在恒压均充阶段, 充电电流逐渐减小, 当均充一定时间后, 蓄电池的电量基本充满。此时就要改用相对较低的恒压进行充电 (T3阶段) , 称为浮充, 也称涓流充电。浮充主要是为了弥补蓄电池的自放电引起的能量损失, 使电池一直处于完全充电状态。UPS中的蓄电池大部分时间处于浮充状态。
浮充电压的选择十分重要, 一般选择为每节13.5 V。若浮充电压过低, 则蓄电池无法完全充满电。若浮充电压过高, 则充电电流几乎都在用于电解水, 使得正极板析出氧气, 负极板析出氢气。如果生成气体的速率将超过氢氧的复合速率, 那么将导致电池内压升高, 氧气和氢气将从安全阀排出, 使得蓄电池电解液量减少或枯竭, 最终影响电池寿命。另外, 若蓄电池在封闭的环境中使用, 溢出的氧气和氢气存在触发爆炸的危险。
蓄电池的充电电压与温度也有密切的关系, 其值应根据环境温度的高低作适当修正。蓄电池的充电电压具有负温度系数, 以25℃为基准, 温度每升高1℃, 蓄电池每节的充电电压下降18~30 m V左右, 如图7所示。由于各厂家的蓄电池的差异性, 具体的充电电压和电流应以电池厂商的要求为准, 在UPS安装时, 由工程人员根据电池说明书在UPS上设定。选择的充电电压过高或者过低, 都会对UPS蓄电池造成不良影响。
3.2 放电管理
蓄电池放电时 (T4阶段) , 在放电初期, 由于电解液密度骤减, 在较短的时间内电池的端电压快速下降;在放电中期, 电池内部化学反应达到了动态平衡, 蓄电池的端电压降落速度变缓;而在放电后期, 蓄电池的电压又会快速降落, 当端电压下降到10.5 V时, 放电就要终止, 此电压定为蓄电池的放电终止电压。如果蓄电池低于终止电压后继续放电, 将会加速蓄电池的硫化, 再次充电时无法恢复到初期容量, 这就是通常所说的电池被“放亏”。蓄电池的终止电压与放电率有关, 如图8所示, 通常放电电流越大, 则终止电压越低。
为了防止过放电对蓄电池造成损坏, 应避免大电流放电, 连续放电电流应小于3C20A。另一方面, 还要避免小电流长时间放电, 因为与大电流放电相比, 小电流放电形成的Pb SO4颗粒的尺寸要大, 所以, 小电流放电形成的Pb SO4在充电时更难氧化。在相同放电深度下, 小电流放电对电池的损坏更大。通常, 蓄电池放电电流应控制在0.05~3C20A范围内。对于市电很少中断的UPS, 每年至少对UPS蓄电池进行一次放电测试, 根据电池放电时的电压降落, 排查劣化的蓄电池。同时, 经过新一轮的充放电, 使蓄电池的活性物质得到活化, 提高蓄电池的容量, 也使得电池的一致性更好。
4 UPS电池容量配置
UPS厂家通常会根据自身UPS和电池型号有各自的计算方法, 然而还有一个通用的计算方法:根据UPS预期负载求出蓄电池放电时所需提供的功率, 进而求出电池放电电流, 再根据用户需求的后备时间找出对应的电池容量系数, 最后用求出的放电电流与该容量系数相乘即可得到电池容量[5]。公式为
其中C为蓄电池容量, P为UPS预期负载, cosφ为USP输出功率因数, U为电压组端电压, k为电池容量系数。UPS预期负载通常是指UPS所能带的最大负载, 单机按带载60%~80%配置, 双机 (1+1) 冗余并机则按每台带载35%~40%配置。另外, 电池容量系数需根据放电时间查表1确定。
UPS蓄电池配置举例:某电信运营商计划安装二台80 k VA的UPS组成双机冗余并机系统, 该UPS采用12V的蓄电池, 要求停电后备时间不小于2h, 则可以按如下方法配置蓄电池:
1) 确定UPS的预期负载, 由于UPS系统为双机冗余并机, 考虑到系统可靠性, 每台UPS最大负载量为40%, 即32 k VA。
2) 确定UPS及电池的参数, 该UPS每组电池需32节, 即电池组端电压 (母线电压) 为12×32=384 V, UPS输出功率因数为0.8, UPS逆变效率约为0.85。
3) 根据式 (3) 算得每台UPS的电池容量为
所以, 每台UPS可以采用12 V、100 Ah的电池三组进行并联, 或者采用12 V、150 Ah的电池两组进行并联, 即两台UPS的电池总量为:12 V、100 Ah电池32×3×2=192节, 或者12 V、150 Ah电池32×2×2=128节。
5 总结
蓄电池在使用过程中, 需要洁净、通风的使用环境, 定期对蓄电池进行检查, 发现有灰尘时, 应用拧干的湿抺布进行清扫, 不要用香蕉水、酒精或油类进行擦拭。同时应将环境温度设定在20~25℃。蓄电池在放电时, 需控制其放电电流, 避免大电流放电或小电流长时间放电, 放电电流应控制在0.05~3C20A内。放电过后应及时充电, 充电量设定为放电量的105%~110%, 避免过充电和欠充电。总之, 加强日常维护, 可以提高UPS的可靠性, 降低通信机房电力系统的故障率。
参考文献
[1]步辉.电力通信设备电源管理及运行维护[J].中国科技信息, 2011 (10) :126-127.
[2]陈福民.新型蓄电池的发明[J].知识就是力量, 1999 (5) :34.
[3]伊晓波.铅酸蓄电池制造与过程控制[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[4]马国杰, 刘东, 金瑛.通信基站机房节能方案的实测与模拟研究[J].建筑节能, 2010 (11) :44-48.
机房蓄电池 篇5
1 传统测试维护方法及弊端
目前对蓄电池推崇的维护方法是对所有的蓄电池组严格按照维护规程进行定期的全容量放电试验, 以期确切了解各阶段蓄电池的剩余容量, 防止蓄电池的活性物质老化。全容量放电试验确实是最精确的检测蓄电池剩余容量的方法, 但也是最复杂最耗时的方法。在蓄电池组数量不断增加, 种类也比较多, 维护人员又不断精简的形势下, 这种维护方法的弊病逐步显示出来, 主要表现在:
日常只是简单的用万用表测量一下各单体的浮充电压来判断电池性能的好坏。而测量各单体电压已经被实际证明是难以判断各单体电池质量是否正常。实际情况是蓄电池组处于浮充状态时, 蓄电池的质量已经出现问题了, 它的端电压还是正常的。同时, 对于维护技术人员工作量大, 耗时耗力。
日常维护也是排查隐患而不是全程监管, 所以当发现该组蓄电池有质量问题时, 可能问题早在半年前就存在了。也就是说即使非常严格的按照维护规程进行着维护, 仍然无法确保在用蓄电池的性能良好, 保证通信网络的顺畅运行;
定期对蓄电池进行放电测试。放电测试的方法主要有两种: (1) 离线放电, 将并联系统上的电池组, 逐一脱离后, 接上智能假负载进行放电; (2) 在线试探性放电, 调整整流器输出电压到一定保护值, 让并联电池组一起对外供电。离线全容量放电测试存在严重的安全隐患问题, 操作不当会对系统供电安全造成严重的影响, 同时严重浪费能源, 而且放电结束后被测蓄电池组和系统存在巨大的压差, 回接系统相当困难且危险。而一些单位采用定期的在线试探性放电测试, 虽然这种在线试探性放电测试相比离线放电测试, 操作较简单, 也没有电能的浪费和电池组回接困难的问题。但是在线核对性放电测试是将系统电压降低, 系统上所有的电池组同时对实际负载放电, 如果市电停了, 系统上就没有满容量的电池组, 同样存在巨大的安全隐患问题。而在线核对性放电测试放电深度不够, 且放电不恒流, 不能准确的测试出蓄电池的剩余容量, 达不到检测蓄电池性能的目的, 给系统维护留下安全隐患。
2 新型维护管理体系基本思路
新型电池管理维护模式:单节电池在线养护消除硫化差异化补充能量→补充能量提升整组电池性能。让每节电池性能恢复到最佳状态。减缓电池劣化速度延长电池使用寿命。利用综合数据网通过在线监测系统全程记录电池特性变化, 从这些数据曲线可以看到电池性能是优化提升, 还是有故障隐患的端倪, 在线测试捕捉到隐患信息后主动告警, 提供准确的维护信息, 把隐患消除在萌芽状态, 实现蓄电池供电的安全可视化和智能管理。
3 UPS在线监测及远程在线充放电
本案研究实现目标如下:
(1) 提出蓄电池剩余寿命评估方法, 智能在线除硫活化, 消除电池劣化, 提升电池容量, 智能在线主动均衡, 提高单体电池均匀性, 延长蓄电池运行寿命;
(2) 开发出蓄电池远程核对性放电硬件;
(3) 开发出UPS蓄电池组现场监测硬件;
(4) 提供智能巡检及决策管理平台软件, 实时监测蓄电池组各单体性能, 将各项实时精细化网络监控, 准确甄别蓄电池组单体劣化程度, 预警劣汰单体, 预防事故, 集中管理、系统维护, 实时显示每站蓄电池组各单体状态, 以及远程监测蓄电池的运行环境与告警;
(5) 满足且不限于有远程控制蓄电池组在线放电, 进行容量核对的功能, 可通过算法分析蓄电池组剩余寿命;
(6) 通过数据变化分析判断蓄电池组的状态变化以及每支蓄电池的状态变化。
拓扑组网图为图1。
根据本方案能实现蓄电池在线网管的实时监控和充放电状态, 通过系统可快速发现劣化蓄电池, 准确甄别电池劣化程度、及时预警电池故障隐患并给出合理的维护指导建议, 将事故被动告警变为主动预警, 提高运行设备供电安全;放电、充电程序都是设定后自动完成的, 而且在所有动作完成以后, 被测电池组与用电设备之间处于正常导通状态。所以全在线测试可以大大降低维护人员的工作强度, 并提高工作效率。
4 UPS蓄电池智能在线监测维护及智能管理
蓄电池智能在线监测维护管理系统首先是解决电池的硫化问题, 电池储运过程及长期浮充导致每节电池上积淤的硫化结晶是严重的, 在线养护设备把极板上的硫化结晶在线逐渐消除, 使参与充放电的活性物增多, 等同于单节电池的内阻降低, 每节电池内阻降低电池组内阻自然降低, 整流模块因电池组内阻降低便有可能通过电池组这个大回路有效补充能量, 在线养护仪对每节电池都有独立的充电回路, 各单节电池因内阻降低差异化补充能量, 大回路和若干个小回路同时对电池补充充电的工作机理能保证每节电池处于完全充饱的荷电状态。值得一提的是常规充电对已经硫化结晶的电池无效, 本案采用以时序交叉的方式实现消除硫化和补充充电。这样的机理把在线维护设备安装前积淤的问题解决了, 且此工作机理始终处于在线工作状态, 可以有效保障电池处于最佳状态。
实时监测蓄电池组各单体性能, 将各项实时精细化网络监控。
准确甄别蓄电池组单体劣化程度, 预警劣汰单体, 预防事故。
智能在线除硫活化, 消除电池劣化, 提升电池容量。
智能在线主动均衡, 提高单体电池均匀性, 延长蓄电池运行寿命。
集中管理、系统维护, 实时显示每站蓄电池组各单体状态。
远程控制蓄电池组在线放电, 进行容量核对。
系统拓扑图为图2。
通过基于大量在线监测数据和历史数据分析运用, 建立UPS电池管理智能系统实现以下功能:
定期输出电池体检报告, 及时掌握电池运行状况;
值班员工每天在信息通信网络监控室实行远方巡检;
及时发现异常, 告警并短信通知运维人员;
实现远程在线充放电;
实现全寿命周期管理, 在可控情况下延长蓄电池使用寿命;
对不同厂家的电池建立运行数据库, 开展性价比评估;
机房环控、报警;
建立基于现代电池技术及电力系统应用要求的运行维护标准。
5 结束语
信息通信网络已成为电力企业内部的神经网络, 支撑企业正常运转和安全生产, UPS后备电源被广泛使用, 信息通信机房分布各变电站.本文着重针对传统UPS蓄电池运行维护存在的问题进行分析, 提出采用在线监测及远程充放电技术, 实现可视化管理, 建立智能管理系统, 延长蓄电池使用寿命, 提高UPS供电可靠性, 探讨建立基于现代电源技术的UPS蓄电池运行维护标准。
摘要：电力系统信息通信机房遍布各变电站、通信站、办公楼, UPS蓄电池安全可靠运行对保证电力信息通信系统正常运行非常重要, 一直以来对蓄电池维护“有心无力”, 无论是人力还是财力投入运行维护都不够, 且维护工作还停留在原始的“人扛马驮”时代, 任何检修测试都要人员去现场, 站点至各站点之间的往返交通占用大量工作时间, 维护工作效率较低;维护方式是例行检修或者事故发生后进行处理, 是被动的维护方式, 无法预判和预防;维护修基本上是靠维护人员的经验判断, 没有很好的监测手段和办法, 人为因素较大, 巡视质量参差不齐, 故障隐患难以发现, 造成事故事后方知。所以笔者所在团队出于这样的背景并对近年发生的事故进行分析, 对蓄电池在线养护及智能管理技术方案提出探讨, 并建立基于新一代电源技术的运行维护标准。
关键词：蓄电池,在线养护,远程充放电,智能管理,探讨
参考文献
[1]苗莉, 朱德庄.国外蓄电池文献摘要[J].蓄电池, 1980 (02) .