蓄电池维护以及介绍

蓄电池使用和维护指南
一概论
蓄电池是系统可靠性依赖的最后环节。

也是系统可靠性最薄弱的环节。

很多重大事故的发生都起源于蓄电池的失效。

只有重要系统才配备蓄电池后备电源系统。

虽然有的蓄电池从安装到指定退出运行期限。

好象没问题。

实际情型可能是从未使用到该电池组放电。

一旦需要蓄电池供电，而未能确认蓄电池是否能供电，那将会造成重大损失，甚至是灾难性的。

所以，对蓄电池的测试、维护、保养绝对不能掉以轻心。

二蓄电池的选择和规格
要使蓄电池系统具有较高的可靠性，首先要正确地选择蓄电池。

UPS与通讯用蓄电池在设计上就存在不同；有些蓄电池具有较好的循环特性；而湿式电池的使用寿命要比VRLA电池的使用寿命长。

在挑选电池时，了解各种蓄电池在工艺间上和使用上的差异是非常必要的。

(附录2)中简要地指出了市场上最常用蓄电池间性能上的差异。

以下是对蓄电池间差异的大致说明：
* 湿式蓄电池的可靠性要高于VRLA电池，因此可以用在要求很高的环境中。

* 如果是出于对空间的考虑而使用VRLA电池，必须有两组以上的电池并联使用，而且应计划在3-4 年(进口的5-6)间对其进行更换。

* 如果电池的循环频率较高，可考虑使用铅—锑蓄电池。

蓄电池规格在IEEE Std.485 中有相应的说明，用户在确定了系统的循环寿命后，便可以很容易地选定蓄电池的规格。

应该注意的是，在选择适合使用蓄电池的过程中，还要考虑下面的几个因素：
1、Kt–温度修正因素，使蓄电池能在预期的最低温度环境中正常工作。

2、Kd–设计余量因素，使蓄电池可以对额外增加的负载进行补偿。

3、Ka–老化因素，使蓄电池能够满足它的使用寿命。

三电池室的设计
电池室的布局及环境，会很大程度地影响系统可靠性和使用寿命。

在设计时要考虑到以下几点：
* 温度控制—高温会缩短蓄电池的使用寿命（在92℉度环境中，蓄电池的使用寿命只能达到额定寿命的一半）。

低温又会使蓄电池的容量减小（62℉环境下，蓄电池要损失大约10%的容量）。

因此，电池室的温度必须集中控制。

最高与最低的温度差应小于5 ℉否则会使电池单体的浮充电压不稳定。

* 维护用通道—电池室内必须留有过道，以供维护人员更换电池和进行清洁时使用。

如果没有留出这个通道，所有的养护工作都无法进行。

有的UPS的机柜被塞得很满确实很不应该。

由于实际上已无法接触到蓄电池的极柱端子，怎样才能做到经常性的测量蓄电池内阻？如果想到VRLA电池会在三个月或更短时间内出现性能下降，人们就会对这种做法感到害怕了。

* 安全性—安全方面要考虑的问题包括：盛酸容器、清洁用工具和眼药水的摆放，采光效果以及方便出口。

不要采用高于两层的电池架。

四验收及储存
用户必须按照正确的程序验收和储存蓄电池，以确保安装和使用时的质量。

以下是三个最重要的步骤：* 损坏检查▬在蓄电池交货后，要立即进行检查。

以便用户能对迅速掌握损坏或部件缺失的情况。

因为如果反映问题的时间太迟，不仅会加重损失，而且向厂商或供货公司索赔也会很困难。

如果湿式电池在运输过程中发生电解液流失，而裸露的极板又得不到及时覆盖，会导致这部分的极板因硫化作用而永久损坏。

在完成上述检查已后，才可进行安装，完成安装后，进行充电。

充满电后再浮充72 个小时，然后作完整容量测试。

如果通过容量测试，蓄电池验收才算完毕。

验收完毕后，蓄电池必须再充满电，浮充72 个小时后，测其内阻，作为以后判别其性能的基值。

如果内阻值都在平均值的±5%，则视为阻值匹配。

超过平均值5%的蓄电池最好要求供应商更换。

因为内阻值相差太多的蓄电池组寿命会受到影响。

* 储存处应凉爽干燥▬高温和较快的自放电率会使蓄电池的内耗增加。

* 如果必须充电▬如果蓄电池的储存时间已超过六个月用户还不对它们进行升压充电，那么多数的生产商所做的保证都将无法实现，如果蓄电池的储存在高温（92℉）环境中，这个时间将变为三个月。

在现实当中，没有妥善保存蓄电池的数量多得令人惊讶。

在前几年，人们建立了大量的蜂窝式通讯基站，却没有人对蓄电池可以储存多久这个问题做跟踪了解。

结果，有许多的蓄电池因储存得太久而不能使用，再加上无法对已经使用的那部分电池进行测试，因此，在发生情况之前，没有人知道有关站点内的情况。

五安装
安装也是一个重要的步骤。

因为这项工作好坏，会影响电池系统运行的可靠性。

多数的用户没有意识到蓄电池的安装工作，应该是由培训过的人员来完成。

许多蓄电池的损坏，都是由于安装人员缺乏经验所造成的。

在没有认识到这个问题的情况下，甚至连一些著名的电器安装承包商也经常会犯类似的错误。

以下是安装过程中会经常出现的一些损坏情况：
* 极柱密封发生泄露▬这个问题的原因，可能是在搬运电池时提拉极柱；或者是安装电池间连接器前，单体的排列不整齐所致。

由于电池被拉进安装位置，使电池间连接器处于绷紧状态，从而使极柱和密封件之间发生挤压。

极柱密封发生的泄露必然会导致电池间连接器发生腐蚀。

* 外壳损坏▬这是由于使用了未经认可的化学材料造成的。

有些人员为了电池安装上的便利，使用了油基润滑脂。

安装完毕后，再使用成份不明化合物清洗蓄电池，由于许多化合物会侵蚀壳体材料。

因此，造成了蓄电池外壳破裂和电解液的泄露。

* 湿式电池的浮充电压▬在搬运过程中，会有部分的电解液外溢，因此要补充一些纯水。

在这种情况下，电解液的比重产生了变化，所以蓄电池的浮充电压也受到了一定的影响。

* VRLA电池的失水▬这是在使用时过度充电造成的。

许多用户不知道VRLA电池与湿式电池充电特性有所不同，错误的对VRLA电池使用湿式电池的充电方式。

六维护
蓄电池的维护要求在IEEE 文件450（开口式电池）和1188（VRLA电池）中有清楚的说明，而且要由熟练人员按照标准上的要求来执行。

任何严格执行IEEE标准的用户，都会有一个可靠的后备电池系统。

（附录1）列出一般维护的细节和项目。

维护工作中所牵涉到的最大问题就是人员安全，尤其是UPS 中的高压电池。

不甚了解欧姆定律的不熟练人员，是不能从事高压蓄电池方面工作的。

近几年来，人身安全已经成为节约几个美金的牺牲品。

许多新安装的UPS 系统使用了未经隔离变压器。

这样会在电池串中每一个极柱端子上，产生一个对地的交流高压。

再加上实际上已知没有更多的空间去接近极柱端子，因此UPS 机柜内的安装工作是极其危险的。

维护程序必须使用统一的数据测量和记录方法，以便能对蓄电池做进一步的分析同时又可以用这些数据找出存在的问题，并且推测出应被替换的电池。

有些蓄电池的使用者出于某种考虑，将维护工作承包给一些想象上的专门公司。

不幸的是，由于这方面的业务没有许可证要求，因此要挑选一个有资格的公司是很困难的。

而电池维护的项目合约决不能由一个低水平的投标者获得。

因此，在雇佣这些公司之前，应对他们进行调查，并了解他们经过哪种的培训，还要询问他们使用哪类设备，以及会得出什么类型的报告，最重要的是，由什么人来分析数据并确定适当的修正行动。

令我们担心的另一个问题，是那些将电池维护工作发包出去的用户。

他们错误地以为承包商会负责到底。

有些水平较低的公司只能采集一些数据，并且将这些数据展示给他们顾客，不能给出任何的分析和建议。

我们已经认识到多年所积累的数据价值，借助于这些数据，可以在用户没有得到任何故障报告的情况下，使系统存在的问题变得明显。

服务公司与用户间典型的错误沟通表现为：服务公司认为用户能够理解并解释他们的数据，而用户又以为服务公司会在有问题时通知他们。

七维护上的差别
前面提到的IEEE 标准清楚地说明了每种蓄电池的特殊要求，不过在维护上还是有一些具体的差别：*VRLA电池比开口式蓄电池需要更多的维护。

*VRLA电池会在没有更多迹象的情况下，短时间内出现失效。

因此，每季度都要以测量内阻的形式，对VRLA电池进行整体测试。

* VRLA电池应每年做一次负载测试，湿式电池应2年进行一次。

* 开口式蓄电池需要定期加水；典型的铅▬钙要每年加一次水。

* 由于电解液的比重不同，因此不同类型的蓄电池所要求的浮充电压也有差别。

八测试
要想知道一个蓄电池系统是否能发挥作用，只有用以下几种方法对它进行测试：
* 容量测试▬因为这是基于正规的理论所进行的测试，而且能确定蓄电池在寿命周期中所处的位置，所以是最理想的方法。

新安装的系统必须将容量测试作为验收测试的一部分。

* 掉电测试▬这种方法是用实际的负载来测试蓄电池系统。

通过测试的结果，可以计算出一个客观准确的蓄电池容量。

建议在测试时，尽可能地接近或满足时间要求。

注：如果一个使用VRLA电池的系统，在加载后无法保持原来的电压，应考虑对它做全面测试。

VRLA电池加入负载后，出现局部“干涸”属正常现象，但是如果端子上的电压出现迅速下降，则说明“燃料”已耗尽，蓄电池已无法支持系统的正常运作。

* 测量内部欧姆电阻▬就是测量蓄电池的内阻。

内阻是电池状态的最佳指示器。

这种测试方法虽然没有负载测试那样100%绝对，但测量内阻至少能检测出95%以上有问题的蓄电池。

在必要情况下，负载测试是确定蓄电池性能的最好办法，但是进行测试所需的费用非常昂贵。

测试内阻则是一个相对合理的折中方案，根据这个方案，VRLA应在每各季度测量一次内阻，而湿式蓄电池至少每年测试一次内阻。

此外，单纯地依靠测量电压来判断蓄电池的好坏是很不可取的。

要想使蓄电池系统达到很高的可靠性。

应该从购买适用的蓄电池开始，还要确保它们能被正确的储存和安装，并且按IEEE标准中的指引来维护和测试蓄电池。

配置一个永久安装的监示器，将为系统的可靠性提供最大程度的保障。

附录 1
一般维护的细节和项目
一日常检查内容
蓄电池每周应检查下列项目：
1 清除表面尘埃。

（需用不脱毛软布或其他类似材料）
2 检查连接处有无松动、发热和腐蚀现象。

（及时清理，作好防锈措施）
3 电池壳体有无渗漏和变形。

4 极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出。

（密封阀控电池）
5 电池液液位高度。

（湿式开口电池，及时补液）
6 电池组浮充电压。

7 每个单体浮充电压。

对低于2.18V时，应对该电池进行均衡充电。

8 每天检查环境温度，及时调整浮充电压。

最好使用带有自动温度补偿的电源。

下表是环境温度和浮充电压对应参考表（准确数据参考电池生产商提供的数据）
环境温度和浮充电压对应表
二季检和年检
1 蓄电池内阻和单体（模块）之间连接电阻
对于密封阀控电池，应每季度测一次内阻和连接电阻；对于湿式开口电池，应每半年测一次内阻和连接电阻，并测其电池液比重。

对阀控电池使用 4 年以上，开口电池使用8 年以上的，应将测试周期缩短一半。

对本次测量的阻值明显高于上一次或接近失效判定值（接近基值1.25倍时）时，测试周期应缩短为原来的一半或1/4。

对于整组电池的内阻平均值接近、达到或超过基值时，应做整组完整容量测试或掉电测试。

对于内阻接
近、达到或超过基值时，应做该单体的充放电测试（活化测试）。

当单体内阻值超过基值50%以上时，应毫不犹豫地更换该电池。

对无条件作容量测试或活化测试时，在系统安全条件许可下，利用系统作短时间（半小时左右）的充放电实验，再次测量其内阻，如超过失效限值，则应更换该电池。

如无条件作上述测试，应立即更换内阻达到或超过失效值的单体。

更换电池时要考虑内阻匹配的原则在更换电池数较多（总数10%以上），而未能找到内阻较好匹配的电池时，应该考虑更换整组电池。

2 容量测试
密封阀控电池至少每年，湿式电池每两年要做一次完整容量测试或深度放电测试。

对整组内阻平均值等于或超过失效限值时，须做完整容量测试。

对单体的内阻等于或大于失效限值时，必要做单体容量及活化。

附录 2
市场上最常见蓄电池性能一览表
附录 3
用内阻预测电池的性能原著: Glenn Alber
预测一个电池系统是否会实现它预定的后备支持作用，或许不是电池用户所面临的主要挑战。

在今天，很少有电池用户对自己的备用电源系统有绝对的信心。

又有哪个UPS或电讯公司的操作管理人员敢故意断开总的电源，来测试一下他们的后备电源系统！
自从使用了阀控铅酸电池（VRLA）后，对于电池系统缺乏信心的人士又有相当的增加。

免维护的奇迹以及承诺二十年的使用寿命，使很多用户感到十分惊讶，因为一般的电池在使用了3 - 4年后就会出现故障，几乎没有使用寿命超过六年的电池。

测试方法
以当今的技术水平，人们不应对自己的电源系统完全失去信心。

使用测试设备和相应的程序能精确地判断电池在紧急状态下的表现。

但是，大多数电池用户认为进行这种类型的测试是既复杂又费钱的工作。

负载测试
对整串电池进行负载测试是验证电池性能最可靠的方法。

整个过程应由自动测试设备来进行，测试设备应能在匹配一般的可控负载的情况下，对由于负载电流的作用而产生的所有电池单体的数据进行记录。

通过这类负载测试，可对电池系统进行100% 的全面检查，同时区分出电池或外部传导途径的各种问题。

电阻测试
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。

了解电池的内阻
要了解为什么内阻是电池状态的最佳标志，清楚以下几点是很重要的：
* 电池的内部结构模型
* 如何测量电池的内阻
* 电池的内阻会受什么参数影响
* 电池的什么问题可以被检测出来
电池的内部参数
电流在电池内部的传导包括了金属或欧姆路径以及电化学路径，如图1所示。

欧姆路径又包括了极柱、汇流排、板栅以及板栅与涂膏间的电阻，电化学路径包括了涂膏、电解质和隔膜的电阻。

并联的极板与它们之间的介电物质构成电容C P电容的大小根据电池的设计情况而不同，一般是每100安时容量为1.3到1.7法拉。

由于目前使用的电池设备的频率范围很低，因此电池的电感可以忽略不计。

进一步的研究等效电路，可明显地观察到与RE（电化学电阻）做有效并连的容抗X C，由于较大的电
容所产生的阻抗掩盖了这部分传导路径所发生的变化，而这个路径恰好包含了储存能量的涂膏和电解质。

图1
由于内部电路的电阻对电池的容量或性能的影响，所以必须测量这个重要的参数。

如何进行测量
当前的测量仪器采用的是交流注入或瞬间负载测试（直流测量）两种方法。

使用交流注入的仪器（如测量阻抗或电导的仪表）在测量时会对电池施加一个交流的测试信号，然后再测出相应的电压和电流。

阻抗的读数V/I会随频率而变化，而容抗X C也会使电化学电阻RE变得更小。

采用交流方式的仪器存在着易受充电器纹波电流和其它噪声源干扰的问题。

有些设备不能在线（连接充电器和负载，并处于浮充状态）对电池进行测试。

使用频率为60Hz或50Hz的交流测试电流更不可取，因为这是充电器纹波和噪声源的主要频率。

而在大型UPS电池组上出现大于30A的RMS纹波电流也不是稀奇的事情。

使用直流负载测试仪器来测量电阻，方法是由电池组产生一个瞬间负载电流，然后测出电池极柱上电压的瞬间变化。

(图2)中描述了电池在接通一个负载后几秒钟内所发生的变化。

通过负载接通时的瞬间电压降和断开负载时的瞬间电压恢复便可推导出相应的内阻。

测量电阻的仪表如Albercorp的CELLCORDER会在负载断开前读取电流和电池电压然后再测量
电池的恢复电压最后便可以很容易地得出电池的内阻即RCELL=V/I当今的A/D转换器能在有效地测量直流参数的同时将流经电池的交流信号忽略掉因此这种类型的仪器甚至可在高噪声的环境下对电池进行在线测试
影响电池内阻的参数
以下是影响电池内阻的最常见因素
腐蚀由于汇流排和板栅遭到腐蚀造成了金属路径变窄而使电池的内阻增加
板栅蠕变由于腐蚀及电池的老化产生的板栅蠕变会造成活性物质涂膏从板栅结构上松脱从而
导致连接上出现较高的电阻问题
硫化由于部分活性材料变成硫化铅使涂膏的电阻增加
干涸只有VRLA阀控铅酸电池才会出现这种情况最后造成传导路径与邻近的板栅完全断开
制造制造上的缺陷如铸铅及涂膏都会造成较高的金属电阻和容量的问题充电状态在完全相
同的环境下用各种方式放掉电池20%的电量只会对电池的内阻产生非常小的影响在实际的测试中
以一个较低的速率放掉电池电量的20%观察到电池内阻只有不到3%的变化
温度华氏102度的高温对电池内阻的影响很小小于2% 低温会对内阻有一些影响不过在电解
质温度不低于华氏65度的情况下温度电池内阻的影响是非常微弱的
能够检测的问题
差不多所有影响电池性能的问题都可以被检测出来这些问题被划分为金属和电化学问题图 3 图4
及图5中清楚地说明了这些问题对电池性能的影响
图3是典型的电池放电曲线请留意因为电池的内阻而造成的瞬间电压降电压指数下降及随后的恢
复过程中会出现骤然下落再逐渐回升的现象一但电压稳定下来后便可由前面提到的电化学作用进行维持即通过活性材料与酸的反应来提供电能
图4是相同的电池以同样的放电速率进行测试的曲线但有一个是内部金属路径存在较高电阻的情况假定汇流排与板栅间的铸铅不好或者一个六伏的模块内部相邻的电池间连接不好
从图上可以清楚地看到由于较高的电池内阻而导致容量的减小放电电流越高电池的内部电压降就
越高而电池的容量就越低
图5中的情况与图3一样但是电化学路径中存在问题涂膏电解质或隔膜有问题在这个图中也
可以看到由于储能物质的影响而导致电池容量的减少注意正是这个原因使电池的初始电压受到一些的抑制
由于在充电时会发生爆炸因此金属电阻问题是最大的潜在危险这类问题也会导致总线电压的瞬
间下降或完全中断造成系统在没有警告的情况下关闭
电化学问题会影响电池的容量同时也影响到了系统的工作时间涂膏和电解质的电阻只占全部内阻
很小部分的百分比说明了在它对总电阻产生影响之前这部分传导路径已发生了实际变化
幸运的是由于电池的老化涂膏和涂膏与板栅间的电阻也同时增加因此正常的老化问题可以轻易
的被检测出来
一般经验
现在Albercorp从测试设备用户处收集到许多的测试数据并将他们的发现做为报告发表出来迄今
为止可以得出这样的结果即所有内阻高于基准值25%的电池将无法通过容量的测试这一观点已在各
种情况下得到确认测试结果也显示出湿式电池是整组出现一致的退化现象而VRLA电池则存在着个体
间的差异对于一个使用了三到四年的旧电池串来说其电池的内阻值出现高于基准值0到100%的现象也
是不奇怪的
如何将维护程序与内阻测量相配合
当测量到的内阻显示出电池的潜在容量问题时必须选择下面的一个选项来进行处理
1 无须进行进一步的测试便更换整串或某个电池
2 使用容量测试仪逐一测量电池然后按高于或低于80%容量做为更换电池的标准
3 对整串电池做容量测试同时将低于额定容量80%的电池更换掉注意如果在一串电池中有
两个以上的电池不能通过容量测试则要考虑更换整串电池
具体采用哪个选项要从经济性和系统的可靠性上考虑如果只考虑可靠性应采用选项3 选项1
是最经济的方法尤其是对小型的应用系统和寿命较短的VRLA
特别推荐的内阻和容量测试
对所有新安装完的电池串进行容量测试做为电池系统验收测试的一部分
湿式电池要每年做一次内阻测试而VRLA则要每季度进行一次内阻测试
为正在使用的所有类型电池建立基准值最好是在100%容量下测出的内阻值Albercorp拥有一个基
准值数据库可以为用户提供相应的数据。