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蓄电池工作原理
发布日期: 2021-12-01
阅读数: 32

在数据中心和通信行业,将使用许多蓄电池。这蓄电池可作为交流不间断电源系统和DC供电系统的备用电源,作为油机的启动电源,作为高压配电系统的DC操作控制电源。当外部交流电源突然中断时,蓄电池作为系统电源的后备保护,将继续为负载供电,从而保证数据中心设备的正常工作。

I. 铅酸蓄电池结构

蓄电池主要由正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽和安全阀等组成。结构如下图1所示。

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                                                  图1 蓄电池结构

二、铅酸蓄电池的工作原理

“双极硫酸盐化理论”最能解释铅酸蓄电池的工作原理。当铅酸蓄电池放电时,其正负极的活性物质变成硫酸铅(PbSO4),充电后恢复原状,即阳极变成二氧化铅(PbO2),阴极变成海绵铅(Pb)。如下图2所示。

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图2 蓄电池工作原理

2.1蓄电池放电

电流通过外部电路从阳极流向阴极,然后通过内部电路从阴极流向阳极。电池向外部电路输送电流的过程称为电池放电。图3。

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图3 蓄电池放电

在放电过程中,两极的活性物质逐渐被消耗,正极二氧化铅(PbO2)和负极铅(Pb)的放电过程中,两极产生硫酸铅。随着连续放电,硫酸逐渐消耗,同时产生水,电解液浓度逐渐降低。图4(硫酸铅)。

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图4 蓄电池放电过程

2.2蓄电池充电

放电后,向外部DC电源注入适当的反向电流,利用该反向电流还原活性物质的过程称为充电。铅酸蓄电池的充电反应是放电反应的逆反应。正负极板上的硫酸铅分别变成二氧化铅和海绵铅。电解液中的水分子不断消耗,硫酸分子不断生成,电解液的密度不断增加,如图5所示。

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图5 蓄电池充电

三.蓄电池组件

将正极板、隔板和负极压紧在一起后,放入电池盒内,连接两极,安装盖板和安全阀,然后注入稀硫酸,形成电池,如图6所示。

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图6电池组件

电池在使用中,当电池实际放电容量低于额定容量的80%时,则认为电池失效或寿命终止。典型的失效模式有:电池失水、硫酸盐化、栅极腐蚀、正极板腐蚀、泥浆脱落等。,这将导致电池容量下降或过早失效。

4.1脱水和干燥

电池充电后期有副反应,电解水反应导致气体析出;格栅腐蚀消耗水;自放电消耗水;当水分流失到一定程度时,内阻增大,电池容量减小,如图7所示。

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图7电解质浓度导致容量降低。

电池失水原因:充电电压过高;充电电流大;电池内部温度高;作业环境温度高;电池密封不良(安全阀、端子、槽盖);外壳裂纹等。;

4.2泄漏

电池组内有液体泄漏,如液体溢出或安全阀、极、槽盖内有白色晶体堆积,如图8所示。泄漏通过外壳流向电池架和下电池,造成电池架腐蚀,甚至下电池短路,引发火灾和爆炸。

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图8电池泄漏

主要原因是:热封和胶封技术差;安装和搬运过程中发生碰撞,导致电池密封性能受损。中国电信在施工规范和维护规定中明确要求:新安装的电池必须铺设电池缓冲绝缘垫,电池室内应安装早期烟雾报警器。

4.3硫化(负极板盐化)

当蓄电池经常欠充或过放时,负极板表面附着一层白色硬硫酸铅晶体,充电后仍不能转化为活性物质,导致电池容量下降。这种现象简称为“不可逆硫酸化”或“硫化”,如图9所示。

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图9平板硫化

硫化原因:长时间充放电后蓄电池未及时充入,部分PbSO4溶解析出结晶在板上形成硫化;电解液液面过低,使极板上部与空气接触,氧化后硫化;长期过放电或低电流深度放电会在极板深处的活性物质孔隙中形成PbSO4。

4.4板腐蚀

电池极板的腐蚀导致电池失效。

电网腐蚀因素:参数设置不合理,充电电压过高,电池过充,电网腐蚀速度较快。如果电池的环境温度过高,腐蚀速度会加快。电解液密度越高,栅极腐蚀速度越快。格栅合金材料不纯,或铸造工艺不合理,格栅有气孔。格栅厚度设计过薄,设计格栅厚度应高于3.0 mm

4.5热失控

电池工作环境温度过高或充电电压过高,未配置温度补偿功能。蓄电池内部温度升高,电池内阻降低,充电电流再次增大,电池内阻进一步降低,形成恶性循环。图10是蓄电池机房空调长期故障引发火灾的案例。

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图10空调故障引起的电池热失控

电池热失控的原因:环境温度高;电池参数设置不合理导致电池过充。安全阀故障,电池内部压力过大。安装电池时,中间需要一个预冷散热通道,最小不得小于10毫米。

4.6正极板被磨掉。

污泥形成的原因:电池在充放电过程中,正极活性物质在二氧化铅和硫酸铅之间转化。正极反应物的体积发生变化,硫酸铅的体积是二氧化铅的2.68倍。阴极活性物质是一种非常坚硬的网络结构,阴极活性物质的体积不断地反复收缩和膨胀,使得二氧化铅颗粒之间的相互结合逐渐减弱,导致阴极活性物质的污泥化。

影响因素:频繁放电加速正极活性物质的体积膨胀和收缩,导致电池极板快速软化。参数设置不合理,电池过充或过放,正极活性物质体积变化过大,活性物质软化速度加快,早期失效。

动词 (verb的缩写)阀门控制蓄电池的注意事项和使用寿命

蓄电池使用维护注意“三防一及时”:防高温、防过放、防过充、及时充电。中国电信规定,在正常使用和维护条件下,设备的有效使用寿命应满足下表1的要求:

1.png表1 VRLA电池的使用寿命

同时要求:已超过有效使用年限的蓄电池应退出A、B类机房。对于已超过有效使用年限的设备,经检测评估,性能仍处于良好状态,符合运行质量要求,有使用价值的设备经主管部门批准,可继续使用。但是,应增加维护和检查的频率,以便及时发现设备的劣化和变化。性能指标达不到要求的设备应报废并退出网络。


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