法國SAPHIR蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)簡介
隨著經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備的供電要求越來越高，生活的環(huán)保要求也越來越高;有大量的設(shè)備和裝備都必須保證不間斷供電，一些以內(nèi)燃機(jī)為動力的設(shè)備和裝備改為電力驅(qū)動的進(jìn)程正在不斷加速，因此需要大量使用蓄電池組。以中國移動通信行業(yè)為例，基站、機(jī)房和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，共使用蓄電池在5000萬節(jié)以上。
但由于受蓄電池的特性和目前維護(hù)手段的限制，使得蓄電池組的實際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于廠家承諾使用壽命。蓄電池廠家的承諾使用壽命一般為12～20年，而實際使用壽命往往只有承諾使用壽命的10-30%，絕大多數(shù)在20%左右。
蓄電池組使用壽命短，給系統(tǒng)供電構(gòu)成了重大的安全隱患，同時形成了大量的蓄電池提前報廢，造成了巨大的資源浪費、資金浪費和嚴(yán)重的環(huán)境污染。
造成蓄電池組實際使用壽命如此之短的原因是多方面的，有設(shè)計問題，有材料問題，有生產(chǎn)質(zhì)量問題，但這些問題都是承諾壽命之前的事，而比承諾壽命還短得多的原因主要是維護(hù)管理造成的。主要有四個方面，即過充、欠充、過放和環(huán)境溫度影響。
二、影響蓄電池組使用壽命的主要原因
1、過充電
鉛酸蓄電池浮充電壓一般為2.25V/25℃(以2V電池為例)根據(jù)各廠家的設(shè)計和生產(chǎn)工藝不同而稍有不同，超過此值即為過充。
過充影響蓄電池使用壽命可從三個方面認(rèn)識，即
? 過充使得正極氧析出增加而形成氣泡，氣泡強(qiáng)力沖擊二氧化鉛，使得活性物質(zhì)與板柵結(jié)合力變差，甚至脫落。
? 過充析氧分解的是水，因此氫離子濃度增加，從而加速了板柵腐蝕。
? 過充造成蓄電池內(nèi)部壓強(qiáng)增加，從而會有氣體從安全閥逸出，造成蓄電池失水。
國內(nèi)外蓄電池研究者和使用者都對過充對蓄電池使用壽命的影響做了大量研究，研究表明，過充5%，持續(xù)工作120天，鉛酸蓄電池使用壽命減少50%。
2、欠充電
欠充會在負(fù)極產(chǎn)生難以還原的硫酸鹽。
3、過放電
過放電會在極板表面形成大顆粒的硫酸鉛結(jié)晶，降低極板活性物質(zhì)的孔率，使陰極硫酸鹽化，致使蓄電池內(nèi)阻增加。
4、環(huán)境溫度
蓄電池要保持的荷電狀態(tài)，事實上是保持蓄電池內(nèi)部一個理想的化學(xué)活性，它是由電壓和溫度共同確定的，比如說2.25V/25℃(以2V電池為例)，表示的就是一個理想的化學(xué)活性，保持25℃電壓高于2.25V是過充，電壓低于2.25V是欠充。而保持電壓為2.25V，溫度高于25℃就是過充，溫度低于25℃就是欠充。
國內(nèi)外研究表明，保持電壓不變，在25℃環(huán)境溫度之上，溫度每增加1℃，蓄電池容量約減小5%，在25℃環(huán)境溫度之下，溫度每降低1℃，蓄電池容量約減小1%。
三、蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)原理
針對如上影響蓄電池使用壽命主要原因的分析，各行各業(yè)對蓄電池工作環(huán)境，特別是環(huán)境溫度都有嚴(yán)格規(guī)定，對充電器輸出電壓和溫度補(bǔ)償都有嚴(yán)格要求，并規(guī)定要有蓄電池組過放電保護(hù)。
但是這些措施只解決了溫度影響和過放電保護(hù)，以及解決了電池組的過充欠充問題，但是即使保證了蓄電池組的充電電壓和浮充電壓，仍然解決不了蓄電池組個別電池的過欠充問題，原因主要有兩個方面。
1、蓄電池組中每節(jié)電池的容量不一致
一組蓄電池每節(jié)電池的容量完全一致是不可能的，那么在充電時，容量較大的電池電壓就較低，容量較小的電池電壓就較高，電壓較高的電池就處于過充狀態(tài)，電壓較低的電池就處于欠充狀態(tài)。
2、蓄電池組中每節(jié)電池的自放電不一致
一組蓄電池每節(jié)電池的自放電完全一致也是不可能的，在浮充工作時，自放電大的電池電壓越來越低，進(jìn)入欠充狀態(tài)，自放電小的電池電壓越來越高，進(jìn)入過充狀態(tài)。
鉛酸蓄電池組的應(yīng)用已有百年之久，許多問題已得到重視和解決，比如溫度控制和補(bǔ)充，過放電保護(hù)等。但是，因為蓄電池組各節(jié)電池容量不一致和自放電不一致引起的電池過欠充問題，雖已為人們認(rèn)識到，但至今沒有有效的解決辦法，成了世界難題。
要解決這些問題，就是要想辦法使得蓄電池組每節(jié)電池電壓一致。這是蓄電池組使用者不懈的追求。
早在使用開口式鉛酸蓄電池年代，人們就認(rèn)識到了要保持蓄電池組各節(jié)電池電壓一致的重要性，因此經(jīng)常檢測各節(jié)蓄電池的電壓，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池電壓高于平均電壓一定值就單獨給它放電，發(fā)現(xiàn)某節(jié)電池電壓低于平均電壓一定值就單獨給它充電，并經(jīng)常檢測電池電解液濃度，不時的調(diào)節(jié)，使之保持在期望值范圍內(nèi)。
上世紀(jì)50年代，世界上出現(xiàn)了密封式鉛酸蓄電池，80年代得到了飛速發(fā)展，1988年閥控式密封鉛酸蓄電池進(jìn)入我國。
閥控式密封蓄電池，有人也叫它免維護(hù)蓄電池，免在哪里，只免在電解液濃度調(diào)節(jié)，這種電池是貧液電池，維護(hù)得好電解液濃度是不需要調(diào)節(jié)的，因為是密封的，所以也調(diào)節(jié)不了。但其它維護(hù)工作是一定不能免的。
為了追求蓄電池組電池電壓的平衡，很多使用者還堅持著定時檢測和單獨充放電維護(hù)工作，做得好的(目前國內(nèi)人工檢測最小時間間隔是8小時)，蓄電池組使用壽命達(dá)到了廠家承諾壽命的80%以上。另外，現(xiàn)在世界范圍常用的一種自動維護(hù)技術(shù)是均衡充電，但是這是一種沒有辦法的辦法，甚至于可以說是一種錯誤的辦法。它是將整組蓄電池電壓提高，讓已經(jīng)過充的電池進(jìn)一步過充，使得它的漏電流增大，把欠充的電池的電壓稍微向上拉一些，這是犧牲一些電池的壽命來彌補(bǔ)另一些電池的壽命。
當(dāng)然，均充工作還有另外一個作用，就是活化作用，防止蓄電池組長期浮充。但是，這項工作完全可以用其它方法解決。
諸如以上問題，迫切需要一套科學(xué)的方法和先進(jìn)的技術(shù)來解決，蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)應(yīng)運而生。
這套蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)，主要是在每節(jié)電池上裝一個維護(hù)模塊，該維護(hù)模塊檢測到自身對應(yīng)的電池的電壓，并與本蓄電池組的平均電壓比較，當(dāng)測得的電池電壓高于平均電壓時就對這節(jié)電池進(jìn)行放電，當(dāng)測得的電池電壓低于平均電壓時就對這節(jié)電池進(jìn)行充電，最終獲得整組電池電壓的均衡。
該電池組在線維護(hù)系統(tǒng)，同時據(jù)有蓄電池組在線監(jiān)測功能和蓄電池在線實時維護(hù)功能，從而徹底解決了蓄電池組因單體電池之間的容量和自放電不一致造成的蓄電池組電池電壓不平衡問題，防止了蓄電池組浮充工作時的過欠充。
從前面的分析可見，該系統(tǒng)的工作原理，事實上是人工維護(hù)的設(shè)備化。由人工維護(hù)對延長蓄電池組使用壽命的作用，可見該系統(tǒng)對延長蓄電池組使用壽命的有效性。而且，該系統(tǒng)與人工維護(hù)相比，據(jù)有本質(zhì)上的進(jìn)步，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
? 實時性
人工檢測和維護(hù)是不及時的，目前國內(nèi)人工檢測最小時間間隔是8小時，一般是數(shù)日或數(shù)周。而該系統(tǒng)是時時刻刻在檢測和維護(hù)。
? 精確性
人工維護(hù)不可能是很精確的，一般至少不平衡度達(dá)到幾十甚至于到達(dá)上百毫伏才進(jìn)行充放電維護(hù)。而該系統(tǒng)，可以在不平衡度為幾個毫伏就進(jìn)行維護(hù)。
? 精細(xì)性
人工維護(hù)在充放電時，一般都是大電流充放電，而該系統(tǒng)是小電流充放電。
? 安全性
人工維護(hù)不可避免的會存在失誤的不安全隱患，而該系統(tǒng)是完全自動化無人干預(yù)的，安全性得到了大大的提高。
四、蓄電池組在線維護(hù)系統(tǒng)簡介
1、系統(tǒng)組成
該電池組在線維護(hù)系統(tǒng)由主機(jī)、單體電池維護(hù)模塊、蓄電池組總電壓變送器、充放電電流變送器組成，如圖1所示。其中，單體電池維護(hù)模塊完成對單體電池電壓和溫度(可選配)信號的檢測，通過總線傳送到主機(jī)，并根據(jù)主機(jī)下達(dá)的命令對單體電池進(jìn)行在線充放電維護(hù)。
主機(jī)采用19英寸2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，240×64大屏液晶顯示，單體電池維護(hù)模塊不到煙盒大小，便于現(xiàn)場安裝。在工程施工中無須將許多單體電池電壓信號線引入主機(jī)，從而大幅度降低系統(tǒng)安全隱患。蓄電池組總電壓變送器、充放電電流變送器均采用隔離設(shè)計，從而保證進(jìn)入主機(jī)的都是安全的弱電信號，進(jìn)一步提高整個蓄電池系統(tǒng)的安全性和可靠性。
其中，主機(jī)有400V(用于UPS系統(tǒng))、220V(用于電力操作系統(tǒng))、48V(用于程控交換機(jī)系統(tǒng))三種型號;模塊有2V、12V兩種型號;用戶可以根據(jù)自己的需要選擇模塊類型和數(shù)量，組合出多種蓄電池組監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)
2.主要功能特點：
? 在線監(jiān)測每只單體電池的電壓和溫度，以及電池組總電壓;
? 自動對電壓超出設(shè)定范圍的單體電池進(jìn)行在線充/放電維護(hù)，消除蓄電池自放電影響，保證蓄電池組容量長期穩(wěn)定;
? 自動記錄在線充/放電維護(hù)的起始時間，及期間充/放電的容量;
? 可擴(kuò)展蓄電池組容量在線監(jiān)測功能;
? 240×64液晶顯示，可實時顯示單體電壓、溫度分布曲線;
? 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少安全隱患、提高施工速度、節(jié)約工程費用;
? 每臺主機(jī)最多可同時維護(hù)同組128只單體電池;
? 提供RS232或者RS485通訊接口;
? 對所有監(jiān)測信號超限做出告警，用戶可自行設(shè)定各種參數(shù)的告警門限;
? 告警信息可通過通訊接口輸出，重要告警可以通過干接點輸出;
3.技術(shù)條件
? 供電電壓：
主機(jī)：36Vdc～72Vdc，176Vac～264Vac可選;
模塊：20V～24Vdc(主機(jī)提供，待機(jī)≤25mA，充電≤100mA);
? 工作溫度：-20℃～40℃
? 相對濕度：?90%(40℃±2℃)
? 大氣壓力：86 kpa～106 kpa
4.技術(shù)指標(biāo)：
? 電池組總電壓檢測精度：±0.2%
? 單體電池電壓檢測精度：
12V單體電池：±20mV(9V～15V);
2V單體電池：±5mV(1.5V～2.5V);
? 電池電流檢測精度：±5%;
? 電池溫度檢測精度：±2℃(0℃～70℃)
? 蓄電池組容量：±5%;
? 模塊在線充電電流：0～200mA自適應(yīng);
? 模塊在線放電電流：≤100mA;
? 模塊之間隔離電壓：2500Vdc。
5.外形尺寸：
主機(jī)：19英寸2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱;
模塊：84mm×47mm×23mm(長、寬、高)。
五、蓄電池在線維護(hù)的意義
1、提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果
蓄電池在線維護(hù)系統(tǒng)，為蓄電池維護(hù)提供了一種全新的維護(hù)手段和方案，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對蓄電池組的在線自動維護(hù)，可完全免除通過人工方式對每只單體電池進(jìn)行端電壓測量的繁瑣工作和對個別落后或超前電池進(jìn)行在線或離線維護(hù)的工作量，進(jìn)而降低維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果。使蓄電池的維護(hù)由目前的粗放、滯后型的人工維護(hù)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r、在線、自動、精細(xì)的維護(hù)模式，這無疑會大大提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果。
2、保證設(shè)備用電安全，提高服務(wù)質(zhì)量
供電系統(tǒng)的正常運行是數(shù)據(jù)安全存儲和通信暢通的基礎(chǔ)和保證，在直流不間斷供電系統(tǒng)中，整流器是心臟，而蓄電池則是不間斷供電的基礎(chǔ)。對蓄電池運行和維護(hù)的基本要求是：要使蓄電池經(jīng)常處于充分充滿的狀態(tài)，而又不產(chǎn)生過充電，在單獨向主機(jī)供電時，應(yīng)放出額定容量的80%以上。
由于蓄電池維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果的提高，使電池的容量得到了保證，實際放電時間完全能夠滿足設(shè)計要求，有效地提升了蓄電池供電的安全性，這將為設(shè)備的用電安全提供保障，為各種數(shù)據(jù)的安全存儲和通信的暢通奠定基礎(chǔ)。
3、降低企業(yè)運維成本
第一，由于蓄電池在線維護(hù)系統(tǒng)能夠有效提高蓄電池的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效果，可使蓄電池組的實際使用壽命接近或達(dá)到其設(shè)計壽命，從而延長更換蓄電池的周期，節(jié)省購買新電池的費用。
第二，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對蓄電池組的在線自動維護(hù)，可有效降低維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度，節(jié)省人工維護(hù)成本。
4、利于環(huán)保和節(jié)能減排
在鉛酸蓄電池的組成中，大部分屬于有毒或腐蝕性物質(zhì)。其中，的稀硫酸(濃度為37%左右)占電池總重量的15%，含鉛物質(zhì)占75%以上，分別以金屬鉛(極柱、匯流排、板柵、負(fù)極板活性物質(zhì))和氧化鉛(正極板活性物質(zhì))的形態(tài)存于電池之中。據(jù)環(huán)保專家介紹，鉛酸電池對環(huán)境的污染要比汽車尾氣嚴(yán)重得多。如果處理不當(dāng)，不但嚴(yán)重污染土壤和水源，對空氣、生態(tài)平衡造成破壞，還會引發(fā)人體代謝、生殖及神經(jīng)等方面的疾病，人體鉛含量一旦超標(biāo)，會導(dǎo)致智力下降，誘發(fā)兒童的惡性腫瘤，甚至導(dǎo)致死亡。
據(jù)統(tǒng)計，我國平均每年大約有5000萬只蓄電池報廢，其中含鉛重量達(dá)30多萬噸。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，蓄電池用量不斷上升，報廢量同樣還會進(jìn)一步上升。而報廢蓄電池的回收處理對環(huán)境污染不容忽視，按我國目前廢舊蓄電池的處理能力計算，年處理5000萬只廢舊鉛酸蓄電池，能生產(chǎn)14萬噸再生鉛，同時年排放煙塵4.8萬噸(其中鉛塵4萬噸)，年排放二氧化硫7500噸，年產(chǎn)棄渣6萬噸(其中含鉛6000噸，含砷600噸，含銻2000噸)，年耗水188萬立方!
研究表明，不僅是廢舊蓄電池對環(huán)境產(chǎn)生影響，在線使用的蓄電池同樣會對環(huán)境造成影響。原因是，如果蓄電池長期處于過充電狀態(tài)，蓄電池內(nèi)氧循環(huán)很難達(dá)到100%，充電過程中將產(chǎn)生氣體，使蓄電池內(nèi)部壓力增大，一部分氣體通過安全閥排出，這些氣體含有大量的“酸霧”，對環(huán)境會造成嚴(yán)重污染。采用蓄電池在線維護(hù)技術(shù)，可以為環(huán)保事業(yè)帶來以下好處：
? 降低原材料消耗
蓄電池在線維護(hù)技術(shù)可以有效延長蓄電池使用壽命，蓄電池的壽命延長后，每年產(chǎn)生的報廢蓄電池數(shù)量將大大降低。從而可以有效降低蓄電池制造過程中原材料鉛的消耗，同時還大大降低稀硫酸、塑料等資源的消耗。
? 降低處理費用，減少污染
蓄電池在線維護(hù)技術(shù)可以有效延長蓄電池使用壽命，因此可以大大降低蓄電池報廢數(shù)量。將節(jié)約大量的處理費用，同時減少處理廢舊電池產(chǎn)生的遺留物，有效降低了廢舊蓄電池處理對環(huán)境的污染。
? 降低有害氣體排放
蓄電池在線維護(hù)技術(shù)可以有效遏制正在使用中的蓄電池出現(xiàn)過充電現(xiàn)象，從而有效減少了蓄電池工作工程中有害氣體的排放，降低蓄電池正常使用過程中對環(huán)境的影響。
