赛特蓄电池BT-MSE-1000/2V1000AH技术参数

赛特蓄电池BT-MSE-1000/2V1000AH技术参数

赛特蓄电池电源有限公司是国内较早研发和生产阀控式密封铅酸蓄电池的企业之一。 公司创建于1997年，座落在福建省泉州市洛江区，占地总面积22000平方米，建筑面积20000多平方米。公司注册资本3000万元，现有资产7000万元元，年产值达1.5亿元以上。

  蓄电池是一种将电能变换为化学能再将化学能变换为电能的直流电源,也是一种可以再充电和反复使用的电池。特别是在UPS中,蓄电池是其重要的组成部分,没有蓄电池也就失去了UPS存在的意义。在电力电子系统中,蓄电池有着广泛地应用,本文以阀控式铅酸蓄电池为ZD,介绍蓄电池充电和充电用整流器。

1    蓄电池的类型

  目前,应用较多的蓄电池主要有三大类:阀控式铅酸蓄电池、镉镍蓄电池和防酸隔爆蓄电池。它们的技术性能对比见表1。

2   蓄电池的充电方式"

(1)蓄电池的充电性质

在每类蓄电池中,充电可分为三类(在下面的说明中,凡是提及蓄电池电压均以单体电压为2V的阀控式铅酸蓄电池为例):

①浮充电

 浮充电是指蓄电池在为负载提供电能的同时,进行补充充电。要求浮充电压有较高的稳定度,在单体电压为2V时,每格蓄电池的浮充电压应按电池生产厂商所在国的标准选择:
——在我国标准《YD/T799—2002通信用阀控式密封铅酸蓄电池》中规定,浮充电压为2.20～2.27V(TA=25℃);
——在我国标准《YD/T1360—2005通信用阀控式密封胶体蓄电池》中规定,浮充电压为2.23～2.27V(TA=25℃);
——国外厂商对阀控式密封铅酸蓄电池浮充电压的规定:
日本松下:2.25～2.30V;
美国圣帝:2.23～2.27V;
美国GNB:2.25V;
德国哈根:2.27±0.02V;
英国来根:2.27V。

  浮充电压的选择不能过高,也不能过低。浮充电压过高,电池容易出现热失控、失水、均匀性变差等现象;浮充电压过低,会造成电池充电时间加长、充电不足、加剧极板硫酸盐化等不良后果。

②均衡充电
 

  对于浮充电的蓄电池来说,每隔2～3个月要对蓄电池进行一次均衡充电。均衡充电时,必须保持电压恒定充电,充电电压上升到2.26～2.40V,保持几个小时,并随时搅拌电解液;

③补充电

  对于某些蓄电池(例如蓄电池机车用蓄电池)来说,在运行一段时间以后,需要对蓄电池补充电能。此时,如果按规定的浮充电压进行充电,则需要很长的充电时间。为了缩短充电时间,在短时间内以略高于规定的浮充电压进行快速充电,然后再恢复到规定的浮充电压进行正常充电。

(2)蓄电池充电用整流器的充电方式

  蓄电池充电用整流器的充电方式有稳流、稳压等多种方式,普遍采用的是稳流/稳压充电方式和充放电/快速充电方式。

①稳流/稳压充电方式

  这是一种Z常用的蓄电池充电方式。一般是先按稳流充电方式进行充电,当蓄电池产生气体时,再转入稳压充电方式。稳流/稳压充电方式对充电电源的要求是:
——在蓄电池放电完成后,能将电源电压调节到浮充电压和均衡充电电压;
——输出电压-电流特性应具有下垂特性,能够限制过流;
——要求有一定的稳压精度,如在浮充电时,输出电压的稳定度应优于±1.5%。
此类充电方式可采用桥式晶闸管整流器或高频开关稳压电源。

②充放电/快速充电方式

  对于初次使用或者需要做安-时容量测定的蓄电池,需要先将蓄电池中的电能放掉,再进行浮充电。此类充放电方式可采用桥式可逆变晶闸管整流器。蓄电池放电时,整流器工作在逆变状态,将蓄电池放电的电能馈送到电网。蓄电池充电时,整流器工作在整流状态。

  快速充电方式是利用可控器件的开关作用,在蓄电池充电过程中,间隙地短时间大电流放电,以消除充电过程中极化作用,提高充电能力,以较短的时间完成充电。桥式可逆变晶闸管整流器可用于蓄电池的快速充电方式。

3    蓄电池充放电用桥式可逆变晶闸管整流器

  根据蓄电池充放电方式的要求,蓄电池充放电用整流器应具有逆变放电和稳流/稳压充电的功能。图1为蓄电池充放电用三相全桥式可逆变晶闸管整流器的原理图。

  在用于蓄电池放电时,转换开关S1闭合,S2同时断开(S1和S2连锁),与此同时,触发器输出的晶闸管VT1～VT6的触发脉冲相位于大于90°的范围,整流器工作于逆变状态,蓄电池放电并向电网馈送电能。

  在用于蓄电池充电时,转换开关S2闭合,S1断开,整流器工作在整流状态。调节给定调节器RP和转换开关S0,使整流器用于浮充电、补充电或均衡充电。

  图中,D7为续流二极管,为电感器L提供续流通路,以防止电路断流时产生电压过冲;L为平滑滤波电抗器。由于蓄电池是一种反电势负载,加入电抗器L后,能使负载电流保持连续;RV为压敏电阻,用于吸收直流电路中产生的电压过冲;Rf为电压反馈取样电阻。

4    高频逆变电源用于蓄电池的充放电

  高频逆变电源的效率高、动态特性好、体积小,并且具有双向传输功率的功能,可以取代晶闸管整流器用于蓄电池的充放电。

  在高频逆变电源中，为了减小体积和重量，往往不用输入工频变压器。这样，工频整流的直流输出电压经Buck降压逆变电路可以作为小容量蓄电池的充放电电源。比如，在小容量UPS中，蓄电池组的额定电压一般在120V左右，浮充电压一般不会超过140V。所以，采用单相交流无隔离输入变压器的降压式逆变电源可满足小容量蓄电池充放电的要求。但对于大容量蓄电池来说，要求充电电压为几百伏,充电电流可达几十安以上,降压式逆变电路无法满足要求。如果采用高频逆变电源用于大容量蓄电池的充放电，必须选用Boost升压式逆变电路。为了获得大的充电电流,并且避免电网三相供电不平衡,应采用三相桥式逆变电路。

  高频逆变电源多采用脉宽调制(PWM)控制方式。根据调制信号波形的不同,PWM控制方式可分为直流脉宽调制(DPWM)和正弦波脉宽调制(SPWM)两大类。两者的主要区别在于参考电压的波形,前者调制电压为直流电压,后者调制电压为正弦波交流电压。DPWM因其结构简单和控制方便,广泛用于小容量的方波输出的UPS中。对于中、大容量的UPS来说,通常要求正弦波输出,应采用SPWM。在SPWM中,正弦波调制电压与电网电压同步,其频率为50Hz,而载波(三角波或锯齿波)频率为8～40kHz,输出电压中基本上不含低次谐波,输出电压中的谐波为几千赫以上的高次谐波,这样,可以大大降低滤波器的尺寸和重量。对于SPWM来说,已有大量的SPWM控制器集成电路可供选用。

  原则上,各种型式的开关电路均可作为高频逆变电源的主电路。一般情况下,小容量蓄电池充放电用高频逆变电源的主电路多采用推挽式逆变电路,而中、大容量蓄电池充放电用高频逆变电源的主电路多采用三相全桥式逆变电路。

表2给出了高频逆变电源与晶闸管相控整流电源的性能比较。

5    快速充电用晶闸管整流器

  在充电过程中,利用停充间隙来消除电解液的浓差,用短时间大电流放电,以消除充电过程中极化作用,提高充电能力,以较短的时间完成充电。蓄电池快速充电的电流波形如图2所示。图中,ID为充电电流;IF为放电电流;t1为充电时间,Z长可达3s;t2和t4为停充的间隙时间,各为200ms左右;t3为脉冲电流放电时间,Z长可达100ms。
图3为快速充电用晶闸管整流器主电路的原理图。图中虚线内为晶闸管直流开关放电电路。

  当需要放电时,控制信号触发晶闸管VT7和VT8,令其导通,蓄电池通过L向电阻R放电,同时给电容C充电(因VT8导通,C与R并联)。当C上电压不再上升时,充电电流非常小,流经VT8的电流小于其维持电流时,VT8自行关断。在需要终止放电时,控制信号触发VT9,令其导通,电容器C通过VT9放电,使VT7关断,蓄电池放电通路被切断,放电终止。与此同时,控制信号触发UR中相应的晶闸管,UR处于整流状态,给蓄电池充电。该电路中,电容器C的放电电流用来关断晶闸管VT7,C的容量(μF)应满足下式:
CE≥IFtoff                (1)
式中E—蓄电池电压(V);
IF—放电电流(A);
toff—晶闸管VT7的关断时间(μs)。
为了VT7的可靠关断,一般取CE=2IFtoff,则
从式(2)可以看出,在蓄电池电压E比较低时,电容器C的容量很大,所以,该直流开关电路适用于蓄电池电压较高的情况。

  为了降低电容器C的容量,可采用逆导晶闸管组成的充放电开关电路,如图4所示。由于逆导晶闸管的关断时间较短,在相同放电电流的情况下,电容器C的容量是晶闸管直流开关电路的1/4～1/10。

赛特蓄电池BT-MSE-1000/2V1000AH技术参数

1    蓄电池的种类

1.1   按用途分

①启动用蓄电池,供各种汽车、拖拉机、柴油机起动和点火、照明用。起动时要求大电流放电,要求能低温起动、电池内阻小;
②固定型防酸式蓄电池,用于发电厂、变电所、通讯、医院等作为保护、自动控制、事故照明、通讯等备用电源。电解液稀、寿命长、浮充使用;

③牵引用蓄电池,用于各种蓄电池车、****车、铲车、矿用电机车等。作为电动牵引及照明电源用;要求厚极板、容量大、以3～5h率充放电循环使用;
④其它用蓄电池，大小容量不等,放电率多种多样。

1.2   按铅酸蓄电池的荷电状态分

①干放电态(极板为放电态,放在无电解液的蓄电池槽中;开始使用时应灌入电解液,并进行较长时间的初充电后方可使用);
②干荷电态(极板处于干燥的充电态的无电解液的蓄电池槽中,使用时灌入电解液,不需初充电即可使用);
③带液充电态(充电态带电液的蓄电池);
④湿荷电态(充电态,部分电解液吸附在极板和隔膜中,使用时灌入电液,不需要充电。贮存时间不及干荷电态蓄电池时间长);
⑤免维护蓄电池(充电态带液电池,在规定的工作寿命期间不需要维护加水,自放电率很小);
⑥少维护蓄电池(充电态带液电池,在规定的工作寿命期间只需要少量维护,较长时间内加一次水)
1.3   按电池盖和排气栓的结构分
①开口式(无性盖子,产生的气体可以自由逸出,只装有与壳体不固定的盖板,以减少酸雾,现几乎被淘汰)；
②排气式(电池壳体与电池盖固定在一起;盖的注酸口装有排气栓);
③防酸隔爆式(电池盖上装有防酸阻火栓,允许电池排气,但酸雾不逸出,遇有外界火源时电池内部不燃烧、不爆炸);
④防酸消氢式(装有催化栓,可使电池析出的氢氧重新化合为水,返回电池。同时具有防酸防暴功能)；
⑤阀控式密闭蓄电池(蓄电池密闭,不需要加水,装有安全阀,电池内压力过大时可排出气体,外界气体不能进入电池内部,该种蓄电池是免维护蓄电池)。

2    铅酸蓄电池的使用

UPS、EPS、直流屏等一些设备考虑到负载条件、使用环境、使用寿命及成本等因素,一般会选择铅酸免维护蓄电池,如德国阳光、德国松树、GNB、广东汤浅、广东志成GJ、沈阳松下、上海大力神等或其他品Pai优质免维护电池。千万不要贪图便宜选用劣质电池,这样会影响整个系统的可靠性,并可能因此造成更大的损失。

2.1   铅酸免维护蓄电池使用前的检查

铅酸免维护蓄电池有自放电现象,如果长期放置不用(一般放置六个月以上,自放电为50%),会使能量损失掉,因此需定期进行充放电。维护人员可以通过测量电池开路电压来判断电池的好坏,以12V电池为例,若开路电压高于12.5V,则表示电池储能还有80%以上,须充电10小时以上;若开路电压为12～12.5V之间,则应该立刻进行补充充电,须充电13～24小时;若开路电压低于12V,则表示电池存储电能不到20%,须充电48小时以上。充电完后测开路电压应在13V左右。故存放时,建议用户不要放置太长时间，有条件的用户建议3个月做一次充放电，以保证电池的容量达到理想值。使用前,查看外表,看看接线柱是否被氧化，是否需要打磨;再看看蓄电池外表是否干净,如有灰尘应用干布擦干净。

2.2   铅酸免维护蓄电池使用中的检查

免维护电池由于采用吸收式电解液系统,在正常使用时不会产生任何气体,但是如果用户使用不当,造成电池过充电,就会产生气体,此时电池内压就会增大,会将电池上的压力阀顶开,严重的会使电池鼓胀、变形、漏液甚至破裂,这些现象都可以从外观上判断出来,如发现上述情况应立即更换电池。如果有条件,可以装上蓄电池在线检测系统,用以查看电池的电压、内阻、温度等变化。

2.3   铅酸免维护蓄电池使用中的保养

虽然免维护电池在使用时不需要人工进行专门的维护工作,但是在使用时还是有一定的要求,如果使用不当会影响电池的使用寿命。影响电池使用寿命的因素有以下几点:安装、温度、充放电电流、充电电压、放电深度和长期充电等。

①电池安装

电池应尽可能安装在清洁、阴凉、通风、干燥的地方,并免受阳光、加热器或其他辐射热源的影响。电池应正立放置,不可倾斜角度。每个电池间端子连接要牢固。连接时不同容量、不同性能、不同新旧、不同厂家的蓄电池不应连接在一起使用。电池在连接时,应该使用绝缘工具,以防意外造成正负极短路,烧毁电池。蓄电池与充电器或负载联接时,电路开关一定要处于断开位置。连接用的螺母、螺栓、垫圈与连接线应松紧适度、均匀,避免螺丝松动和过紧。

②环境温度

环境温度对电池的影响较大,环境温度过高,会使电池过充电产生气体;环境温度过低,则会使电池充电不足,一般要求环境温度在25℃左右。

③充电

充电分为初充电、正常充电、均衡充电等几种。

初充电,新电池的首次充电称为初充电,目的在于使电池在装配过程中被氧化的极板活性物质还原,增加活性物质含量,提高电池的放电性能。

正常充电,对已经放过电的电池进行充电称为正常充电。

浮充电,电池组与充电电源并联后连接到负载上,当交流电源正常时,整流器将交流电整流为直流电后,一面给蓄电池充电,一面经逆变器将直流电再转换为交流电为负载供电。当交流电源中断时,蓄电池的直流电立即经逆变器转换为交流电给负载供电,以保证供电的连续性。这种蓄电池充电称为浮充电。

均衡充电,电池在使用的过程中,往往会产生比重、容量、电压等不均衡现象。导致电池组输出电压过低,输出电量过小。为此,对电池组进行过充电,使电池组中的每个单体电池都处于充足电状态,这一充电过程称为均衡充电。

无论使用那种充电方法,都应该注意按照厂家产品说明,控制充电电压和电流,以防过压和过流导致蓄电池性能下降和寿命缩短或损坏。
在电源系统中,电池总是在线备用工作的,这样电池基本上处于长期的浮充状态中,浮充电压的选取对电池的长期可靠运行起着至关重要的作用,正如前面说到的,偏高的浮充电压会造成电池缓慢失水并产生热失控使电池失效;偏低的浮充电压会造成电池长期处于充不饱的状态,使电池发生硫酸化而导致电池失效。正确的浮充电压一般应选在2.23V/单体,并应随同电池工作温度进行相应调整,由于电池生产厂家的不同,这一参数会有一些差异,应严格按照厂家提供的参数选取。

在一个电池组中,电池总是串联充电的,由于电池存在个体差异，每个电池的端电压不会严格一致，为保证电池组中每个电池的长期安全运行,必须保证电池组中每个电池的浮充电压都处于正常的范围。均衡充电是经常采用的方法,通过适当的过充电来保证电池组中落后电池充足电。这一方法由于要对电池组过充电,应限制使用,应使用单个电池补充充电代替均衡充电，如果必须对电池组进行均衡充电，必须严格控制均衡充电电压。均衡充电的电压应严格按照电池生产厂的规定选取。

④放电

放电电流不宜过大,更要避免短路放电。一般按C10～C20安时数放电,具体讲,如50Ah的电池,用C10(5安培的电流)进行放电,放10小时截止,能达到充分活化电池的目的,同时能检验电池的容量是否足够(有些电池厂家要求用C20方式放电,相应放电时间延长一倍)。

放电时,蓄电池端电压不要低于终止电压,以防蓄电池过度放电导致蓄电池性能下降和寿命缩短。放电后,应该及时充电。不允许蓄电池在放电状态下长时间搁置。

⑤放电深度

放电深度对电池使用寿命的影响非常大,电池放电深度越深,其循环使用次数就越少,因此在使用时应避免深度放电。

⑥定期保养

电池在使用一定时间后应进行定期检查,如观察其外观有否异常,测量各电池的电压是否均衡等;如果市电长期不停电,电池会一直处于浮充电状态,这样会使电池的活性变差,因此即使不停电,UPS也需要定期进行放电试验以便保持电池活性。条件允许的话放电试验可安排三到六个月进行一次,做法是UPS带载(在50%以上),然后断开市电,使UPS处于电池放电状态,放电持续时间视电池容量而言一般为几分钟至几十分钟,放电后恢复市电供电,继续对电池充电。

3    铅酸蓄电池的失效机理

3.1   电池失水

铅酸蓄电池失水会导致电解液比重ZG,导致电池正极栅板的腐蚀,使电池的活性物质减少,从而使电池的容量降低而失效。

铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时(一般在2.30V/单体以上)在蓄电池的正极板上放出氧气,负极板上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境,另一方面电解液中水份减少,必须隔一段时间进行补加水。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品,其产品特点为:

①采用多元优质板栅合金,提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体(25℃)以上时释放气体。采用优质多元合金后,在2.35V/单体(25℃)以上时释放气体,从而相对减少了气体释放量。

②让负极有多余的容量,即比正极多出10%的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触,发生反应,重新生成水,使负极由于氧气的作用处于欠充电状态,因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收,再进一步化合成水的过程,即所谓阴极吸收。

③为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上，从而使氧气易于流通到负极,再化合成水。另外，超细玻璃纤维板具有吸附硫酸电解液的功能，因此阀控式密封铅酸蓄电池采用贫液式设计，即使电池倾倒，也无电解液溢出。

④采用密封式阀控滤酸结构,使酸雾不能逸出,达到安全、保护环境的目的。

在上述阴极吸收过程中,由于产生的水在密封情况下不能溢出,因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护,这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。

阀控式密封铅酸蓄电池均加有滤酸垫，能有效防止酸雾逸出。但密封蓄电池不逸出气体是有条件的，即:电池在存放期间内应无气体逸出;充电电压在2.35V/单体(25℃)以下应无气体逸出;放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V/单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但必竟使电池损失了气体，所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，不能造成过充电。

3.2   负极板硫酸化

电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，电池的负极栅板上的海棉状铅会失去活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，硫酸化使电池的活性物质减少，降低电池的有效容量,也影响电池的气体吸收能力，久之就会使电池失效。

为防止硫酸化的形成,电池必须经常保持在充足电的状态。

3.3   正极板腐蚀

由于电池失水,造成电解液比重ZG,过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀,使正极板孔隙率ZG,电解液相对变少,极板活性物质变少,电池容量变低。防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。

3.4   热失控

热失控是指蓄电池在恒压充电时,充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用,并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是:
普通富液型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体,无间隙,所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极,从而负极未能去极化,较易产生氢气,随同氧气逸出电池。因为不能通过失水的方式散发热量,阀控式密封铅酸蓄电池过充电过程中产生的热量多于富液型铅酸蓄电池,所以较易发生热失控。

浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压,是影响电池寿命至关重要的参数。一般情况下,浮充电压定为2.23V/单体(25℃)比较合适。如果不按此浮充范围工作,而是采用2.35V/单体(25℃),则连续充电4个月就会出现热失控;或者采用2.30V/单体(25℃),连续充电6～8个月也会出现热失控;要是采用2.28V/单体(25℃),则连续充电12～18个月就会出现严重的容量下降,进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气,电池容量下降,