蓄电池选购、验收、使用和维护分析研究

1  引言 

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好象没问题，实际情形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，对蓄电池的选购、验收、测试、维护和保养绝对不能掉以轻心。 

2  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；有些蓄电池适宜启动；有些蓄电池适宜低温环境；有些蓄电池适宜小电流放电等等。在挑选蓄电池时，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，充分了解蓄电池的电性能和用户本身对产品性能的需求。

用户对产品的需求。例如后备电源系统容量需求、使用的频率、使用的环境、主要用途、使用寿命、可靠性要求、瞬间放电率、整流器的规格和其他蓄电池相关性能的要求。

供应商的产品承诺。产品设计参数（蓄电池的型号、外观尺寸、额定容量、额定电压、重量、重量比能量、体积比能量、设计寿命、正负极板片数、正负极板厚度比、电解液密度、极板的类型、板栅的材料等）、产品电性能参数、产品的实际使用寿命、安装使用环境、不同型号的性能和价格、不同种类的产品保修期等。

以全停电状态时的放电容量计算，选择合适的电池型号：

Cc= Kk·Cs /Kc  

Kk — 容量储备系数，取1.25。

Kc — 容量换算系数，对应于放电终止电压为1.8V，查设计手册蓄电池放电容量与放电时间的关系曲线。

Cc — 事故全停状态下，长时间放电容量。

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,便可以比较容易地选定蓄电池的规格。在选择适合使用的蓄电池的过程中，还要考虑下面的几个因素： 

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。 

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。 

Ka –  老化因素，使蓄电池能够满足它的使用寿命。 

3  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92F°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，在62 F°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 F°。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。如果机柜被塞得很满，维护人员根本无法接触到蓄电池的极柱端子。当蓄电池在三个月或更短时间内出现性能下降时，维护人员根本无法意识到问题的严重性。

安全性：安全方面要考虑的问题包括：酸雾排放口、机柜通风散热、清洁用工具，采光效果以及方便出口。一般不要采用高于两层的电池架。

4  蓄电池的验收及储存 

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： 

（1）损坏检查：在蓄电池交货后，要立即进行检查，以便用户能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。

（2）在完成上述检查以后，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。

（3）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92F°环境中，这个时间将变为三个月。

5  蓄电池组的安装 

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的重要性。蓄电池安装工作应该是由培训过的人员或生产厂家来完成。许多蓄电池的损坏，都是由于安装人员缺乏经验造成的。

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：原因有可能是在搬运电池时提拉极柱，或者是安装电池间连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接器前，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。 

6 蓄电池的使用

6.1 使用温度的影响：

（1) 容量与温度的关系：随着环境温度的升高，电池的容量在一定范围内会增加。温度过低会造成负极硫酸盐化，温度过高会加速电池板栅的腐蚀和电池水分的损失。

（2) 浮充电压与温度的关系：不同温度下的浮充电压计算公式为VT=（2.2～2.27）-（T-25）×0.03。浮充电压过高，浮充电流随之增大，加快板栅的腐蚀速度，降低电池使用寿命；浮充电压过低，电池不能维持充电状态，引起硫酸盐化，容量减少，降低电池使用寿命。

（3) 均充电压与温度的关系:不同温度下的均充电压计算公式为VT=（2.30～2.35）-（T-25）×0.05。均充电压需要随环境温度进行调整。具体的均充电压以生产厂家为准。

（4) 寿命与温度的关系：T25=T设计×2(T实际-25)/10。温度升高会损坏电池，降低电池的使用寿命。

6.2 阀控蓄电池的充放电制度

（1) 恒流限压充电

采用I10电流进行恒流充电，当蓄电池组端电压上升到（2.30～2.35V）× N限压值时，自动或手动转为恒压充电。 

（2) 恒压充电

    在（2.30～2.35V）× N的恒压充电下，I10～2I10充电电流逐渐减小，当充电电流减小至0.1 I10 电流时，充电装置的倒计时开始起动，当整定的倒计时结束时，充电装置将自动或手动地转为正常的浮充电运行浮充，电压值宜控制为（2.23～2.28V）× N。

（3) 补充充电

为了弥补运行中因浮充电流调整不当造成了欠充，补偿不了阀控蓄电池自放电和爬电漏电所造成蓄电池容量的亏损。根据需要设定时间（一般为3个月）充电装置将自动地或手动进行一次恒流限压充电      恒压充电       浮充电过程。使蓄电池组随时具有满容量，确保运行安全可靠。

6.3 阀控蓄电池的核对性放电

长期使用限压限流的浮充电运行方式或只限压不限流的运行方式，无法判断阀控蓄电池的现有容量，内部是否失水或干裂，只有通过核对性放电，才能找出蓄电池存在的问题。

（1) 一组阀控蓄电池

当系统只有一组电池时，不能退出运行，也不能作全核对性放电，只能放出额定容量的 50%，在放电过程，蓄电池组端电压不得低于2V×N。放电后应立即用I10～2I10电流进行恒流限压充电      恒压充电       浮充电。反复放充 2～3 次，蓄电池组容量可得到恢复。蓄电池存在的缺陷能找出和处理。若有备用阀控蓄电池组作临时代用，该组阀控蓄电池可作全核对性放电。

（2) 两组阀控蓄电池

当系统具有两组阀控蓄电池时，可先对其中一组阀控蓄电池组进行全核对性放电。用I10电流恒流放电，当蓄电池组端电压下降到1.8V× N时，停止放电。隔 1～2 h 后，再用I10 ～2I10电流进行恒流限压充电        恒压充电        浮充电。反复放充2～3 次，蓄电池存在的问题也能查出，容量也能得到恢复。若经过3次全核对性放充电，蓄电池组容量均达不到额定容量的80%以上，可认为此组阀控蓄电池使用年限已到应安排更换。

（3) 阀控蓄电池核对性放电周期

新安装或大修后的阀控蓄电池组，应进行全核对性放电试验。以后每隔2～3年进行一次核对性试验。运行了6年以后的阀控蓄电池，应每年作一次核对性放电试验。  

[page]6 电池的维护 

蓄电池的维护要求在IEEE 文件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。

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。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，

推测出应被替换的电池，又可以用这些数据找出存在的问题，使系统存在的问题变得明显，。保证后备电源系统的安全，同时为索赔提供必要的证据。

6.1 日常维护内容 ： 蓄电池每周应检查下列项目： 

（1) 清除表面灰尘，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) 极柱和安全阀周围是否有酸雾逸出，密封阀控电池。  
（5) 电池组浮充电压。  
（6) 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。  
（7) 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。准确数据需参考电池生产商提供的数据。 

6.2 季度和年度保养

6.2.1内阻及电阻测试

蓄电池内阻和单体模块之间连接电阻，应每季度测一次内阻和连接电阻；对阀控电池使用4年以上，应将测试周期缩短一半。对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。测试周期应缩短为原来的一半或1/4 达到或超过基值时，应做整组完整容量测试或掉电测试。对于整组电池的内阻平均值接近内阻接近达到或超过基值时，应做该单体的充放电测试。活化测试时，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，总数达到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。 

6.2.2 容量测试

密封阀控电池至少每年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，必须做单体容量及活化。

6.3特殊保养

如果蓄电池组有过异常条件的经验(如服务放电，过充或超高的环境温度等)，那么应作一次检测。以确认电池组未被损坏。检查内容与年检所要求内容一样。

7 测试

 一个蓄电池系统是否能发挥作用，可以用以下几种方法对它进行测试： 

（1）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。新安装的系统必须将容量测试作为验收测试的一部分。 

（2）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。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，则说明能量已耗尽，蓄电池已无法支持系统的正常运作。

（3）测量内部欧姆电阻：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。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。在必要情况下，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。

（4）阀控蓄电池在运行中电压偏差值:

 因此，单纯地依靠测量电压来判断蓄电池的好坏是不够科学的。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或在线监控系统，将为系统的可靠性提供最大程度的保障。

8 蓄电池更换标准 

当蓄电池的实际容量低于制造商的额定容量值的80% 时，应更换蓄电池。更换的时序是容量大小标准应用的一个功能，也能比较各种负载条件下的容量边界可能值。80%的容量表明即使电池具有满足直流系统负载能力的安培（电流）能力，其退化速度也在增加，如不满足服务测试的结果或增加新负载的要求，都可能要求更换电池。诸如异常高单体/元温度的物理特性。通常也是决定更换整组或单个电池的条件，单体极性反向对需要更换而作进一步查证的单体/元是个很好的指示器。如要更换单体/元，其电器特性一定和备换的单体/元相容，并且在安装前必须经过测试。不推荐在蓄电池组接近失效时更换单体/元。

一个单体的电压在经过校正操作（均充）后仍然低，那么也是对需要更换而作进一步查证的单体/元是个很好的指示器。在连续性测试中失效的单体/元，只要存在一个不可校正的条件，就必须立即更换。 

9 结语

本文就蓄电池的选购、验收、使用和维护进行了详细的介绍。正确认识蓄电池、科学使用蓄电池、掌握测试和挑选蓄电池的方法、合理可靠地对蓄电池进行管理和维护，能够保证蓄电池有较长的寿命，维护投资者的利益。

参考文献
[1] DL/T 724-2000,电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程。
[2] IEEE Std 1188-1996,IEEE推荐用于站用阀控铅酸 VRLA蓄电池的维护、测试和更换方法。
[3] YD/T 799-2002, 通信用阀控式密封铅酸蓄电池。