日前,圣阳电源研发的通信用耐高温型阀控式密封电池(以下简称高温电池)节能技术入选国家重点节能技术推广目录(第六批),并将获得相关财政扶持政策。这将对公司高温电池在国内市场的拓展起到积极的推动作用。
推广目录指出,该技术集成耐腐蚀的三元合金及晶界工程技术、氢氧辅助复合技术和独创的耐高温刚性高分子ABS材料技术,将耐高温型阀控式密封电池额定工作温度由25℃提高到35℃。因此,可将基站空调启动温度设定值提高10℃,大幅降低空调运行时间,减少空调电耗。
据项目负责人介绍,该款圣阳蓄电池集成了公司研发的多项首创核心技术,其中发明专利6项(含1项国际发明专利),应用于现有通信基站中,电池的标准工作环境温度可由25℃提高到35℃,空调节能效率高达60%~90%。据测算,如以该产品替代现有产品用于国内三大运营商基站,每年可节约电费约70亿元,相当于一个300万人口的城市一年的用电量。
2016年,公司积极拓展高温电池的市场销售,在亚太、南美、中东、非洲、北美等地区与运营商进行高温电池联合路演、建设试验站等,将高温电池全面推向市场,获得客户的积极反馈,销售规模连年大幅增长,对推动国内外通信行业节能减排作出了积极贡献。
圣阳蓄电池上架前要进行物理检查,并测量开路电压,以免返工;连接线的一端与电池相连时,另一端应进行绝缘保护或握在手心,防止搭到不该搭的地方,造成打火。
连接线的一端已接好,另一端再连接时应轻轻点一下要连接的极柱,即使连错了也只是在极柱上和连线上打一点火而已,不至于酿成大祸;或测量要连接的两点的压差,为零则可以连接。
电池组串联完毕后,UPS电池组的正和负之间电压比较高,在向MCCB(电池开关)连接时,每根线都应先连到MCCB,再连到对应的电池端;或在电池组中留一断点,完成MCCB与UPS蓄电池组的连接后再连接断点;对于多组并联的电池组,应每一组都留断头,并在MCCB端连接后分别用万用表检测极性再将断头连接。
在此还需注意的是,UPS电池的新旧电池、不同类型电池不可混合使用。由于新旧电池、不同类型电池的电池内阻大小不一,电池的充放电时差异明显,如串联使用会造成单只过充或欠充;如果并联使用,则造成充放电偏流,各组电池的电流不一致。
阀控式铅酸蓄电池(以下简称阀控电池)因其成熟的技术,高性价比和维护简单等特性,被广泛应用于通信、电力系统当中。但导致阀控电池失效的原因有很多,其中热失控就是典型现象,热失控的直接导致后果就是是电池内部电解液干涸,电池内阻异常,电池壳体变形膨胀,甚至破裂,散发出大量酸性气体。
阀控电池的结构决定了热失控现象的产生,阀控电池与排气式富液电池相比较,富液电池的电解液容量较多且有良好的排气散热功能,大量的电解液对化学反应温度上升有很好的缓冲作用,且反应时蒸发的气体带走了大部分热量,即便采用不同的充电方式,都不易在富液电池使用中出现热失控,而阀控电池封闭的结构与相对较少的电解液决定这种结构易发生热失控,由于温度与电流的平衡关系脆弱,表现在过充电时电解水产生的热量不能很好的释放,温度和电流形成正反馈,相互推升直至失控。
一、阀控电池热失控的原因
1.产生热量的原因:阀控电池在放电后回充时,一般充电设备先进行均充,设定不超过0.1C的均充电流,即12V150AH的电池,均充电流不超过15A(0.1C*150AH),随着电池端电压不断上升,充电电流则不断下降,当端电压满足(一般2.25~2.27V/只)转入恒压充电,充电电流降至某一个设定的很小值后(依各厂家不同,设定值略有不同)转入浮充状态,上述就是三段式充电的过程。
前期由于电池放电,特别是放电量较大时,在后期充电过程中电能基本补充损失的化学能,没有过多的电能转化为热能,而电池即将充满时,电能将大部分转化为热能,引起电池内部温度升高,所以在充电后期或是浮充状态,保证小电流充电,避免大量电能转化为热能是非常重要。
2.电池充放电反应的方程式:
Pb(负极)+PbO2(正极)+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
其中由正极产生的氧气与负极反应:
2Pb+O2=2PbO;
PbO+H2SO4=PbSO4+H2O
上述两个反应均是放热反应。而浮充电流对温度十分敏感,温度的上升会导致浮充电流增大,若充电设备没有温度补偿功能,不能及时调整浮充电压(当温度上升时适当降低浮充电压,且保证浮充电流不变),浮充电流增加又加速放热反应的进行,则浮充电流和温度相互影响逐步升高,直至出现热失控。
曾处理过一场热失控事故,事故地点在某大厦地下3层,两台UPS各挂20支电池,两台UPS电源和电池品牌均对应一致且在相同环境中,一组共20块电池全部膨胀报废,另一组20支电池完好,电池为名牌产品同一批次,进场时曾做过检测,不存在质量问题。后经分析,造成热失控的直接原因是UPS电源充电部分故障,是由于过充引起,非电池问题。
原因如下:
对于此次事故,客户曾有疑问,怀疑电池膨胀的原因是由于电池排气阀未能及时打开所致。膨胀变形原因分为热变形和受力变形,电池壳体承受压力变形的能力远大于排气阀,若出现内部压力过高,肯定会首先打开排气阀减少压力。实际电池膨胀是因为热变形造成,在热失控情况下,内部温度过高造成壳体高温变形。
1.从UPS电源历史记录中可查,该UPS电源在电池没有放电的情况下,突然由浮充转均充并充电12个小时,导致电池内部温度突升,壳体变形。
2.地下室精密空调之前由于室外机过脏,高压锁定停机,缺少了降温设备导致加速了热失控的发生。
3.UPS间没有监控设备和负责人员,长期处于无人看管的状态。
二、预防措施
1.建议使用带有温度补偿的充电设备,增加电池监控设备为上策,以对每一块电池实时测量性能。
2.UPS间室内环境应通风,温度维持在20~25°C,配备机房专用空调,以适应长时间不间断的恒温需求。
3.免维护电池只是维护量相对降低,并非不需维护与保养,在使用中也是需要有人维护。
综合上述,阀控式铅酸蓄电池热失控是在外因的诱导下逐步发生的,因此在使用中对可能造成热失控的因素要稍加注意,在一定程度上可预防热失控的出现,保障设备的安全,保障客户的利益。