Различные типы батарей, используемых для вспомогательного электропитания на подстанциях и электростанциях
В промышленных или подстанциях используются преимущественно три типа батарей:
- Вентилируемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
- Герметичные необслуживаемые батареи / Клапаны с регулируемой свинцовой кислотой
- Никель-кадмиевые (Ni-cd) батареи
Для приложений ИБП батареи являются наиболее популярными и, следовательно, широко используются. Следовательно, в этой детализации основное внимание уделяется этим типам батарей.
Вентилируемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
Вентилируемые свинцово-кислотные аккумуляторные батареи
Существует два типа для вентилируемых или затопленных свинцово-кислотных аккумуляторов, а именно трубчатых и Plante. Разница между ними - это конструкция. Для трубчатой батареи нормальный срок службы составляет 8-10 лет. Батарея Plante механически и электрически более долговечна. Нормальная жизнь для батареек Plante составляет 15-20 лет. Поскольку этот тип аккумулятора генерирует коррозионные пары при зарядке и потому, что электролит серной кислоты в какой-то степени испаряется, эти батареи следует использовать в специальной комнате, которая хорошо вентилируется снаружи и хранится вдали от нежного электронного оборудования.
Для установки требуется отдельная комната / стойки с кислотостойкими плитами. Из-за испарения требуется регулярное техническое обслуживание для проверки удельного веса, добавления воды и кислоты. Эти батареи могут выдерживать высокие температуры, напряжения и глубокие разряды с минимальным ущербом для себя. В аккумуляторной комнате должно быть указано уведомление, запрещающее курение и использование открытого пламени. Эти батареи нельзя транспортировать в заряженном состоянии и, следовательно, требуют зарядки на месте.
Типичная начальная зарядка аккумулятора займет от 55 до 90 часов. Номинальное напряжение ячейки составляет 2 В / ячейка. Зарядное устройство для этой батареи должно обеспечивать первую зарядку от 2, 6 до 2, 7 В / ячейку.
Трубчатая свинцово-кислотная батарея
Эти типы батарей обычно используются для систем ИБП с очень высокой номинальной мощностью, которые обычно используются для применения в установках, где обслуживание и пространство на самом деле не являются проблемой.
Загерметизированные аккумуляторные батареи без обслуживания (SMF)
Свинцово-кислотная батарея типа VRLA / SMF
Они также известны как батареи с регулируемой свинцовой кислотой (VRLA). Эти батареи наиболее популярны для использования с системами ИБП для компьютерного или коммерческого применения. Будучи герметичными, эти батареи не выделяют никаких паров и, следовательно, могут быть очень хорошо установлены рядом с электронным оборудованием. При необходимости эти батареи могут быть установлены в закрытом корпусе. Эти батареи также не требуют обслуживания и избегают любых проблем с проверкой удельного веса, добавления воды или кислоты и т. Д.
Эти батареи имеют относительно меньший срок службы ок. 3-5 лет. Ожидаемая продолжительность жизни обычно зависит от количества циклов заряда / разряда, испытываемых батареями, и температуры окружающей среды, в которой используются батареи. Эти батареи в первую очередь наиболее популярны в коммерческих приложениях из-за подхода «Установить и забыть».
Производительность и срок службы этих батарей можно максимизировать, соблюдая следующие рекомендации:
1. Допустимый диапазон рабочих температур для аккумуляторов SMF составляет от 15 ° C до 50 ° C, но использование в рабочем диапазоне от 5 ° C до 35 ° C продлит срок службы. Ниже - 15 ° C батарея меняет свой химический состав и не может удерживать заряд. Вы будете пользоваться более длительным сроком службы, если батареи работают в диапазоне температур окружающей среды от 20 до 25 градусов C (от 68F до 77F). При более низкой температуре они имеют более длительный срок службы и меньшую мощность, а при более высокой температуре они имеют более высокую емкость и более низкий срок службы.
2. Хорошее эмпирическое правило при определении срока службы батареи по отношению к температуре заключается в том, что при каждых 8, 3 градусах C (15F) среднегодовой температуре выше 25 ° C (77F) срок службы аккумулятора снижается на 50%. Поэтому гарантированность батареи должна быть в идеальном случае снижена до 50% при каждых 8, 3 град. С (15F) при увеличении рабочей температуры выше 25 ° C (77F).
3. Батареи SMF рассчитаны на то, чтобы иметь плавающее напряжение 2, 3 В / ячейку. Это означает, что батарея 12 В (с 6 внутренними ячейками) имеет поплавковое напряжение 13, 8 В. Большинство производителей аккумуляторов рекомендуют поплавковое напряжение 2, 25 - 2, 3 вольта на ячейку. Когда количество клеток (обычно> 120) последовательно увеличивается, чтобы компенсировать более высокие температуры, напряжение на плаву должно быть уменьшено на ок. 3 мВ на ячейку на град. С выше 25 ° С. Его следует увеличить на ту же величину при работе при температуре ниже 25 ° С, чтобы избежать недогрузки. Напряжение отсечки составляет 1, 67 В / ячейка для высокой скорости разряда (4. Рекомендуется, чтобы батареи SMF не оставлялись в полностью разряженном состоянии более 72 часов. Батареи могут частично или полностью повреждаться из-за SULPHATION, если зарядка не начинается в течение 72 часов от полностью разряженного состояния. Сульфатирование представляет собой образование сульфата свинца на отрицательных пластинах, которое действует как изолятор и оказывает пагубное влияние на прием заряда.
5. При обычном использовании поплавка / выравнивания (от 2, 25 до 2, 35 В / ячейка) газ, генерируемый внутри батареи, рекомбинируется в отрицательные пластины и возвращается к содержанию воды в электролите. Таким образом, электрическая емкость не теряется из-за этой рекомбинации. Нет необходимости добавлять внешнюю воду, но из-за коррозии батареи электродов в конечном итоге теряют мощность.
6. При температуре окружающей среды 30-40 ° C срок годности батарей составляет 5-6 месяцев. Освежитель должен заряжать батареи каждые 6 месяцев, если это необходимо для хранения в течение более длительного времени. Батареи следует хранить в сухом, прохладном месте. При температуре окружающей среды 20 ° C (68 ° F) скорость саморазряда составляет 3-4% (приблизительно) от номинальной мощности в месяц. Скорость саморазряда зависит от температуры окружающей среды.
7. Батареи SMF оснащены безопасной системой вентиляции низкого давления, которая работает от 7 фунтов на квадратный дюйм до 10 фунтов на квадратный дюйм (может незначительно отличаться от производителя к производителю), автоматически высвобождая избыточный газ в том случае, если давление газа повышается до уровня выше нормального что обеспечивает отсутствие избыточного накопления газа в батареях. Затвердевание происходит автоматически, когда давление возвращается в нормальное состояние.
8. Циклический срок службы батареи зависит от рабочей температуры окружающей среды, скорости разряда, глубины разрядки и способа перезарядки аккумулятора. Важнейшим фактором является глубина сброса. При заданной скорости и времени разряда, чем меньше глубина разряда, тем дольше циклический срок службы.
9. Режим отказа в конце срока службы включает:
- Снижение производительности
- Внутреннее короткое замыкание
- Повреждение контейнера / крышки
- Терминальная коррозия
- Уменьшенное напряжение разомкнутой цепи.
10. IEEE определяет «B» (изгиб полезного срока службы) для батареи ИБП как точку, когда он больше не может подавать 80 процентов своей номинальной емкости в ампер-часы (AH). Соотношение между мощностью AH и временем выполнения не является линейным, уменьшение мощности на 20% приводит к значительному сокращению времени выполнения. Когда аккумулятор достигает 80% от его номинальной мощности, процесс старения ускоряется, и батарею следует заменить. Некоторые производители ИБП / батареи определяют «B» (Изгиб срока службы) для батареи ИБП, когда емкость аккумулятора достигает 50-60% от его номинальной емкости.
11. Следует избегать смешанного использования батарей с различной емкостью, следует избегать разных марок, поскольку это приведет к ускоренному старению цельной струны.
12. Если необходимо использовать две или более группы батарей, подключенных параллельно, они должны быть подключены к ИБП по длине проводов, кабелей или шин, которые имеют одинаковое сопротивление линии шлейфа друг относительно друга. Это гарантирует, что каждый параллельный банк батарей имеет такое же полное сопротивление ИБП, как и любой другой из параллельных блоков, тем самым обеспечивая правильное выравнивание источника, чтобы обеспечить максимальную передачу энергии на нагрузку ИБП.
13. Батарея SMF нормальной жизни поддерживает ок. 200 циклов заряда / разряда при 25 ° C (77F) и 100% глубины разряда.
14. Термин «B» (« Изгиб срока службы») для батареи ИБП относится к тому, что эти батареи не требуют жидкости. Но профилактическое обслуживание, такое как проверка на наличие трещин и деформации контейнера и крышки, утечки электролита / разбрызгивание соединения и т. Д., Особенно для батареек повышенной емкости AH, должно быть сделано для предотвращения любого повреждения.
Никель-кадмиевые батареи (Ni-Cd)
Ni-cd аккумуляторы выделяют водород и кислородный газ, продукты электролиза, но в качестве свинцово-кислотных аккумуляторов нет коррозионных газов, поэтому они могут быть установлены вблизи электронного оборудования. Потребление воды относительно невелико, поэтому обслуживание низкое. Нормальный срок службы 20-25 лет. Это самые дорогие из обсуждаемых ранее типов батарей. Первоначальная стоимость может быть примерно в три раза выше, чем у свинцово-кислотной батареи в зависимости от их емкости AH.
Эти батареи не испытывают серьезного сокращения срока службы при работе при повышенных температурах и лучше работают при низких температурах, чем свинцово-кислотные батареи. Номинальное напряжение ячейки составляет 1, 2 В / ячейка. Зарядные устройства и инверторы должны быть спроектированы для работы с низкими напряжениями отсечки ячеек и более высоким заряжающим напряжением, необходимым для таких батарей.
Эти батареи иногда требуют повышения зарядки и обычно находят свое применение, когда ИБП поддерживают критичное оборудование во взрывоопасных средах, таких как химические, удобрения, цементная промышленность.
ЗАСЛУГИ / взысканий
Как пишется ранее, все вышеупомянутые типы батарей имеют свои достоинства и недостатки. Давайте теперь посмотрим на них индивидуально.
A) Вентилируемые или затопленные свинцово-кислотные батареи
Заслуги
- Наиболее экономичный среди трех типов батарей.
- Жизнь выше, чем батареи SMF.
- Надежный - не очень чувствительный к температуре.
Demerits
- Требуется периодическое обслуживание - два раза в месяц.
- Излучает коррозионные пары.
- Требуется специальная аккумуляторная комната с кислотоустойчивой обработкой.
- Нельзя перевозить в заряженном состоянии, первоначальная зарядка занимает от 55 до 90 часов.
- Требуются специально обученные люди для обработки из-за очень опасной серной кислоты.
B) Герметичные необслуживаемые батареи / Клапаны с регулируемой свинцовой кислотой
Заслуги
- Никакое обслуживание в отношении заполнения воды, проверки удельного веса и т. Д.
- Может поставляться в заряженных условиях, поэтому они готовы к использованию.
- Удобный.
Demerits
- Оставляя батареи в разряженном состоянии для более длительного срока службы, значительно сократит срок службы или может повредить их навсегда.
- Очень чувствительна к температуре
- Срок службы, самый низкий среди трех типов
- Более дорогая, чем залитая / вентилируемая свинцово-кислотная батарея
C) Никель-кадмиевые (Ni-cd) батареи
Заслуги
- Умеренное обслуживание
- Более высокий срок службы
- менее чувствительный к температуре
- Пары, не вызывающие коррозии, могут быть установлены вблизи электронного оборудования
Demerits
- Самый дорогой из трех типов
- Нельзя перевозить в заряженных условиях.
- Необходимо учитывать совместимость с зарядным устройством и инвертором.
Резюме технико-коммерческого анализа между Ni-Cd и свинцово-кислотными батареями
| Нет. | Описание | Ni-Cd | Свинцово-кислотный | замечания |
| 1 | Критерии надежности | Наихудший отказ корпуса - короткое замыкание ячейки. Результат - снижение производительности. Батарея продолжит поддерживать систему. | Наихудшим случаем отказа является разомкнутая цепь. Результат - полная потеря батареи, известная как «внезапная смерть», что приводит к непредсказуемому сбою системы. | Этот момент делает NiCd превосходным с точки зрения цели |
| 2 | Требования к кондиционированию и дополнительные затраты на электрическую энергию | ноль | да | Дополнительная стоимость за счет оборудования для кондиционирования воздуха и эксплуатационных расходов - для VRLA |
| 3 | Срок службы батареи, как утверждают производители Великобритании (промышленные батареи) | 20 лет | 5-7 лет | Замена стоимости VRLA через каждые 5-7 лет будет связана с увеличением стоимости производства в течение этого года. Например, 6-й, 12-й и 18-й. |
| 4 | Стоимость батареи | Примерно в 3 раза больше, чем VRLA | - | - |
| 5 | Относительные затраты Начальный и жизненный цикл | Ni-Cd-клетки имеют более высокую начальную стоимость, чем свинцовая кислота, но превосходят срок службы и характеристики, что позволяет снизить стоимость жизненного цикла во многих приложениях. | Кислота свинца имеет низкую начальную стоимость, но ограниченный срок службы. Во многих приложениях они могут иметь низкую стоимость жизненного цикла. | - |
| 6 | Физический размер | Ni-Cd-клетки обычно больше, чем клетки VRLA. | Что касается А, свинцовая кислота (VRLA) является самой компактной батареей. | |
| 7 | Водоподготовка | Иногда требуется | Не требуется |
Краткое изложение Сравнение между трубчатой затопленной (обычной свинцово-кислотной) батареей с SMF свинцово-кислотной батареей
| Нет. | Трубчатая свинцово-кислотная батарея | Аккумулятор VRLA |
| 1 |
Трубчатые положительные пластины: Положительный активный материал удерживается в полиэфирной трубке. Это не позволяет материалу пролить во время цикла зарядки-разрядки, что приводит к длительному циклическому циклу жизни - минимум 1200 циклов при глубине разгрузки 80%. |
Плоские вставленные положительные пластины: Положительный активный материал представляет собой пастообразную форму, наклеенную на сетку из свинцового сплава. Это приводит к более коротким циклическим ресурсам по сравнению с трубчатой конструкцией. - Минимум 500 циклов при глубине сброса 80% |
| 2 | Электролит: стационарные батареи резервного питания ИБП и электростанции работают на электролите низкого удельного веса (1.200) и больше по объему. Это приводит к уменьшению коррозии сеток и увеличению срока службы. Больший объем позволяет батарее сравнительно охладиться, что также добавляет к жизни. | Электролит: батареи VRLA работают на электродах с высоким удельным весом (от 1.280 до 1.300) и меньше объема. Ячейки нагреваются во время зарядки и высокоскоростных разрядов, которые влияют на срок службы. |
| 3 | Сепараторы: используются микропористые полиэтиленовые сепараторы. Это позволяет движение ионов и положительное отрицательное разделение пластины. | Сепараторы: в этих батареях используются адсорбирующие стеклянные разделители мата с более близким расстоянием между положительной и отрицательной пластинами. Таким образом, вероятность короткого замыкания в ячейках больше. |
| 4 | Совместимость с зарядкой: трубчатые стационарные свинцово-кислотные батареи могут заряжаться с режимом постоянного тока и постоянного напряжения. Заполненные батареи электролита могут выдержать больше злоупотреблений во время зарядки. Вода, потерянная в электролите во время такой оскорбительной перезарядки, может быть легко изготовлена вручную путем периодического пополнения. Отстающие клетки можно довести до нормальной жизни за счет расширенной уравнительной зарядки, не оказывая существенного влияния на другие клетки. | Совместимость с зарядкой: батареи VRLA требуют постоянной зарядки напряжения с указанным пределом только для предотвращения перезарядки. Если случайно условия зарядки будут изменены, батарея нагревается, что ухудшит срок службы батареи. Хотя нет необходимости в пополнении из-за принципа рекомбинации, он не всегда эффективен на 100%, поэтому некоторая потеря воды во время использования не может быть предотвращена. Это приводит к дополнительному увеличению удельного веса электролита и сокращению срока службы. Уравнивание (расширенная) зарядка в батареях VRLA приводит к тому, что некоторые ячейки нагреваются и снижают срок службы. |
| 5 | Контейнеры: Мы используем прозрачные контейнеры SAN. Уровень электролита легко виден для удовлетворения потребностей и простоты обслуживания. Низкие расходы. | Не применимо: не удается контролировать электролит |
| 6 | Потребность в регулировании температуры: из-за большого объема электролита температура ячеек обычно не увеличивается при зарядке. Нет необходимости в кондиционировании воздуха. | Необходимость в регулировании температуры: плотная компоновка упаковки и компактность стопки в узле ячейки резко повышают температуру во время зарядки. В связи с этим производители аккумуляторов VRLA неизменно рекомендуют использовать кондиционеры для батарейных отсеков. Это увеличивает стоимость обслуживания. |