科士达电池包和科士达铅酸电池的充放电效率对比分析
科士达锂电池包和铅酸电池的充放电效率对比分析。锂电池包与铅酸电池这两者经常会被大家进行比较,尤其是在UPS应用方面。
主要因为锂电池包与铅酸电池是现在UPS上最常用的储存能量的电池。其中铅酸电池是从UPS出现起就沿用至今的储能电池,而锂电池包是近几年迅速发展起来的相较于铅酸电池有着更多优势的储能电池。
锂电池UPS相较于铅酸UPS有着众多的优势之处,在这些优势之中,锂电池包与铅酸电池充放电效率的差异也是一大对比之处。
锂电池包和铅酸电池的充放电效率对比
锂离子电池放电时,它的工作电压总是随着时间的延续而不断发生变化,用电池的工作电压做纵坐标,放电时间,或容量,或荷电状态(SOC),或充放电深度(DOD)做横坐标,绘制而成的曲线称为充放电曲线。
根据充放电曲线,可以判断电池工作性能是否稳定,以及电池在稳定工作时所允许的最大电流。以下两张图分别是铅酸电池和锂电池包的充放电曲线,从曲线图中可以直观的得出两者的充放电效率,哪种电池效率更高,大家自己也能判断。
对于同样的完全充电的铅酸电池,在相同的温度下,采用不同倍率的放电电流,其放电输出特性有很大的差别,造成动力不稳定。
对于同样的完全放电的锂电池包,在相同的温度下,采用不同倍率的放电电流,其放电输出特性非常稳定,与铅酸电池相比充放电效率要高许多。
锂电池包充放电曲线除了充放电效率方面,锂电池包相较于铅酸电池有优势,在其他一些方面,锂电池包也有着许多的优势之处。
锂电池包和铅酸电池的其他方面对比
体积重量
同等体积下,锂电池包的体积和重量均为铅酸的三分之一,能够有效节省安装空间,更有利于空间的规划,便于集中管理,减少运维成本。
材料组成
锂电池包一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池。
锂电池包的组成材料相较于铅酸电池在安全环保方面都有着很大的优势,如果锂电池包发生泄漏,泄漏出的液体也不会对工作人员及周围环境产生较大的威胁。
由于本文的主旨是分析锂电池包和铅酸电池的充放电效率对比,所以有关于锂电池包与铅酸电池在其他方面的一些对比就不多提了。
从上面锂电池包与铅酸电池的充放电曲线图,大家就可以看出来了,科士达电池包相较于铅酸电池,放电输出特性要稳定许多,充放电整体效率也要高很多。
科士达蓄电池构造和性能
所谓免维护蓄电池,是指在规定的使用条件下,使用期间不需要进行维护的蓄电池。对于车用铅蓄电池来讲,也就是使用期间不需经常添加蒸馏水的蓄电池。
科士达电池免维护蓄电池的结构特点为了提高铅科士达蓄电池的使用寿命,随着其使性能,免维护蓄电池的正极板栅架一般采用铅钙合金或低锑合金制作,而负极栅架均用铅钙合金制作。为了减小极板短路和活性物质脱落,其隔板大多采用超细玻璃纤维棉制作,或将其正极板装在袋式隔板内。为了防止氧气、氢气垂直上溢,减小水分损失和活性物质脱落,极板组多采用紧凑结构。为了缩短联接条的长度,减小内阻,提高蓄电池的起动性能,各单格极板组之间采用内连式接法,露在密封式壳体外面的只有正、负极桩。为了更有效地避免水分损失,在壳体上部设有收集水蒸气和硫酸蒸气的集气室,待其冷却后变成液体重新流回电解液内。为了便于检查电解液密度,了解存电情况,在其内部设有的温度补偿式密度计。密度计的指示器用不同的颜色指示蓄电池的存电情况和电解液液面高低。电解液密度正常时,指示器显示绿色,表示蓄电池存电充足;指示器显示黑色,表示电解液密度低于标准值,应进行补充充电;指示器显示黄色,表示电解液液面过低,需添加蒸馏水。
科士达蓄电池此外,为防止杂质侵入和水分蒸发,采用了仅有极桩外露的全封闭式外壳。
为防止蓄电池损坏和爆炸,在密封式壳体上设有排气孔和安全阀。安全阀中装有催化剂,可使氢气与氧气合成为水蒸气,冷却后再返回电解液内。为有效防止外来火花造成危害,在其内部还装有火花捕捉器。
免维护蓄电池的工作原理与普通铅蓄电池相同。放电时,正极板上的二氧化铅和负极板上的海绵状铅与电解液内的反应生成硫酸铅和水,硫酸铅分别沉积在正、负极板上,而水则留在电解液内;充电时,正、负极板上的硫酸铅又分别还原成二氢化铅和海绵状铅。
普通铅蓄电池,在充电接近终了时,其充电电流除了用来使正、负极板的硫酸铅还原成二氧化铅和海绵状铅外,还有一部分电流被用在水的分解上,致使蓄电池内产生根多气泡。特别是充电终了时产生和外逸的气泡就更多,从而造成电解液内水分大量散失。
免维护蓄电池,由于其负极板上的硫酸铅含量比正极板上多,因此,充足电时正极板的硫酸铅全部转变成了二氧化铅,而负极板上仍有一部分硫酸铅残留。这样,过充电时,充电电流只在正极板上用来产生氧气,而在负极板上则被用于使多余的硫酸铅转变成海绵状铅。同时,在正极板上所产生的氧气也不会外逸,而是迅速与负极板上的活性物质(海绵状铅)发生反应生成二氧化铅,再与电解液中的硫酸反应变成硫酸铅和水。
由此可见,免维护蓄电池在过充电时,其负极板上的硫酸铅永远不会消失,即负极板上不会产生氢气。即从理论上讲,免维护蓄电池即使在过充电时,其电解液中的水也不会散失。
2.科士达免维护蓄电池的性能特点
如上所述,免维护蓄电池与普通铅蓄电池的最大区别是极板材料不同。由于采用铅钙合金制作栅架,消除了铅锑合金栅架的一些弱点(如水分蒸发、过量充电、热破坏和自行放电),因此,不仅使其使用性能得到改善,而且还延长了其使用寿命和储存寿命。
科士达免维护蓄电池失水量少,一般仅为普通铅蓄电池的1/10左右,使用中一般不需添加蒸馏水。这一方面是由于铅钙合金的析氢过电位比铅锑合金高,充电时析氢量少,从而水分逸出量大大降低;另一方面是由于免维护蓄电池设有集气室,可使收集到的水蒸气冷却后重新返回电解液内,避免了水分散失。因此,使用中免维护蓄电池不需要添加蒸馏水。
普通铅蓄电池的栅架,一般用铅锑合金制作,且含锑量较高。充电时,正极栅架上的锑被逐渐溶解到电解液中,并不断地在负极板表面上沉积,与负极板上的活性物质形成微电池,使其自行放电量增大。免维护蓄电池的栅架采用的是铅钙合金,其特点是晶粒较细,耐腐蚀,不易形成微电池,自行放电量小。
普通铅蓄电池,其内部经常有硫酸气体逸出,并聚集在蓄电池的顶盖部位。这些硫酸气体在金属接头处凝结,形成短路通道,产生短路电流,并对极桩和连接件造成腐蚀。严重时,甚至影响到蓄电池功率输出。由于维护蓄电池设有集气室和新型的通气装置,不仅可避免水分散失,而且可有效地防止酸气外逸,从而大大降临了酸气对极桩连接件的腐蚀。
免维护蓄电池的起动电流比普通铅蓄电池大,起动性能好。这一方面是由于铅钙合金的导电性能比铅锑合金好,蓄电池内阻小,输出电流大;另一方面是由于免维护蓄电池采用内连式连接,缩短了连线长度,功率损失小,放电电压高。
由于免维护蓄电池采用铅钙合金制作栅架,既增加了机械强度又提高了耐充性,再加上采用袋装式隔板结构,可有效防止活性物质脱落,因此,其使用寿命显著提高。同时,由于自行放电量小,其储存寿命也大大增长,一般为普通铅蓄电池的2~3倍。
阀控密封
当前阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代开口式流动电解液铅酸蓄电池,广泛用于邮电通信电源、UPS、储能电源系统等。动力型阀控密封铅酸蓄电池已广泛用于电动助力车。这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。
化学能转换成电能的装置叫化学电池,一般简称为电池。放电后,能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能;需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池(Storage Battery),也称二次电池。
科士达蓄电池在使用时应注意哪些问题?
第一,按照正确的操作对蓄电池进行初次充电。蓄电池在第一次充电的时候必须充满,这一点是非常重要的,如果第一次充电没有充满,会在很大程度上影响蓄电池的总体性能。因此广大客户在购买蓄电池之后,应当按照相应的说明书要求进行第一次充电。
第二,在使用的过程中及时进行充电。蓄电池的电量存储是有一定限制的。在使用蓄电池的过程中,大家尽量不要等到蓄电池的电量完全耗尽才开始充电,这对于蓄电池内部会造成比较严重的损伤。在用电设备使用过程中,如果发现电量较低,最好及时进行充电,这样有助于保持蓄电池的正常性能,使用寿命。
第三,掌握正确的蓄电池充电方法。在对蓄电池进行充电的时候,应当特别留意极性是否连接正确,如果发生极性充反的现象,会直接影响到蓄电池的正常充放电,并且还会导致蓄电池报废。
深圳科士达科技股份有限公司周三在全景网互动平台上回答投资者提问时介绍,由于铅酸蓄电池的综合性价比优势目前是其他类型电池无法比拟的,公司短期内不会考虑锂电池替代铅酸蓄电池作为公司UPS配套电池。
下面我们对锂电池于铅酸蓄电池的优缺点做一下比较:
锂离子电池 VS 铅酸蓄电池
1.可充电电池(碱性蓄电池——铅酸蓄电池)
2.循环使用寿命(1200~2000次 ——500~900次)
3.比能量(150W·h/kg——40W·h/kg)
4.充电时间( 2~4h——快充3~6h(快速充电技术也尚未成熟) 慢充在8h以上)
5.充放电电能效率(锂离子电池充放电电能转换效率可大于97%——铅酸蓄电池充放电电能量转换效率约为80%左右)
6.价格(较高 24V/10Ah价格:750~1200元 ——较低 24V/12Ah价格:200~300元)
7.体积 (体积小 锂离子电池的体积是铅酸蓄电池体积的2/3 ——体积大)
8.重量 (重量轻 只有铅酸蓄电池的1/3~1/4 ——重量重 )
9.续航里程(动力——环保)
10.生产及使用中均无污染(生产中有污染——铅酸蓄电池中存在着大量的铅,在废弃后若处理不当,将对环境产生污染)。
11.锂离子电池(以恒流转恒压方式进行充电——锂电池易受到过充电、深放电以及短路的损害)
12.充电与维护(复杂,维护成本高——简单,维护成本低 提供的开路)
13.电源(提供的开路电源小,串联较多——提供的开路电源大)
首先,在本系统中单节科士达蓄电池的充电是独立进行的,在每个充电模块完全可以结合每节深圳科士达蓄电池的运行参数及运行状态科学的对每解蓄电池进行充放电,避免了因蓄电池参数不一致引起过充电,欠充电,以及过放电等问题的发生,保证了电池的使用寿命。
其二,在本系统中,每节科士达电池的检测和充电处于同一模块中,有机的结合在一起。一方面电池检测部分可以通过控制充电部分轻易实现电池电压、内阻的检测。另一方面充电部分又可以根据检测单元测得参数(包括单电池内阻、电压、温度、PH值)对电池进行合理的充电。真正实现了按蓄电池充电曲线结合其运行状态进行管理的思路。
其三,我们知道现在小容量高频开关电源的实现是很容易的,对器件和工艺不需要很高的要求。同时也具有很高的可靠性。大家可以对比一下在方案一中以现今普遍采用220V/10A模块比较,其输出功率为最高电压280V*10A=2800W,而在蓄电池容量超过800AH系统中我们还需要采用输出电流为20A的模块,其输出功率更高达5600W,大的输出容量自然对高频器件和制造工艺提出了更高的要求,同时使可靠性降低。
科士达蓄电池直流系统的异常运行现象分析
1.科士达蓄电池直流母线电压过高或过低
(1)故障现象:中央音响信号“警铃”响;直流母线故障”光字牌亮;直流母线电压指示偏离允许值。
(2)故障处理:
1)检查电压监察装置的电压继电器动作是否正确。
2)观察充电器装置输出电压和直流母线绝缘监视仪表显示,或用万用表测量母线电压,综合判断直流母线电压是否异常。
3)调整充电器魄输出使直流母线电压和浮充电流恢复正常。
4)若直流母线电压异常,系充电器装置故障引起,则应停用该充电器,倒换为备用充电器运行。
2.科士达电池直流系统接地
(1)故障现象:中央音响信号“警铃”响;“直流母线故障”光字牌亮;直流系统绝缘监视装置的“绝缘降低”指示灯亮;测量直流母线正、负极对地电压,极不平衡。
(2)故障处理:为防止一点接地后又出现另一点接地,引起保护误动或拒动,或造成两极接地短路,烧坏蓄电池,故必须迅速消除直流系统一点接地故障。寻找接地点的方法、
原则和顺序如下:
1)寻找接地点的方法。采用瞬时停电法寻找接地点,即瞬时拉开某直流馈线的开关,又迅速合上(切断时间不超过3s)。拉开时,若接地信号消失,且各极对地电压指示正常,则接地点在该回路电。
2)寻找接地点的原则。①对于双母线的直流系统,应先判明哪一母线发生接地;②按先次要负荷后重要负荷、先室外后室内顺序检查各直流馈线,然后检查科士达蓄电池、充电设备、直流母线;③对次要的直流馈线(如事故照明、信号装置、合闸电源)采用瞬停法寻找,对不允许短时停电的重要馈线(如跳闸电源),应先将其负荷转移,然后再用瞬停法寻找接地点。
(3)寻找接地点按以下顺序进行:、
1)判明接地极性和接地程度。利用直流绝缘监察装置测量正、负极对地电压。绝缘良好时,正、负极对地电压相等或均为零;若正极对地电压升高或等于母线电压,负极电压降低或等于零,则为负极绝缘降低或接地;反之,为正极绝缘降低或接地。
2)检查检修设备或刚送电设备的直流馈线回路是否接地。
3)检查直流照明和动力回路是否接地。
4)检查闪光装置、直流绝缘监察装置回路是否接地。
5)检查控制、信号回路是否接地(先停用有关保护)。
6)检查充电装置和科士达蓄电池是否接地。
7)经上述检查未找出接地点,则为母线接地。
3.充电器装置故障
充电器的常见故障有:
(1)装置输出发生过电压与过电流。当装置输出发生过电压与过电流时,装置能够自动保护并发出声光报警信号。此时,应将电压、电流调节旋钮旋转到零位,按动两次报警、保护复归按钮,再重新调节电压、电流调节旋钮,使电压或电流达到实际使用值。
(2)交流输入故障。当输入交流出现故障时,装置能够自动保护并发出声光报警信号。
此时,应拉开装置输人的电源开关,解除装置的警铃声响,待输入交流故障排除后,再合上电源开关,按正常操作程序重新起动装置。
(3)熔断器熔断。当装置整流变压器T的一次保护熔断器(或二次保护熔断器)熔断时,装置能够自动保护,并发出声光报警信号。此时,应拉开交流输入电源开关,查找熔断器熔断原因。排除故障后,更换与原熔断器容量相同的熔体,按正常操作程序重新起动装置。
(4)深圳科士达蓄电池装置达不到额定标称电压。当装置达不到标称额定电压时,第一步检查装置三相交流输入的相序是否与装置要求相符;第二步检查整流变压器二次电压是否满足要求(即U=1.35Uz。其中(,为直流输出电压,U2为整流变压器输出电压,1.35为三相整流系数);第三步检查6路脉冲波形是否正常;第四步检查整流主电路6只晶闸管有无损坏。
阀控式铅酸蓄电池(VRLAB)里面的电解液全部吸附在电池的隔膜内,没有游离的电解液,这种设计是一种典型的贫液式电池。 VRLAB自诞生至今,由于其操纵维护简单,开释有害气体少,对环境的污染程度大大降低,等优点而受到许多用户的好评。
运行几年之后,也会出现一些问题,主要集中在其寿命短,一般不足6年,与其设计寿命10年以上的标准要求相差甚远。通过对多次电池分析及试验,证实很多电池是由于使用不当,或使用环境温度过高,造成电池失水过多过快,电池内部液体太少导致化学反应无法进行,致使电池的寿命提前终止。电解液干涸是VRLAB失效的一个重要原因,用户在使用用过程中,长期进行过充,致使大量的水分电解,产生气体,从泄气阀处散失;同时由于电池壳体致密度的原因,电池长时间处于高温、干燥的环境中也轻易通过壳体损失水分。试验证实:电解液中的水分损失15%以上,电池的容量也将损失15%以上。电池容量低于85%,就标志着电池寿命的终止。
电池在运行中的不正常现象
充电时间短:充电后期发热严重,科士达蓄电池在充电时,端电压上升得很快,在较短的时间内就会达到规定的数值。同时由于隔膜中的水分减少,使电池的内阻增大,造成电池在充电过程中产生的热量增加,引起电池发热。
科士达电池放电时间变短:电池的放电容量较低电池在充电结束后,使用时,电池的端电压下降的速度较快,设备很快就无法工作了,证实电池容量降低得较多。
造成电池不正常现象的原因主要有哪些?
1、浮充电电压过高
VRLAB大部分是浮充使用,电池充电结束后,进进浮充状态使用,假如浮充电压过高,就会引起电解液中水分的分解,产生气体,通过泄气阀开释出往。长期这样使用,就会造成电解液水分的大量电解、散失,造成电池的干涸失效。电池容量随之降低,寿命随之缩短。
深圳科士达蓄电池使用环境温度较高
使用环境温度过高,使电池在充电过程中产生的热量无法及时扩散到空气中往,加速了电解液的损失。同时由于电池壳体的致密度等原因,电池长时间处于高温、干燥的环境中也轻易通过壳体损失水分。
VRLAB失效的一个主要原因是电池缺水引起的干涸失效。其成因主要是浮充电压和使用环境温度较高,引起电池失水速度加快,使电池在充放电过程中极化过大,无法工作。
为了延长阀控式蓄电池的使用寿命,请做好蓄电池定期充放电工作,以及对使用环境的控制。
蓄电池经常过量充电,即使充电电流不大,但电解液长时间“沸腾”,除了活性物质表面的细小颗粒易于脱落外,还会使栅架过分氧化,造成活性物质与栅架松散剥离。