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    機房中鉛酸蓄電池的性能參數及優缺點

    發布時間:2018-10-28  瀏覽:2725次  字號:  

     隨著各行業數據中心機房建設的飛速發展,數據中心機房的設備承載壓力逐漸擴大,機房中鉛酸蓄電池也叫閥控密封式鉛酸蓄電池,高頻開關電源、不間斷電源(UPS)等電源設備的數量也隨之急劇增加,從而使得蓄電池得到了廣泛應用,下面詳解數據中心機房中鉛酸蓄電池的性能參數及優缺點。
     
    鉛酸蓄電池的電性能用下列參數量度:
     
    1、容量
     
    電池容量是指電池儲存電量的數量,以符號C表示。常用的單位為安培小時,簡稱安時(Ah)或毫安時(mAh),電池的容量可以分為額定容量(標稱容量)、實際容量。
     
    (1)實際容量
     
    實際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時間的乘積,單位為Ah。
    (2)額定容量
     
    額定容量是電池規定在在25℃環境溫度下,以10小時率電流放電,應該放出最低限度的電量(Ah)放電率是針對蓄電池放電電流大小,分為時間率和電流率,放電終止電壓。鉛蓄電池以一定的放電率在25℃環境溫度下放電至能再反復充電使用的最低電壓稱為放電終了電壓,額定容量,固定鉛酸蓄電池規定在25℃環境下,以10小時率電流放電至終了電壓所能達到的額定容量。10小時率額定容量用C10表示。10小時率的電流值
     
    2、儲存性能
     
    蓄電池在貯存期間,由于電池內存在雜質,如正電性的金屬離子,這些雜質可與負極活性物質組成微電池,發生負極金屬溶解和氫氣的析出。又如溶液中及從正極板柵溶解的雜質,若其標準電極電位介于正極和負極標準電極電位之間,則會被正極氧化,又會被負極還原。所以有害雜質的存在,使正極和負極活性物質逐漸被消耗,而造成電池喪失容量,這種現象稱為自放電。
    電池自放電率用單位時間內容量降低的百分數表示:即用電池貯存前(C10’)(C10”)容量差值和貯存時間T(天、月)的容量百分數表示。
     
    3、循環壽命
     
    蓄電池經歷一次充電和放電,稱為一次循環(一個周期)。在一定放電條件下,電池工作至某一容量規定值之前,電池所能承受的循環次數,稱為循環壽命,各種蓄電池使用循環次數都有差異,傳統固定型鉛酸電池約為500~600次,起動型鉛酸電池約為300~500次。閥控式密封鉛酸電池循環壽命為1000~1200次。
     
    影響循環壽命的因素一是廠家產品的性能,二是維護工作的質量,固定型鉛電池用壽命,還可以用浮充壽命(年)來衡量,閥控式密封鉛酸電池浮充壽命在10年以上,對于起動型鉛酸蓄電池,按我國機電部頒標準,采用過充電耐久能力及循環耐久能力單元數來表示壽命,而不采用循環次數表示壽命。即過充電單元數應在4以上,循環耐久能力單元數應在3以上。
     
    4、內阻
     
    電池內阻包括歐姆內阻和極化內阻,極化內阻又包括電化學極化與濃差極化。內阻的存在,使電池放電時的端電壓低于電池電動勢和開路電壓,充電時端電壓高于電動勢和開路電壓。
     
    電池的內阻不是常數,在充放電過程中隨時間不斷變化,因為活性物質的組成、電解液濃度和溫度都在不斷地改變,歐姆電阻遵守歐姆定律,極化電阻隨電流密度增加而增大,但不是線性關系,常隨電流密度的對數增大而線性增大。
    5、電池電動勢、開路電壓、工作電壓
     
    當蓄電池用導體在外部接通時,正極和負極的電化反應自發地進行,倘若電池中電能與化學能轉換達到平衡時,正極的平衡電極電勢與負極平衡電極電勢的差值,便是電池電動勢,它在數值上等于達到穩定值時的開路電壓。
     
    電動勢與單位電量的乘積,表示單位電量所能作的最大電功,但電池電動熱與開路電壓意義不同:電動勢可依據電池中的反應利用熱力學計算或通過測量計算,有明確的物理意義。后者只在數字上近于電動勢,需視電池的可逆程度而定,電池在開路狀態下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池正極電極電勢與負極電極電勢之差,電池工作電壓是指電池有電流通過(閉路)的端電壓。
     
    在電池放電初始的工作電壓稱為初始電壓,電池在接通負載后,由于歐姆電阻和極化過電位的存在,電池的工作電壓低于開路電壓。
     
    數據中心機房中鉛酸蓄電池的優缺點:
     
    鉛酸蓄電池作為存儲電能的裝置,它具有電動勢能高、充放電可逆性好、使用溫度范圍廣、原材料豐富廉價等特點,獲得了廣泛的應用,盡管鉛酸蓄電池具有這些優點,但是在數據中心里,大規模的鉛酸蓄電池應用也暴露出了其缺點,其重量造成的機房承重問題、維修要求高、相對壽命短、并且還富含毒性。
     
    1、鉛酸蓄電池的優缺點
     
    從150年前第一只鉛酸蓄電池問世至今,它依然是三首眩的備用能源存儲解決方案,能夠有效地滿足數據中心獨特的供電需求,其經濟特性還沒有其他主流技術可以匹敵,鉛酸蓄電池在數據中心的使用情況不像叉車、電動車等,能獲得正常穩定的使用,而是大部分時間處于閑置狀態,鉛酸蓄電池先用直流電源對其充電,將電能轉化為化學能儲存起來,當市電中短時,UPS依靠儲存在蓄電池中的能量維持其逆變器的正常工作,在此期間,鉛酸蓄電池可以提供充足的備份時間,當市電恢復后,蓄電池又進行充電,然后進入等后期,另外,鉛酸蓄電池價格相對較低,是目前最具成本效益的電能儲存解決方案。
    2、鉛酸蓄電池也有一些較為突出的缺點:
     
    (1)高昂的維修費用
     
    目前的UPS產品所使用的蓄電池通常叫做“免維護鉛酸蓄電池”,事實上,它們面年至少需要兩次檢查,以確保它們無腐蝕、工作狀態良好以及單只蓄電池之間連接緊密。
     
    (2)可靠性的不可預見隱患
     
    為了保障蓄電池的可靠性,唯一的途徑是對蓄電池進行監測。然而每次測試蓄電池都會減少其容量并縮短其使用壽命。雖然最現代的UPS內置電池測試方案可以減少這種磨損,但是并沒有消除。
     
    (3)更換成本高
     
    密封鉛酸蓄電池的使用壽命一般為4到5年,而UPS的壽命一般是它們的2到3倍,所以在UPS的一個完整生命周期里,數據中心需要把更換電池組的費用也做在初期的預算里。
     
    (4)能量密度低
     
    鉛酸蓄電池質量比較重,體積較大,一臺典型的中型UPS的電池組大約為5到8噸,需要考慮放置位置及承重問題。
     
    (5)電池監測系統
     
    蓄電池容量檢測時,無論是離線方式還是在線方式,都必須設置備用電源作為防范措施,以保證安全,但是,檢測時因為電池組數量多,放電時間長,放電后又要及時進行充電,所需的人力和電能消耗很大,對蓄電池本身也有一定的損耗。在操作過程中,在脫開和鏈接蓄電池及假負載時,由于電位差的村財似的操作帶有危險性。并且檢測過程相當復雜,費用昂貴。
     
    (6)高處理成本
    UPS的電池組里均含大量的劇毒硫酸,因此,處理淘汰掉的蓄電池需要昂貴的費用。通常,廢舊電池可用來循環再造,回收的蓄電池需要按照國家的要求做相應處理,其中包制造商回收時的運費,所以前期購置蓄電池組是應把后期的處置費用考慮進去。
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