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阀控密封铅酸蓄电池着火的原因及预防

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-26 2:33:47 * 浏览: 23
阀控式密封铅酸电池在备用电源领域中占有重要地位,但是作为化学容器,铅酸电池本身仍然存在许多潜在的危险。例如,电池膨胀,泄漏甚至着火。特别是当电池着火时,会造成巨大的损失,因此如何检测和防止这些故障对于设备的正常运行尤为重要。本文介绍了铅酸电池起火的原因及相应的检测方法,并从电池反应原理探讨了如何防止铅酸电池起火的方法。 Ponemon Research对北美63个数据中心的调查显示,UPS电池故障是导致设备故障中大多数数据中心停机的“罪魁祸首”,而65%的受访者认为UPS电池故障正在导致数据中心停机。报告的数据中,除人为和自然灾害外,UPS系统故障占2016年设备故障导致数据中心中断的原因的25%。在UPS故障的原因中,铅酸电池是导致故障的原因。主要原因是该概率高达50%。在铅酸蓄电池的众多隐患中,由于各种原因引起的火灾一直起着“杀手one”的作用,因此如何有效地发现和预防蓄电池着火事故也是研究的热点。图1是电池泄漏和着火的场景。 1铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池是一种储能和转换的装置。电池放电后,直接将化学能转化为电能,充电后直接将电能转化为化学能并存储。充电和放电过程通过化学反应完成。铅酸电池的电化学反应式如下:从上述反应式可以看出,电池充电后,如果继续充电,将导致电解液中的水发生电解。电解水的结果将使电池的正极部分产生氧气,而负极部分产生氢气。如果这些气体无法重新混合,则电池会失水并变干。因此,需要定期进行水维护。阀控式密封铅酸蓄电池无需维护水。最重要的关键是电池可以重新结合电池内部的氧气并抑制氢的沉淀。 2电池起火的原因(1)电池之间的连接松动。根据能量计算公式:Q = I2RT(Q代表能量,I代表电流,R表电阻,T代表时间)。热量,放电电流和电阻值越大,释放的热量越大。电池之间的连接松动会导致接触电阻增加,并且会随着时间的流逝而增加。当电池用于输出时,流经该部分的电流会产生热量。流过的电流越大,持续时间越长,将产生更多的热量,并且温度将继续升高。当温度升高到一定水平时,会导致电池端子发热并导致外壳材料碳化,ABS会冒烟并着火。由松动的连接引起的着火场景如图2所示。图3是在大学计算机房的一组中对4个电池进行一定放电后的温度时间曲线。电池的电池配置电压为528V,每组44电池,单电池规格为12V100Ah,调试时间为1年。从图中可以看出,第39节中的电池温度从放电开始就已经急剧上升,当电池放电1小时后,温度已经接近80°C。放电后,检查第39电池连接是否松动。可以看出,松动的连接确实会导致电池异常发热,并存在着火的隐患。 (2)蓄电池的热失控。蓄电池的热失控意味着蓄电池过度充电或环境温度过高,这会导致充电电流过大。产生的热量将进一步加热电池。电池温度升高会导致电池内部电阻升高y减小,内部电阻减小将增强充电电流。温度的升高和电流的增加是相互促进的,因此电池的内部温度可以高达120°C或更高,并且ABS外壳变软(ABS软化点约为90°C),导致电池膨胀,泄漏并着火。应该注意的是,具有正常浮动电荷的电池在中,后期也可能会发生热失控,这是因为电池在充电结束时会发生电解水反应,并且氧气的复合效率无法达到100%,并且连续电解液丢失将导致隔离。电路板的饱和度降低,这将增加密封电池的氧气重组电流,不仅增加电池的浮动充电电流,加速​​电池的加热并进一步脱水,最终导致热失控。因此浮动充电本质上是一种过充电。如果电池过度充电,则电池内部的电解水速度将加快,并且这些气体在继续积累之前将不会被吸收。当电池的内部压力超过阀开启压力时,氢气和氧气混合的易燃易爆气体将被排出。当外部有火花时,容易点燃。 (3)电池泄漏铅酸电池泄漏是指在使用电池时,由于电气图2的连接松动而引起的火池表面电解液的泄漏。电池酸泄漏的原因通常可分为三类:生产过程中的结构密封损坏,例如未及时发现的极和壳体的焊接或结合表面缺陷。使用中会发生漏液。 ②在运输或安装过程中操作不当可能会对电池盒造成明显或无形的损坏,因此不能及时取出。 ③充电设置不合理,会导致电池组长时间过充并导致电极板。生长,外壳损坏和泄漏。根本原因仍然是收费过高。图4是电池泄漏的场景。通常,UPS的接地系统应满足低压接地系统上IEC60346标准的要求。这意味着对于大多数UPS,电池组的中心线和电池架都接地。因此,当电池组中的电池泄漏液体并且泄漏的电解质流到电池架时,电池组之间将形成短路并引起事故。 3故障的检测与预防对于上述故障,例如明显的电池漏液和电池连接松动,可以通过查看外观和定期检查来查找。但是,毕竟,一旦发生故障,就无法立即找到这些方法,而当发现问题的次数很多时,也可能是事故发生之日。那么,有什么方法可以从根本原因进行预测或有效地延迟它吗?对于连接杆的总运动,可以通过连接电阻和电池的温度变化来检测。对于热失控,从以上原因分析中,我们可以得出一个结论:这些故障的最重要原因之一是过充电。如果能够延迟或防止过充的发生,那也意味着它可以有效地延迟并提前预防事故。对于电池泄漏,可以通过监视电池输出到地面的绝缘性能以及检测电池泄漏来判断。 (1)电池之间的连接松动图5中的电池是某个操作人员在电池正常运行期间实时收集的一组24个电池单元的内部电阻数据。从图中可以看出,蓄电池单节电池的内阻属于正常范围,一致性好,内阻值在0.2至0.3mΩ之间。投入使用一段时间后,如果连接杆松动,将导致电池的接触电阻增大,内阻测试值不可避免地增大。为了验证内部电阻(包括连接器的内部电阻)之间的相关性松开),松开21电池的内阻,并再次测试电池的内阻。测试结果如图6所示。21电池内阻的变化很大,这说明了内阻(包括连接的内阻)与松动连接之间的直接关系。可以看出,通过监视电池之间的连接电阻,并分析和判断收集的数据,可以确定电池是否存在连接松动的危险并防止起火。 (2)蓄电池的热失控。蓄电池的热失控主要是由蓄电池的过度充电和高温引起的。只要能够避免电池过度充电和高温,就可以有效地防止电池的热失控。 ①电池智能管理系统实时监控电池状态。当系统发现电池的浮动充电电压过高或充电时间过长时,会产生相应的警报,并将其推送给相关的运维人员。相应的处理可以有效防止电池过度充电。 ②通过智能电池管理系统实现精细的充电管理。系统需要准确测量和计算电池的充放电。当系统检测到电池已充满电时,它将自动停止充电。为避免电池过度充电。对于浮动充电方案,当电池未放电时,系统应定期充电以补偿由于自放电而造成的电池电量损失。电池充满电后,系统会自动终止充电,以避免由于连续浮动充电而导致过度充电,从而使电池组始终保持其状态,并有效地延长了电池寿命。智能电池管理系统可以智能地管理电池充电。当电池快满时,如果检测到环境温度异常升高,系统将发出指令,并通过智能控制模块将电池置于睡眠模式(无充电电流)。当电池温度降至正常状态时,请继续为电池充电。这可以有效防止温度和电流相互促进的恶性循环,从而防止热失控的发生。 (3)电池泄漏的电气检测①隔离式输入UPS常用的UPS拓扑包括输入隔离变压器,用于调节整流器的输入电压并使整流器与电源隔离。这种设计的优点是,UPS电池基本上与地面隔离,因此直流电源路径和地面之间没有电气连接。图7是带有隔离变压器的UPS输入电路图。对于这种类型的隔离输入UPS,由于DC电源路径与地面之间没有电气连接,因此在正常情况下,并且如果在接地情况下发生了接地故障,则正负直流母线对地的绝缘电阻应为无穷大。直流电路,无论系统直流链路中哪里发生接地故障,都会降低系统总线的绝缘电阻。表1显示了在实验室中建立的隔离输入UPS环境中,泄漏前后系统总线的绝缘电阻和泄漏电流的变化。因此,可以检测直流输出和地面之间的绝缘电阻,并且可以使用正母线和负母线对地的绝缘性能的变化来确定是否发生了电池泄漏或其他接地故障。当前用于检测绝缘电阻的方法包括平衡电桥和不平衡电桥检测方法。 ②非隔离式输入UPS非隔离式输入UPS的电路不包含隔离变压器。整流器不需要调节输入电压,也不需要将整流器与电源隔离。与具有输入隔离变压器的UPS相比,此设计的优势在于更高的效率和更低的成本。这种设计的主要缺点之一是缺少输入隔离变压器来提供UPS电池上的电气接地参考,因此使直流电路与地面处于非隔离状态。图8是非隔离输入UPS的电路图。对于非隔离式UPS,直流电路和接地处于非隔离状态,因此当直流电路中发生接地故障时,正母线和负母线对地的绝缘电阻不会有太大变化,因此难以计算电阻变化确定电路是否存在接地故障。对于这种类型的UPS,应使用正负母线电流总和检测电路来检测接地故障。所谓直流总和检测是通过霍尔传感器检测正母线和负母线的直流总和。通常情况下,正母线电流和负母线电流之和应为零。如果电路中发生接地故障,则电池总线与故障点之间会形成环路,从而导致泄漏。此时,正母线电流和负母线电流之和不为零。表2是实验室中构建的非隔离输入UPS环境。液体前后系统总线的绝缘电阻值和泄漏电流值的变化。因此,通过检测正负母线电流之和,可以有效地检测直流电路中是否存在电池泄漏或其他接地故障。 ③其他注意事项当然,任何检测方法都有一定的局限性,例如电池漏液