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機(jī)房中鉛酸蓄電池的性能參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)

2018-03-16   |  來源:煒業(yè)通科技
隨著各行業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備承載壓力逐漸擴(kuò)大,機(jī)房中鉛酸蓄電池也叫閥控密封式鉛酸蓄電池,高頻開關(guān)電源、不間斷電源(UPS)等電源設(shè)備的數(shù)量也隨之急劇增加,從而使得蓄電池得到了廣泛應(yīng)用,下面詳解數(shù)據(jù)中心機(jī)房中鉛酸蓄電池的性能參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)。

 

隨著各行業(yè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備承載壓力逐漸擴(kuò)大,機(jī)房中鉛酸蓄電池也叫閥控密封式鉛酸蓄電池,高頻開關(guān)電源、不間斷電源(UPS)等電源設(shè)備的數(shù)量也隨之急劇增加,從而使得蓄電池得到了廣泛應(yīng)用,下面詳解數(shù)據(jù)中心機(jī)房中鉛酸蓄電池的性能參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)。
  
  鉛酸蓄電池的電性能用下列參數(shù)量度:
  
  1、容量
  
  電池容量是指電池儲存電量的數(shù)量,以符號C表示。常用的單位為安培小時(shí),簡稱安時(shí)(Ah)或毫安時(shí)(mAh),電池的容量可以分為額定容量(標(biāo)稱容量)、實(shí)際容量。
  
 ?。?)實(shí)際容量
  
  實(shí)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(shí)間的乘積,單位為Ah。
  
  (2)額定容量
  
  額定容量是電池規(guī)定在在25℃環(huán)境溫度下,以10小時(shí)率電流放電,應(yīng)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(shí)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(huán)境溫度下放電至能再反復(fù)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(guī)定在25℃環(huán)境下,以10小時(shí)率電流放電至終了電壓所能達(dá)到的額定容量。10小時(shí)率額定容量用C10表示。

 2、儲存性能
  
  蓄電池在貯存期間,由于電池內(nèi)存在雜質(zhì),如正電性的金屬離子,這些雜質(zhì)可與負(fù)極活性物質(zhì)組成微電池,發(fā)生負(fù)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(zhì),若其標(biāo)準(zhǔn)電極電位介于正極和負(fù)極標(biāo)準(zhǔn)電極電位之間,則會被正極氧化,又會被負(fù)極還原。所以有害雜質(zhì)的存在,使正極和負(fù)極活性物質(zhì)逐漸被消耗,而造成電池喪失容量,這種現(xiàn)象稱為自放電。
  
  電池自放電率用單位時(shí)間內(nèi)容量降低的百分?jǐn)?shù)表示:即用電池貯存前(C10’)(C10”)容量差值和貯存時(shí)間T(天、月)的容量百分?jǐn)?shù)表示。
  
  3、循環(huán)壽命
  
  蓄電池經(jīng)歷一次充電和放電,稱為一次循環(huán)(一個(gè)周期)。在一定放電條件下,電池工作至某一容量規(guī)定值之前,電池所能承受的循環(huán)次數(shù),稱為循環(huán)壽命,各種蓄電池使用循環(huán)次數(shù)都有差異,傳統(tǒng)固定型鉛酸電池約為500~600次,起動(dòng)型鉛酸電池約為300~500次。閥控式密封鉛酸電池循環(huán)壽命為1000~1200次。
  
  影響循環(huán)壽命的因素一是廠家產(chǎn)品的性能,二是維護(hù)工作的質(zhì)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(dòng)型鉛酸蓄電池,按我國機(jī)電部頒標(biāo)準(zhǔn),采用過充電耐久能力及循環(huán)耐久能力單元數(shù)來表示壽命,而不采用循環(huán)次數(shù)表示壽命。即過充電單元數(shù)應(yīng)在4以上,循環(huán)耐久能力單元數(shù)應(yīng)在3以上。
  
  4、內(nèi)阻
  
  電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻,極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在,使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢和開路電壓,充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢和開路電壓。
  
  電池的內(nèi)阻不是常數(shù),在充放電過程中隨時(shí)間不斷變化,因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)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(guān)系,常隨電流密度的對數(shù)增大而線性增大。
  
  5、電池電動(dòng)勢、開路電壓、工作電壓
  
  當(dāng)蓄電池用導(dǎo)體在外部接通時(shí),正極和負(fù)極的電化反應(yīng)自發(fā)地進(jìn)行,倘若電池中電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換達(dá)到平衡時(shí),正極的平衡電極電勢與負(fù)極平衡電極電勢的差值,便是電池電動(dòng)勢,它在數(shù)值上等于達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)的開路電壓。
  
  電動(dòng)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(dòng)熱與開路電壓意義不同:電動(dòng)勢可依據(jù)電池中的反應(yīng)利用熱力學(xué)計(jì)算或通過測量計(jì)算,有明確的物理意義。后者只在數(shù)字上近于電動(dòng)勢,需視電池的可逆程度而定,電池在開路狀態(tài)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(fù)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(fù)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(shù)據(jù)中心機(jī)房中鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn):
  
  鉛酸蓄電池作為存儲電能的裝置,它具有電動(dòng)勢能高、充放電可逆性好、使用溫度范圍廣、原材料豐富廉價(jià)等特點(diǎn),獲得了廣泛的應(yīng)用,盡管鉛酸蓄電池具有這些優(yōu)點(diǎn),但是在數(shù)據(jù)中心里,大規(guī)模的鉛酸蓄電池應(yīng)用也暴露出了其缺點(diǎn),其重量造成的機(jī)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(yōu)缺點(diǎn)
  
  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(shù)據(jù)中心獨(dú)特的供電需求,其經(jīng)濟(jì)特性還沒有其他主流技術(shù)可以匹敵,鉛酸蓄電池在數(shù)據(jù)中心的使用情況不像****車、電動(dòng)車等,能獲得正常穩(wěn)定的使用,而是大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài),鉛酸蓄電池先用直流電源對其充電,將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來,當(dāng)市電中短時(shí),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(shí)間,當(dāng)市電恢復(fù)后,蓄電池又進(jìn)行充電,然后進(jìn)入等后期,另外,鉛酸蓄電池價(jià)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(diǎn):
  
 ?。?)高昂的維修費(fèi)用
  
  目前的UPS產(chǎn)品所使用的蓄電池通常叫做“免維護(hù)鉛酸蓄電池”,事實(shí)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(tài)良好以及單只蓄電池之間連接緊密。
  
  (2)可靠性的不可預(yù)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(jìn)行監(jiān)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(xiàn)代的UPS內(nèi)置電池測試方案可以減少這種磨損,但是并沒有消除。
  
 ?。?)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(gè)完整生命周期里,數(shù)據(jù)中心需要把更換電池組的費(fèi)用也做在初期的預(yù)算里。
  
 ?。?)能量密度低
  
  鉛酸蓄電池質(zhì)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。
  
 ?。?)電池監(jiān)測系統(tǒng)
  
  蓄電池容量檢測時(shí),無論是離線方式還是在線方式,都必須設(shè)置備用電源作為防范措施,以保證安全,但是,檢測時(shí)因?yàn)殡姵亟M數(shù)量多,放電時(shí)間長,放電后又要及時(shí)進(jìn)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(fù)載時(shí),由于電位差的村財(cái)似的操作帶有危險(xiǎn)性。并且檢測過程相當(dāng)復(fù)雜,費(fèi)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(fèi)用。通常,廢舊電池可用來循環(huán)再造,回收的蓄電池需要按照國家的要求做相應(yīng)處理,其中包制造商回收時(shí)的運(yùn)費(fèi),所以前期購置蓄電池組是應(yīng)把后期的處置費(fèi)用考慮進(jìn)去。

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