8
Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications Ð utility installations Paul Butler a,* , Jennifer Dunleavey b , Mindi Farber-DeAnda b , Patrick Moseley c a Sandia National Laboratories, MS0613, P.O. Box 5800, Albuquerque, NM 87185-0613, USA b Energetics, Inc., 501 School St. SW, Suite 500, Washington, DC 20024, USA c International Lead Zinc Research Organization, P.O. Box 12036, Research Triangle Park, NC 27709, USA Received 25 January 2001; accepted 25 January 2001 Abstract A multi-phase project to investigate the reliability of valve-regulated lead-acid VRLA) batteries in the ®eld has been conducted by US industry and government research organizations. The focus of the study has been to characterize the relationships between VRLA technologies, service conditions, performance, and ®eld failures. Two surveys were conducted: one of VRLA end users, and the other of VRLA manufacturers. Data from end users were obtained for over 56,000 telecom and utility installations representing over 740,000 cells. Seven manufacturers participated in the study. Preliminary correlations between utility end-user data, manufacturer information, and battery reliability have been developed and will be reported. Data for telecommunications installations will be reported in a separate publication when completed. # 2001 Published by Elsevier Science B.V. Keywords: Lead-acid batteries/valve regulated; Performance surveys 1. Introduction Valve-regulated lead-acid VRLA) batteries have been commercially available for more than 20 years and have been enthusiastically embraced by users of uninterruptible power supplies UPS) because of the anticipated reduction in installation and operating costs, smaller footprint, lighter weight, and fewer environmental concerns. However, as with any evolving technology, users have encountered vary- ing degrees of performance reliability. Manufacturers and end users postulate that the premature failures experienced at some ®eld installations may be due to temperature and charging sensitivities, manufacturing quality control, or compatibility issues with particular applications. Proprietary concerns and inadequate data acquisition systems have reduced the amount of performance and life-cycle data that is publicly available. This has limited the ability to evaluate premature capacity loss, which has been reported for VRLA batteries in some cases after as few as 2 years of service. The International Lead Zinc Research Organization ILZRO), Sandia National Laboratories for the U.S. Depart- ment of Energy, Energy Storage Systems Program) and the Advanced Lead-Acid Battery Consortium ALABC) have sponsored a multi-phase project to investigate these issues. The focus of this study is to characterize the relationship between VRLA technologies, service conditions, and failure modes. These organizations are impartial regarding VRLA battery choice, and their sponsorship of this effort has created an unbiased forum for evaluating VRLA product character- istics, operating conditions,®eld performance, andservice life. This study consists of three phases. Confidential survey of manufacturers of VRLA cells for stationary applications. Confidential survey of VRLA end users with stationary applications, primarily in the electric utility and telecom- munications business sectors. Analysis of the two surveys to characterize the VRLA population and identify parameters of design, manufac- turing, and operation that may affect VRLA performance and reliability. As of 1 December 2000, 16 utilities and eight telecom- munications ®rms completed surveys. These responses represent over 56,000 installations with over 740,000 cells. Many respondents completed surveys representing hundreds or thousands of installations. This was particularly true among surveyed telecom end users, who typically provided responses for over 6000 installations, while the typical utility respondent represented 13 installations Table 1). Journal of Power Sources 96 2001) 94±101 * Corresponding author. Tel.: 1-505-844-7874. E-mail address: [email protected] P. Butler). 0378-7753/01/$ ± see front matter # 2001 Published by Elsevier Science B.V. PII:S0378-775301)00713-3

Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

���������� �� ������ ������ �������� ��������� �� �������������������� ����������� � ������� �������������

���� ���������� �������� ���������� ����� ��������������� ����� �������

������� ������� ��������� �� ������� ���� ��� ����� ����� ��� � �� ����� ����� !���"� �# ��$�� %�$�� ��� �$&�� ��� �'� ���� ���� '��&��#���� () *��*+� !��

%�� �������� �� ,��$ - � ��$& ��#���.������ ���� ��� �*���� - � ��$& /����# ���0� �) *���1� !��

!����� "# ������� "$$%& ������ "# ������� "$$%

��������

� �������'��� ���(�� �� ������ ��� �'� ����������� �� ������ ������ �������� )*!+�, ��������� �� �'� -��� '�� ���� ������� �� ./

�������� ��� �������� ������' �� ���0������1 2'� ���� �� �'� ����� '�� ���� �� '�������0� �'� ���������'��� ������� *!+�

��'���� ���� ����� ���������� ����������� ��� -��� ��������1 2�� ������ ���� �������3 ��� �� *!+� ��� ������ ��� �'� ��'�� ��

*!+� ������������1 ���� ���� ��� ����� ���� �������� ��� ��� #4�$$$ ������ ��� ������� ������������� ����������� ��� 56$�$$$ ����1

/��� ������������ ����������� �� �'� �����1 ����������� ����������� ������� ������� �������� ����� ����������� ������������ ��� �������

����������� '�� ���� �������� ��� ���� �� ��������1 ���� ��� ���������������� ������������� ���� �� �������� �� � �������� ����������

�'�� ��������1 � "$$% ������'�� �� 7������ /���� �1*1

2 34����5 +������� ���������8��� �� ������& ���������� ������

� ���� ������

*������ ������ �������� )*!+�, ��������� '�� ����

���������� �������� ��� ���� �'�� "$ ����� ��� '��

���� ���'����������� ������� �� ����� �� ���������������

����� �������� ).�/, ������ �� �'� ���������� �������� ��

������������ ��� �������� ����� ������� ���������� �� '���

��� '�� ��� ����� ������������ ������1 9������ ��

���' ��� ����� ��'���� �� ����� '�� ���������� ����

�� �� ���� �� ���������� �����������1 ������������ ���

��� ����� ��������� �'�� �'� ��������� �������� �:��������

�� ���� -��� ������������� ��� �� ��� �� ����������� ���

'�� �� ������������� ����������� ;������ ������� ��

������������ ������ ���' ��������� �����������1 �����������

������ ��� �����;���� ���� �;�������� ������� '��

������ �'� ������ �� ���������� ��� �������� ���� �'��

�� ������� ��������1 2'�� '�� ������� �'� ������� �� �������

��������� ������ ����� �'�' '�� ���� �������� ��� *!+�

��������� �� ���� ���� ����� �� ��� �� " ����� �� �����1

2'� <������������ +��� =�� !�����' >� ���0�����

)<+=!>,� /����� ?������� +����������� )��� �'� .1/1 �������

���� �� 7��� �� 7��� � /���� � /������ ��� ���, ��� �'�

������ +������� ������� @��������� )�+��@, '��

��������� � �������'��� ���(�� �� ������ ��� �'��� ������1

2'� ���� �� �'�� ����� �� �� '�������0� �'� ���������'��

������� *!+� ��'���� ���� ����� ���������� ��� �������

�����1 2'��� �� ���0������ ��� ��������� �� ����� *!+�

������� '���� ��� �'��� ��������'�� �� �'�� ������ '�� ������

�� �������� ����� ��� �������� *!+� ������ '�������

�������������� ����������-���������������������� ����1

2'�� ����� ������� �� �'��� �'����1

� @����������� ����� �� ������������ �� *!+� ���� ���

���������� �����������1

� @����������� ����� �� *!+� ��� ����� ���' ����������

������������ ��������� �� �'� ������ ������� ��� �������

���������� �������� ������1

� �������� �� �'� ��� ������ �� '�������0� �'� *!+�

���������� ��� �������� ���������� �� ���� �� �������

����� � ��� ��������� �'�� ��� ����� *!+� ����������

��� �����������1

�� �� % ������� "$$$� %4 ��������� ��� �� '� �������

���������� -��� �������� ������1 2'��� ���������

��������� ��� #4�$$$ ������������� ���' ��� 56$�$$$ ����1

���� ����������� �������� ������ ����������� '�������

�� �'������� �� �������������1 2'�� ��� ����������� ����

���� ������� ������ ��� ������ �'� �������� �������

��������� ��� ��� 4$$$ �������������� �'��� �'� ������

������� ���������� ����������� %A ������������� )2���� %,1

������� �� ����� /����� B4 )"$$%, B6C%$%

� @����������� ���'��1 2��13 �%�#$#�D66�5D561

" 6�� ���� ��3 ������E������1 � )�1 ������,1

$A5D�55#A8$%8F C ��� ����� ������ � "$$% ������'�� �� 7������ /���� �1*1

�<<3 / $ A 5 D � 5 5 # A ) $ % , $ $ 5 % A � A

Page 2: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

2'��� ������������� ��� ���� ������� �� ���� �������

������1

<� ����� �� ������ ��� �'� ��������� ������ �� �'� *!+�

��� ��� �'� ��� ������ '�� �� �� ������� ����������1 2'�

������ ��� �� ������ �'� ������� *!+� ��� �� �� �'� ./�

��� ������� �������� ����� ��� ����� ������� ��������

���� ��� ������� ���������1 <� ��������� ����������� �������

���� �� ��- �������� � �� ���������� ��������� � ��� ����

�� ������� ��� ������� ������� �������� ��� �'� ��� ������1

2'� ������� ����� ����� ���' �'� ������� �������& �'� ������

������� ���� �� �������� ����������1

7����� ������� �������� ��� *!+� ��������� �� .�/

������� �� ������ �� ��� ����� ��� ����' ��� �;�������

��� ��'�� ������ �����1 /���' ��� ������� ��������� ��

������ � �����0�� ���� � )�1 1 ������ ����������� �� ������

����, ��� �� ������ ����� �� ��'�� ����� �� �'� ���1

@������ ����� ������ ������� ������� ��� �� ��� ��'��

-������ ������������� ��� ����- ������ ������� '���������

������ ����������� ��������� ������ �������� � ���

���� ��� ��� �:'�� ��1

� ������� ������� � �������� ������������� ����� ������

��� �� ��0�� �� ���� � �'� �� ������� ���� �� ������� �����

��� �������� �� �� ��������� ����� ����� ��' �� � ��������1

G'��� �� ��������� ����� ����� �� ��� ��������� �'� �������

�� ��0�� �� ����� ��� �� ������� �'������ �� ������ �����1

*!+� ��������� ��� ���� ���� �� ������� �'�������� )�*,

�� ��'�� ��������� ���� � ������������� �� ������� ����

����������� �����������1 <� ��' ����� �'� ������� �� ��0��

�� ������ � ��� ���� �� ������1

2'�� ����� ������ �� '�������0�� ������� *!+� �������

�������� ��������� 3

� �������� ����������3 �� ���'� ������������� ������8

�������� ����������� ���������&

� ��� ����3 �H�8 ����� ����������� �������8�������

���� �&

� ��������� �� ���3 ���;���� ��� '��� �� ���� �� ����

��������� ������� ���8�� �������� �'�� ������������&

� ����� ���� � ��� ��:���� ������� �����������&

� ���� ���������� ���� ����� ��� �������� ��� ����������

������1

2'� �������� �������� ��� ���� �������� ��� �������� ��

�������� �� /����� "1

� ����� ���

2'� ����� �� ������������ ������-�� ���������� ��

*!+� ���� � ��� ����������� ;������ ������1 7�' ����

�������� ��� �� �� �� ������� �� ;�������� �������� �

����- ���I� �'������ ��������� ��� ���������� '����

�������� )2���� ",1

2'� ����� �� ��� ����� ��� ���� ��� �� ���������

��������� ���� ��������� �� �������� �������������1 ���

�������� ��� ������� ������� ����� ��������� ��� 5#

�������������1 /������ ������������� ���� ������� ������

�� � � �� ������������� ����������� ��� ������ ���� � �����

��� ��'�� ����������� ����- �� �'� ����������1 2'� �����

�� ��� ����� ��������� �� ����� ������������ ��� ��������

��������� �'�� ��� '�� ���������� �� �'� �������� ���

��� �� ������� �� �'� *!+� ����1 7�' ��� ���� ��� �� �� ��

������� �� ;�������� �������� ���� �'�� �'�� ���'����

�'��� ����� � ���������� �� �'��� *!+� ������������� ���

�������� ��� ��������� �� ���� )2���� A,1

7��� ������ ��� ���� �� ����� �'� �������� �� �������

������ ��� ����� �������� ��� ��������� ���� �'�� �������1

7�� ����� ������-�� 54 ��������� *!+� ��� ������� ���

���� �'�� �'� ������ �� �������� ����������� ������1

������������ ������ �� ������� ������ ��� ��� ������

������ �'����� ��� ����� ���� ����� ������-�� ����� �������

�� ��� �� ������� �� ����1 2� -�� �� �'� ���� �'� ���'���

��������� ������' �� �'� <������� �� ����� ����� �������

��� ������ ������ ����������1 >��� � ������ �� �'� �����

;�������� ���� �� �������� ���' �'� ����������� ��������

���� �'� ���1

2�� ��� ��� ����������������� ���� ��������� ����

������ ��� �'� *!+� ������� ��� ����� ��� ������������1

�����������I� ����� ��� ������ ��� �������� ���� ���

���������� ���� �� ����� ����������1 2'� ������� ���

��������� ���� ��� ������� �� ����� ������������1

2���� %

H������ ������� �� �'� ��� ����� �'�� ���� �������

���������� <������������ @���� �'

.������ "%# %##"" %$#$6$

2����� ##BB" 5"#BDD A##D%$$

2���� #4"$5 56%#%$ A44A%6$

2���� "

J������� ��� ����� �� �'� ����� �� *!+� ������������

�'����� '����������� 7������� '����������� ���������� '�����������

7:������ ���������� @��� �' ������ ����������

7��������� <������� ��������� !��������� ����� ���� �

/�������� �������� ����'�� ��������'�� � ��������� ��������

@��� ��� ���������� /����� ���� � @���� �� ��������� ��������

����� �������

!��������� �������� �����������

�� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<��� B#

Page 3: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

J������ '�� ���� �������� �� ������� ��� �'� ����������

���' �������� ��������� �� 7:��1

?��� �� �'� ������� ��� ����� ��������� *!+�

������� ��������� ��� ���������� �� �'� ���� ������ ���

�:�� �������� ���������1 � ����������I� ����� �����

�������� �� ���� ��� �� ������� �� � ����- ���� ��� ���������

���� �� -��� ��� ����������1 �������������� �����������

�������� ������� ��� ��� �������� �� ��� �� �'� ��������

���� ��� �'� �������������1 ��� �������� ��� ������� �������

���� ��������� �'��� ���������� ��������� �� %BB4C%BBD& �'�

���'��� ��� �'� ���� �� %BB5 ��� ��� �'��� �������������1

��������� ���� ���� ���� ��� K��� ���� �� �1 1 "1"# *

�'��� "1"6C"1"4 * ��� �������1

+�� �� �'� ����������� ��� �������� ������ ��;�����

���������� �'� ����� ���� �� ��' ������������1 <� ����

����� ����������� ���� ��� �������� �'� �:�� �����

������ ��� ���� ��� ������ ���� �'� ���� )�1 1 ������ ���

��������� ����� ������ �� ������������ ���������,1

/����'�� ��� ��;����� �� ��������� �'� ����������� ������

���� ��� ������� �' ������ )�� �'� D ' ���� �� %15# * ���

���,� ��� ��'�� ���������� ��� ����������1 /���� �������

����� ���������� ������� ��������� ����� ��������

���������� ����� ������ ��� �' ������� �� ������

��������� ��� ������ � ������ �� ������������� �� �� � ���

�����1 2'� �������� �� �� �� ������ �'� �'������� � ��

�'� ��'���� ���� ��� ������� �� '�� ���� ���;���� ��

������ �'� ������� �� �'� ��������� ����� ���� �'� ����

���1

� �������

.������ *!+� ��� ����� ��������� �� �'� ����� �������

"%# �������������� ����������� ����� %A /����� �� �'� ./�1 2�

����� �������� ��������� ����� ������� ��� �������� ��� ����

�� ����3 ����'����� �������� ����'� ��� ����1 2'� ���

���'� ������������ �� �'� ����� ������ �� � ���� �������

�'� ������� ��� ���� �� ����1 2'�� '���������� �� ������

�� �'� ������ ������ �� �'� �����1 2'� *!+� ����

��������� �� �'� ����'���� ������ �� �� ������� �� ������

�'�� �'��� ��������� �����'��� �� �'� ������1

�� ���������� �'� ����' �� ���� ����������� �� �'� �����

������1 G'��� �'� ��� �� *!+� ���� �� ��� �������� ��

��� '�� �������� � ��� ������� �� �'� ����' �� �����

���������� ��������� ��� ������������� ��� *!+� �������

����� ������1 ���� ������������� ��� ���� �� �'� ����'� ���

��������� ����������� ���� �������� �� ����������1 � �� ���

��� ��� �� �'� ./����' �'� ������ �� ���� ��� ���������

�' ����������� �� ������� ������� ��� ����� �� �'��� ��

�� 1 %1

+������ ��� ����������� ������ ��-�� �'� ��������

���������� �� *!+� �������������1 .������ *!+� ��������

2���� A

J������� ��� ����� �� �'� ����� �� *!+� ��� �����

������� ������������� <����������� ���������� >��������8���������

2��� �� ���������� �� �8����� �� ���� ����� ���� �

/�����8��������� <����������� ��0� )������ �� ����� �������� �' ������, L��� ����� ��� �������

!����� �� ������������8�������� ����������� L��� ��������� 2���� ���� �������

.������ �������� +������ ���������� ��������� ��� ���;����

!��� ���� �� ������� 2���������� ��� ������

�� 1 %1 H�� ���'��� ������������ �� ������� *!+� ���� ��� �'��� ����� ���� � ������1

B4 �� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<���

Page 4: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

������ ��� ��������� ������ ���������& ������ B$M �� �'�

������� ������������� ��� �������1 ?�� ��������� ��� ��:�

���� ����������� �:������ �� ��� '� ' ��� �'� �������

������� �����������1 <� ���� ���� �� �'� "%# ������������� ��

�������� ���� 6$�@1 ������������ �� ��� ��� � �� ���

��;���� ����������� ������1 ?����'������ ������ '��� �� �'�

������� ������������� ���� ���������������������� ��������

�� � ��� �� ����� ��� ���������� ����1

2'� ����������� '����� � ��������� ��� ��- �������

�� ���� �'� �������I� ������ �'�' �� ����� ������ ������

����� ��� ���������� ��� ��� ��� �� ���� �1 .������

������������� ��� �������� �� ��� �� ����� ������� ��

�'���C�� '� ���� ������� �� ������ �� ��������� �� �����

���� �� �� �� ��: ���� ���'�� � ��� �� ��������1 ������� ���

�'� ��- ������� �� '��� ��� �'� ������� ������� ���������

�����1 .�� �� ������� ���� �� �� ���� �������1 � ��

������ � �� �'� ������� �� � ������� ������� ���������1

2'� �� ��������� � �� �'�� ������� �� � ��� �� ��� ���'��

�'� ��� ������� �� �'� ���������� �� �'� ������ ��������

��� ��� ����1

� �� ����������� �� ��� '������� �� �'� ���� ��

���������� ��������0�����1 7���� �� �'�� ������ �'� ���'���

������� �'�� ���' �� ��� �H� ��������� ����� �� ����

����������� �� �'� �����1 ����� ���� ���������������� ��'�

���� � '�� ���� �������� ���� �'� ����� %B4$� ��� �H�

���� '�� ���� ��� ���� ���� ���� %B5" N%O1 H�� ����

�:������� ���� ���������� ������-����� �'�� �H� �����

����������� ����� ���� ��� ���������� ��� ��������

��;���� ���� ���'�� � �� ���' ���� ����� �� '�� �1

�H� ���� '�� '� '����� ���'�� � �������� �'�� �� �

�'�� �������� ��� .�/ ��� ������� ����������� �'���

'�� �� ������� ��� ���������� ��� �� ������ N%O1 ���

������-����� ������ �'� ��������� '�� '� �� �'� ��������

)�� (��,1 H�� ���� �� �� ���� �� ���� �� �H� ����� �'�'

��� ������� �� ����� AD$ �� )%# ��1, �� '�� '�� �'�� �� ��

���� '� ��������1

.������ ����������� �������� �'�� ���� ���� �������������

���� ����� ���������� �� �'��� 654 ����� ���' �'� ��������

"%% ������������� �������� �H�1 �� �:������ ���� )46M,

�� �'� ������� ������� ������������� ������� �� %"# * ���

����������� ��� ���������� ������� ����� )��� �� 1 ",1 2'��

���� ������ ��� DAM �� �'� ���� �������� �� �'�

������� ���������1 � �'��� �� �'� ������������� ������� ��

6D *� ��� �'��� ��� �������� �� � ���� ������ �� �������

�����1

<� ����� �� �� � ������� ������ �� �'� ������ �� � *!+�

�������� �� �� ��������� �� �� � ����� �� ��� ����� �� '����'1

*!+� ��������� ��� ����� ������ �� �� �� ������ �� � ��

���� ��� �� ��������� �� �� �'� ����������� �� �����

����� ��� ���� �� ���-���1 <� ��������� �'� ������ ��

��������� ��� ���� �� ����� K��� ����� �:���� �'��

�� ���������� K����� ���������� ��������� �'�� �'� ����

���� �� ���� �� �� K��� ���� � ������������ ���� �����

�� ��� N"O1

��������� ����������� �� ��������� �� *!+� ����������

������ �'�� ��� ���� �������� �� '��� �'�� K����� �����

��� ���������� ��� �������� ����������� �� ������ �� �����

���� ��� �'����� �������1

/���� ���������� ���'�� � ����� ��� ���� �������

��� �:������� ���� ��� ����� '�� �� �� �� ���������

������� '����' �� ����� �� ���� �� ������� ������������ ���

�������� �'�� ������������ )�������� ���������� �����

����� ��������,1 ������ ��� ��� �� ���� ��� ����� ���

���� ������������� ��� ����� ���� ����� ��� �'�������

�'�' ���������� ��� ���� ������� �� ���������� �'���

�������I� ����� �� '����'1 2'��� '�� ���� ��' ��� �� ����

�� ����� ������ ��� �� �'�� ������������ �� �����

������ �'�� ����� �� � �������I� ������ NAO1 2'��� ������ �

������� ��������� �'�' ���� ������� ��� �� ���� ��

���������� �� �������� �� �'� ������� ���������

N"O1 ?��� �� �'� ������� ������� ����������� ������� ������

��� �'�� ������ � �����1

�� 1 "1 *���� � �� ������� *!+� ������������� ��� �'� ��� ����� �������1

�� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<��� B5

Page 5: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

2'��� ���� ��: ��������� ���� �� ��������� �����������

���� �� ������� ����������� )2���� 6,1 2����'���� �� �'�

����������� ������� ������������� ������� ��������� �'���

���������� �� �'��� �� ���1 ?��� �� �'� ��� ����� ���������

��� ����������1 *���� �� ������� ��� �������� �'�� ��������

����� ���� �'� ������ ����������� ��������� �� 6AM �� ���

������� ����1 ?��� �� �'� ������� ����������� ��������

������� '� �� �'��� ���� ��� ���� ���� ������������ ����1

7��� ������� ������������ ������� �������� ���� �� D6M

�� �'� ������������� ��������� �� �� �'� ��� ����� �'��

������� DDM �� ��� ������� ������� ����1 ��� ���� A%M

�� �'� ������������� ��� �'� ������� ����I� ������� ��������

���� ���������1 <������� �'�� ������������ ���� �� �� ��

##M �� ��� ����� ��� ���'�� ' ���� ��� �� ���� �������

��������� ������� 4BM �� ��� ������� ���� ��� �������

�� �'�� �����������1

?�� ���� ���� �������� ������� �'��� ����� �'������ ��

�� ����������� �� ������ ������� '����' ��������1 >��� 5M

�� ���� ������� ���� ��������� �� � ����� ������ ���

���� �� ������� ��� ������� ����������� ���� '� ��1

G'��� � ;������ �� �'� ������� *!+� ���� ��� ���������

����'��� ��� '��� �� �'� ���� ��� ��������� �������������

��� ���� �� ������� ��� �������� �'�� ������������1

2'� ���� �� �'� �������� ������� �� ��������� �� �'� '���

�� ������� ����� �������� ������� ��� ����� ��� �'� �����

�������� ����������� ����������� ��� ��'�� ���� � ����

�����1 7�' ������� ����������� ���� ����������� ������ ���

����������� �1 1 ������ ������� ������������ K��� ���

�� �� ������ ��� �;����0����� '�� ��� ����' �� ���'�� ��

��1 G'�� �������� ��������� ���� ������� ����-�� �������

�������� ��� ��� ��������� ��� ���������� �'� �������

��� �� �������� �'� ���� � ���� �� �'� ������1

� ����� '�� �� ��� �� � ������� �������� '�� � ����

������� ���� � ���������� �� ��� '������� ��� ��������

����1 >��'�� �� ���� �� ���� �� �'�� ����� ���1 <� �����

�� ������ �'��� �'� ���������� K��� ���� � ��� �'�

��(����� �� *!+� ���� ������� �� "1"4 * ��� ���1 <�

�'� ���� ��� �:����� �� ������� ������������ ����

"#�@� ������������ �������� ����������� �����������

�� ����� �������� � �� ������1

� 2�� '� ' � ����� ���� � ���� ���� �� ��������� ��������

��� ����� ����1

� 2�� ��� � ����� ���� � ���� ���� �� ��������'�� � ����

������������ ��������� �� �'� �� ���� ������1

/��� ������������ �� ��� ������ �'� K��� ���� � ��

"1#CA1"# �* ��� ��' �� ��� ���� "#�@1 2'� K��� ���� ���� *!+� ���� �������� �� A#�@ ����� �'�� �� ������ ��

"1"6 *1 �� ���� �� 2���� #� ���� �� �'� ��������� ������� K���

�'��� *!+� ���� �� "1"6C"1"# *1 9������ �'��� ��� ""

������������� �'�� K��� �'��� "4$$ ���� ���� "1"D *1

>�'�� ������������ �� ��� ������ �� ����������� ���

��������� ������� # ��� A#�@1 2���������������������

K��� ���� �� ��� ��;����� ��� ������� �������������� �'���

�'� ��� � �� �������� ������������ �� �� ��� � N"O1G��'���

����������� ������� ���� ������ ������������� ��� ����

���� ���������������������� K��� ���� �1

2'� ����� �� ��� ����� ������ �� *!+� ��� �������

���� ��� ��������� �������1 9������ �'� ����� ���

�����'�� '��������� �� �������� �'�� �����������

������ �� �'� �������� �������1

� *!+� ��� ����������� ��� ������� �:�������� ��� ���

���� ��������� �� ������� ���������1 !��'��� �'� �����

'�� �� ������ �� ���������� ������ �'�' �� ���' ����

(���� ��� ���:��1

� *!+� ���� ��� �������� ��������� �� ������� ��������

��������1 <� �'� �����8�������� ���� ��� '�� � ����

�;�������� ������ ���' ������ ���� �� � �� ���� ����

������ ��� ��� �� ��� ��� '����'� '� �� ���� ���� ��

�� �'�� �'� ���� ����� ������1

2���� 6

���������� ��������� �� ������� �������������

<������������ @���� ����������

*���� � 2���������� @������ >'�� ������������

AD ABB$ � � �"% 4#A � � �4 5"$ � �D% 444$ � � �"B %A%A � �6$ "%D4 �"%# )�����, %##"" )�����,

2���� #

��:���� ������������ ��� ����� ���� �� ����� �� �'� ������� �������

�������������

����� ���� �

��� ���

��:���� ����������� .� ���� 2����

"$CA$�@ A$C6$�@

P"1"6 % %

"1"6C"1"# DA A$ "4 %AB

"1"4C"1"5 "A "B #"

"1"DC"1"B % %

Q"1"B A %D "%

.� ���� % %

2���� %%$ 5D "5 "%#

BD �� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<���

Page 6: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

� 2'� � � �� �'�' �'� ����� ��� ��� ������� �� ����

�� � ���:� ��� ��������� ��� �������1 2'� � � �� �'�

����� ��� �'��� ��� ����������� ����� ���� �� ��

���� �������� ��� ���� �� ��������� ��� �����;����

������1

������� �'��� �'������� �� �� �� ������� �'�� �'� ��(��

��������� �� �'� �������� ��� ����������1 @��� ��������

���'�� �'� -��� ���� �� ��������� ��� �������� ��� ��

����������� ������� ������� ����� �� �'� ��������1

H��� �'� �� ���� �������� ���������� *!+� �������

����� �'� ���'��� �:����� �� -�� � ��� � ������ ��

�������� ���'�� �'� -��� ����1 9������ ���� ���� �������

������������� '�� �'��� -��� ���� ������� ���'�� �'� -���

����1 2'� ��� � �� � �� ��� -��� ��� ���������� ���������

��� � �� %CA ������ 6C# ������ ��� ���� �'�� 4 �����1 2'�

�������� ��� ��� �� RR?��� !������II� �'� ���� ���������

�������� ��� ��� �����1

9��� �� ���� ������� ���� ������ ������� �'�� �'�

������� ��� ������� ���������� �1 1 ���� %BB51 ��� �����

�������������� '��� �� ���� ������� ����� �'� ������� '��

��������� �� �:�����1 2'�� ���� �� ��� �� ��� ������ ��

���������� �1 1 �'� ��� ����I� �������� ���������� ����

���� � ��������� ������I� ��'���� ������������ ��� ������

���� �� �� ���'�� �� '� �� �'� ������ �� �'� ����1 2�

������ � ���� ������� ����������� �� �'� � � �� �'�

������������ �� -��� ��� ����������� �'� ���� ��������� ��

������� )����������� ��� �'��� ������������� ���' ����

�������,1 2'� ���� ��������� ��������� '�� ���� ������

��� �������� ��������3 %BD$C%BD#� %BD4C%BDB� %BB$C%BBA�

%BB6C%BB4� ��� %BB5C"$$$1

9��� �� �'� ������� ����������� '�� �'��� -��� ���

������� ���'�� A ����� �� ������������ )2���� 4,1 ����'��

A4 ������������� ������� �'��� -��� ���� ����� �'� �����' ��

-��' ����1 2'��� ������������� ������ ��� 4 �����1 >��

���������� ������� �� �'�� ����� �� �'� ������ �� ���������

����� �'��� �� ���� ���� �������1 9��� �� �'� 46 ���������

����� �'��� �� ��� '�� ���� ������� ���� ��������� �����

�� %BB51 >�� �������� �������� �'�� '� '�� ���� �������

��� ���� �� %$ ��������� ��������� ����� �� %BD#1 2'�� � ���

�'� �������� ���� �� ����� �'�� ����� ������ ���������

������ �'�� ����� ���� ��1 2'�� ��� ��� �� � ��������

��������� '������ ���� ���� %" �� �'� "%# �������

������� ������������� ���� �������� ����� �� %BB$1 @������

������ '�� �� �� *!+� ��� ���� � '�� ������ �����

�'� ���� �����1

.������������� �'�� ����� ����� ���� �'� ����� �� �'���

���� � �����������1 /����;���� ����� ������� �'����

������� �'� ������ �� ����������� ���' ������������� �����

�� ������ %BD# �� ����� �� ������ � ���� �������

��������� �� �'� ���������� �� ������� *!+� ��� ���� ��1

��������� ��������� ������� %BB$ ��� %BB4 ��������� �'�

��� ��� ������� �� ������� ������������� �������1 2'��� ����

���� ���� �� ��� �'�� �'��� �� � #4M ����������� �'�� � *!+�

������� ��������� �� ��������� ������� %BB$ ��� %BBA ����

2���� 4

� � �� ����� ��� �'�� ������� ���'�� �'� ������� ������������� �������

L��� ��������� P% ���� %CA ����� 6C# ����� Q4 ����� ?��� ������� 2����

%BD$C%BD# %$ %$

%BD4C%BDB " "

%BB$C%BBA 4% A$ A %6 %$D

%BB6C%BB4 6" 4 D #4

%BB5C"$$$ 6 A A" AB

2���� 6 %$D A4 A 46 "%#

2���� 5

�������� �� �'� %"# ��� 6D * ������� ������� �������������

���������� %"# * ������������� 6D * �������������

L��� ���������

%BD$C%BD# % B

%BD4C%BDB " $

%BB$C%BBA 5# A"

%BB6C%BB4 6" B

%BB5C"$$$ %D "$

��:���� �����������

"$CA$�@ 56 A#

A$C6$�@ ## %D

.� ���� B %5

>������ ���� �������

������� % "

������ D %%

<����� ���� �������

@��� 4 $

������� %A "#

������ %%$ A"

2���������� ���������

@��������� D# "6

?�� ��������� #A 64

����� ���� �

P"1"# * %$# AA

Q"1"# * AA A5

���������� ���������

*���� � "A %5

*���� �� �'�� %" %#

*���� �� �'��� ����������� 6 %5

*���� �� �'��� ������ D% $

*���� �� ������� ����������� %" "%

*���� �� ����������� 4 $

�� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<��� BB

Page 7: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

�:������� ��� -��� ��� ������� ���'�� �'� -��� A ����� ��

���������1 2'� ���� ������� �� 5#M ��� ��������� ���������

�� ��������� ������� %BB6 ��� %BB41 7:������ �'� ��������

������� ��� �'�� ���������� �'� ���'��� ������ ���� %"# ���

6D * ������������� ����������1 !���� �'�� ������ �����'����

�� �'� ������� ������� ������������� ������� �� %"# * ���

����'�� �����'��� ������� �� 6D * )�� 1 ",1 �������� �� �'���

��� ���� � ������ '���� �� ;������� ���������� �� ���������

��� ��������� �'�� �'��� ��� ����� �� ������������� �:�����

���1 2���� 5 ���-��� �'� ��� �����1

>�� D#M �� �'� %"# * ��������� ������� ���� ���������

�� %BB$C%BB41 2'� %"# * ��������� ��� ������ �������

��������� �������� ���' ��� 4%M ���������������������

��� �'�� ' ��� ��;����� �� �'� �����������1 2'� K���

���� � �� ����� "1"# * ��� �'����;������� �� �'� ���� ���

������ 4$M �� �'� ������������� ������� ���� �� ������� ���

�������� �'�� ������������1

�� �������� ��� #DM �� �'� 6D * ��������� ������� ����

��������� �� %BB$C%BB41 2'� 6D * ��������� ��� ���'�� ����

���� �� ��������� ��������� ������ �������1 2'��� �����

��� �������� ��� ���������������������1 /�� '��� ��� '���

�� �'� 6D * ������������� K��� �'��� ���� ���� "1"# *1

>����� �� 6D * ��������� ������� ���'�� ���� �� ���� �

��� �'�� ������������� ���� �� �'�� ��� ������������

�� ���� �� ������ ��� �����������1

�� ������ ����������� '����������� ������� �� �������

�'� ����������� �� ����� -��� ��� �����������S 2���� D

�:������ �'� ���� ���������� � � �� ������������ �� -��� ���

����������� ��� K��� ���� � �� �'� %"# ��� 6D * ���������

�� �� ������� �� �� �� �'�� ;�������1 2'� %"# * ���������

��������� �� %BB$C%BBA ��� K����� ����� "1"# * '�� � 64M

'��� �� �:�������� �'��� -��� ��� ���������� ���'�� A

�����1 ����'�� #$M �:�������� �'� -��� ��� ���������� ��

-��' ����1 2'� ��������� �� �'�� ���� � ��� ��� �'�� ����

K����� ���� "1"# * ������ ��� �� �'�� 4 ����� �� '�� ����

'�� ���� �������1

��� %"# * ��������� ��������� ������� %BB6 ��� %BB4 ���

K����� ����� "1"# *� �'� ����������� �� ����� ��� �������

��������� ���' D"M �� �'� ������������� ������� �'��� -���

��� ���'�� �'� -��� A ����� �� ���������1 2'� �� ���'��� �� ��

��� ����������� ��� ��� '��� ���� ��� �'� %"# * ���������

��������� ������� %BB6 ��� %BB4 ��� K����� ���� "1"# *

������� �� �'��� ��������� ������� %BB$ ��� %BBA1

>� �'� ��'�� '���� ��� '��� �� �'� %"# * ���������

��������� ������� %BB$ ��� %BBA �������� ������ A �����

������ ������� �'��� -��� ���1 <� �� �������� �'�� �'�

��������� ��������� �'��� ������������� ���� ������ �'��

�'� "6 ��� 6D * ���������� ���� �'��� ���� ���� �� ��� �� ��

������ �� ������� ��������1

2'� 6D * ��������� ��������� ������� %BB$ ��� %BB4 ���

K����� ����� "1"# *���������� �:�������� -��� ��� ������

������ ���'�� A �����1 2'� 6D * ��������� ��������� ��

%BB$C%BBA ��� K����� ���� "1"# * ���� �:�������� -���

��� ����������� ���'�� A �����1 2'�� ��������� �������

��� '��� ��� �'� 6D * ��������� ��������� �� %BB6C%BB4� ���'

5#M ��� �� ������ ��� ����1

� �������� �������� ��� ���' ��� ����� )%"# ��� 6D *,

����� �� �'�� �'� ������� ����������� �� -��� ��� �������

����� ���� ��� �'� ��������� �'�� '�� K��� ���� �� �����

"1"# *1 2'�� ����� �� ��������� ���' � ������� ��'�����

������ ��������'�� �� � ������ �� �'� ���-������ ��

���������� ��� �� �'� ���� �� � ��� ����� �� � ���-������

'� ' ���� �1

� �����������

7�� �'�� ' �'� ������ ��� ����� �� �'� ������ �� ����

�����0��� � ������ �� ��������� ��������� ��� ����'� ��

����1

� � �� ������� ������ �� �'� *!+� ���� ����� �� �'�

������ ��� ������ ��� # �� ���� �����1 2'� "DM �� �'�

������� ������������� '�� ���� ������ ���� �'�� # ������

���' ����'�� %#M ��������� �� �'� ���� A ����� ���'��� ���

��� �����������1

� 2'��� �� � ��� � ������ �� �'� ��� � �� ���� �:������ ���

������� *!+� ����� ���� % �� %4 �����1

� <� ���� ����� �� ������� �'�� ��(����� ����� ���� � ���

��'��� ������� ����1 <����;���� ����� ���� � ��� �� ��

��������� ������������ ����� ��� *!+� ���� �� ����� ����1

� �� ����� ��������� ��� ��� ���� ��� ������ �� �:����

�'� ���� �� *!+� ���� ���'��� �� �;����� ������� ���

���������� ��� ���1 7��� ������������ �������� ���

�� � ��� D%M �� �'� ������� ������������� �������� ��� ��

��� ���� ���������� �� ������1

2���� D

����������� �� ����� ��� ����������� ���'�� �'� %"# ��� 6D * ������� ������� �������������

� � �� ������������ %"# * ��������� ��������� )M, 6D * ��������� ��������� )M,

%BB$C%BBA %BB6C%BB4 %BB$C%BBA %BB6C%BB4

P"1"# * Q"1"# * P"1"# * Q"1"# * P"1"# * Q"1"# * P"1"# * Q"1"# *

%CA ����� 64 D" "# %$$ %$$ %$$ "#

6C# ����� 6B %4

Q4 ����� " %6

?��� ������� A D4 A 5# 5#

%$$ �� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<���

Page 8: Performance of valve-regulated lead-acid batteries in real-world stationary applications — utility installations

����'�� �������� �� �'� ���� ��� ������ ���� �����

�������� ��� ������ ������ ������ ���������� ���������1

�������� �������

2'� ���'��� ��������� � ������ � -������ ������� ���

�'�� ���(�� ���� /����� ?������� +���������8�>7� ����

�'� <������������ +��� =�� !�����' >� ���0������ ����

�'� ������ +������� ������� @���������� ��� ����

9����� �����' ��� *���1

����������

N%O !191 ?���'��� ������ �� ��� ��������� �� �� ����

�� ������� �������� ���������� �1 ����� /����� #" )%BB6, %6BC

%#A1

N"O �1 ������� ��������������� ���������� !�����' /������ ����� +��1�

2������� .T� %BBA1

NAO �1 9���� �1 ������ *!+� ������� ��������� ���� ��������

��'���� �� ��3 �������� � �� �'� %5�' <������ 2'� 9� ��� 2'�

?��'�������� >����� %BB#� ��1 "D#C "B%1

�� ��� � � �� 7 8����� �9 ��4 � ����$ � 1� :*���; 1+<��� %$%