铅酸蓄电池基础知识

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1、 铅 酸 蓄 电 池 的 发 展 历 史 与 现 状 VRLA电 池 的 基 本 定 义 与 分 类 VRLA电 池 的 基 本 原 理 VRLA电 池 的 基 本 结 构 与 设 计 VRLA电 池 的 基 本 性 能 参 数基础知识选型与设计使用与维护 蓄 电 池 的 选 型 蓄 电 池 容 量 的 计 算 A. 按 所 需 容 量 和 电 流 的 计 算 蓄 电 池 容 量 方 法 与 实 例 B . 按 照 所 需 功 率 计 算 蓄 电 池 容 量 方 法 与 实 例 EUROBA电 池 的 特 点 与 优 势 蓄 电 池 的 安 装 蓄 电 池 的 使 用 与 注 意 事 项 EU

2、ROBA 电 池 的 使 用 条 件 与 维 护 铅 酸 蓄 电 池 的 发 展 历 史 与 现 状 VRLA电 池 的 基 本 定 义 与 分 类 VRLA电 池 的 基 本 原 理 VRLA电 池 的 基 本 结 构 与 设 计 VRLA电 池 的 基 本 性 能 参 数基础知识 3 铅 酸 蓄 电 池 的 发 展 历 史 与 现 状 1 8 5 9 Plante 普 兰 特发 明 蓄 电 池 1 9 0 0开 口 式 蓄 电 池开 始 应 用（ Open Cell ) 1 9 6 0 -1 9 7 5Gates 公 司 发 明 ： Pb-Ca 合 金Gates 公 司 获 得 ： D型

3、密 封 铅 酸 电 池 专 利 VRLA电 池 原 型 1 9 7 9GNB发 明 MFX正极 板 栅 专 利 合 金GNB购 买 Gates专 利GNB开 始 大 量 生产 吸 液 式 密 封 免维 护 铅 酸 蓄 电 池 1 9 8 4 -1 9 9 6小 范 围 应 用迅 速 推 广VRLA正 式 取 代 免 维护 概 念全 面 被 认 可 并 大 规模 取 代 传 统 富 液 式 电池铅酸电池发展里程碑事件 4 铅 酸 蓄 电 池 基 础 知 识 VRLA电 池 的 基 本 定 义阀 控 式 密 封 铅 酸 蓄 电 池 的 定 义 阀 控 式 密 封 铅 酸 蓄 电 池 的 英 文 名

4、 称 为 Valve Regulated Lead Acid Battery (VRLA)。蓄 电 池 正 常 使 用 时 保 持 气 密 和 液 密 状 态 。 当 内 部 气 压 超 过 预 定 值 时 ， 单 向 安 全 阀 自 动 开 启释 放 气 体 。 当 内 部 气 压 降 低 后 ， 安 全 阀 自 动 闭 合 使 其 密 封 ， 防 止 外 部 空 气 进 入 蓄 电 池 内 部 。蓄 电 池 在 使 用 寿 命 期 间 ， 正 常 使 用 情 况 下 无 需 补 加 电 解 液 。 蓄 电 池 具 有 防 爆 、 防 酸 雾 、 耐过 充 电 能 力 。VRLA蓄 电 池

5、的 分 类 AGM 电 池 ： Absorbed Glass Mat 采 用 吸 附 式 玻 璃 纤 维 作 隔 膜 ， 电 解 液 吸 附 于 极 板 和 隔 膜 ， 电 池 内 无 流 动 电 解 液 。 AGM电 池 可 以 立 式 或 卧 式 安 装 。 GEL 电 池 ： 胶 体 电 池 采 用 SiO2作 凝 固 剂 。 电 解 液 吸 附 于 极 板 和 胶 体 内 ， 胶 体 电 池 一 般 立 式 安 装 。 常 识 备 注 ： VRLA蓄 电 池 一 般 情 况 下 都 是 指 AGM电 池 ， 胶 体 电 池 都 需 特 别 指 明 5 VRLA电 池 基 本 原 理阀

6、控 式 密 封 铅 酸 蓄 电 池 电 化 学 反 应 原 理 PbO2 +2 H2 SO4 +Pb 2 PbSO4 +2 H2 O VRLA电 池 电 化 学 反 应 原 理 ： 充 电 时 将 电 能 转 换 为 化 学 能 ， 放 电 时 将 储 存 在 电 池 内 的 化 学能 转 化 为 电 能 释 放 给 外 在 系 统 。 VRLA电 池 能 够 在 电 池 内 部 对 氧 气 再 复 合 利 用 ， 并 抑 制 氢 气 析 出 。 VRLA蓄 电 池 又 称 “ 贫 液 蓄 电 池 ” 。 蓄 电 池 采 用 负 极 板 富 余 容 量 设 计 ,使 氢 气 析 出 时 电 位

7、 提 高 ,使 正 极 出 现 氧 气 先 于 负 极 出 现 氢 气 。 充 电 时 ,正 极 析 出 的 氧 气 ,通 过 玻 璃 纤 维 隔 板 传 送 到负 极 表 面 与 氢 气 结 合 为 水 ， 从 而 有 效 控 制 水 的 电 解 ,减 少 电 解 液 的 消 耗 ， 因 此 失 水 量 很 小 ，所 以 无 需 加 水 加 酸 。 充 电放 电 6 VRLA电 池 基 本 结 构 与 设 计构 成 VRLA铅 酸 蓄 电 池 的 主 要 部 件 ： 正 负 极 板 、 隔 膜 、 电 解 液 、 安 全 阀 、 电 池 壳 与 电 池 盖 端 子 、 连 接 条 、 极 柱

8、 等 零 件 Euroba 12V系 列 电 池 剖 面 图 Euroba 2V系 列 电 池 剖 面 图 7 VRLA电 池 基 本 结 构 与 设 计VRLA蓄 电 池 的 设 计 ： 板 栅 合 金 的 选 择 ： 板 栅 的 功 能 是 支 撑 活 性 物 质 并 传 输 电 流 。 它 通 常 是 铅 或 铅 基 合 金 制 成 的 栅 栏 片 状 物 ， 使 活 性 物 质 固 定 于 其 中 。 备 注 ： 参 加 电 池 反 应 的 活 性 物 质 Pb和 PbO2是 疏 松 的 多 孔 性 物 质 需 要 载 体 固 定 。 正 板 栅 要 求 具 有 自 放 电 小 和 耐

9、 腐 蚀 的 特 点 。 所 采 用 的 合 金 各 异 ， 常 用 的 有 Pb-Ca、 Pb-Ca-Sn 、 Pb-Ca-Sn-Al 和 Pb-Ti-Ge合 金 。 负 板 栅 一 般 采 用 Pb-Ca 合 金 ， 尽 量 减 少 析 氢 量 。 正 极 板 图 负 极 板 图 8 VRLA电 池 基 本 结 构 与 设 计VRLA蓄 电 池 的 设 计 ： 隔 膜 的 选 择 ： VRLA电 池 采 用 的 是 AGM（ 玻 璃 纤 维 棉 ） 隔 膜 。 主 要 具 有 以 下 特 征 ： 优 良 的 耐 酸 性 能 和 抗 氧 化 能 力 厚 度 均 匀 、 无 针 孔 、 无 机

10、 械 杂 质 材 料 孔 径 小 、 孔 率 高 优 良 的 吸 附 性 能 ， 保 留 电 解 液 能 力 强 电 阻 小 具 有 一 定 强 度 ， 保 证 工 艺 上 的 可 操 作 度 杂 质 少 、 铜 铁 含 量 低 AGM隔 膜 PVC隔 膜 9 VRLA电 池 基 本 结 构 与 设 计VRLA蓄 电 池 的 设 计 ： 壳 盖 结 构 设 计 和 材 料 的 选 择 ： 强 度 设 计 ： 电 池 外 壁 在 过 盈 装 配 和 承 受 内 气 压 时 不 应 有 明 显 气 胀 变 形 。 ABS和 PVC外 壳 厚 度 为 8-10mm,PP 材 料 应 加 钢 壳 加

11、固 。 散 热 设 计 ： 要 求 外 壳 散 热 面 积 大 、 材 料 导 热 性 能 好 盖 上 极 柱 密 封 设 计 ： 关 键 工 艺 技 术 ， 不 同 制 造 商 不 尽 相 同 。 壳 盖 密 封 和 极 柱 密 封 结 构 : 热 封 ： 最 可 靠 的 密 封 方 式 ， PP材 料 一 般 采 用 热 封 。 胶 封 ： ABS、 PVC材 料 一 般 采 用 胶 封 ， 技 术 关 键 在 于 选 用 合 适 的 环 氧 树 脂 。ABS槽 盖 配 合 操 作 图ABS槽 盖 配 合 图 1 0 VRLA电 池 基 本 结 构 与 设 计VRLA蓄 电 池 的 设 计

12、 ： 电 解 液 的 选 择 ： VRLA电 池 电 解 液 中 H2SO4的 含 量 按 理 论 值 1.5倍 计 算 电 解 液 比 重 一 般 为 1.3g/ml 安 全 阀 的 要 求 ： 安 全 阀 是 关 键 部 件 影 响 电 池 寿 命 、 一 致 性 和 安 全 性 。 可 分 为 帽 式 、 柱 式 和 伞 形 安 全 阀 。 单 向 开 阀 单 向 密 封 ， 防 止 空 气 进 入 电 池 内 部 同 一 组 电 池 各 个 安 全 阀 间 的 开 闭 压 力 差 不 应 超 过 平 均 值 的 20% 寿 命 不 低 于 15年 具 有 虑 酸 功 能 ， 可 防 止

13、 酸 与 酸 雾 从 安 全 阀 排 气 口 排 出 隔 爆 ， 当 电 池 外 部 遭 遇 明 火 是 电 池 内 部 不 应 引 爆 抗 震 ， 运 输 和 使 用 期 间 ， 不 会 因 为 震 动 和 多 次 开 闭 而 松 动 失 效 耐 酸 耐 高 低 温 1 1 VRLA电 池 基 本 性 能 参 数VRLA蓄 电 池 的 性 能 参 数 ： 开 路 电 压 与 工 作 电 压 ： 开 路 电 压 ： 电 池 在 开 路 状 态 下 的 端 电 压 。 开 路 电 压 =正 极 电 极 电 势 负 极 电 极 电 势 工 作 电 压 ： 也 叫 放 电 电 压 ， 指 电 池 接

14、 通 负 载 后 放 电 过 程 中 显 示 的 电 压 。 初 始 电 压 是 指 电 池 放 电 开 始 的 工 作 电 压 。 电 池 容 量 ： 电 池 在 一 定 条 件 下 所 能 给 出 的 电 量 称 为 电 池 的 容 量 （ 符 号 ： C 单 位 ： Ah/mAh )。 额 定 容 量 也 叫 保 证 容 量 ， 按 有 关 标 准 保 证 电 池 在 一 定 放 电 条 件 下 应 该 放 出 的 最 低 限 度 容 量 比 容 量 是 单 位 体 积 或 单 位 质 量 电 池 所 能 给 出 的 电 量 ， 其 单 位 为 Ah/Kg 或 Ah/l。 可 以 用 于

15、 比 较 不 同 系 列 的 电 池 。 电 池 内 阻 电 池 内 阻 包 括 ： 欧 姆 内 阻 和 极 化 内 阻 。 内 阻 的 存 在 使 电 池 放 电 时 的 端 电 压 电 池 的 电 动 势 和 开 路 电 压 ， 充 电 时 端 电 压 高 于 电 动 势 和 开 路 电 压 。 内 阻 值 不 是 常 数 。 欧 姆 内 阻 遵 守 欧 姆 定 律 ， 极 化 内 阻 随 电 流 密 度 增 加 而 非 线 性 变 大 。 1 2 VRLA电 池 基 本 性 能 参 数VRLA蓄 电 池 的 性 能 参 数 ： 能 量 ： 电 池 的 能 量 ： 一 定 放 电 条 件

16、下 蓄 电 池 所 能 给 出 的 电 能 。 单 位 ： Wh 瓦 时 比 能 量 ： 电 池 单 位 质 量 或 单 位 体 积 所 能 输 出 的 电 能 。 单 位 ： Wh/Kg 比 能 量 反 映 了 电 池 活 性 物 质 的 利 用 率 ， 同 时 也 反 映 了 电 池 的 质 量 水 平 和 制 造 商 的 技 术 和 管 理 水 平 。 功 率 和 比 功 率 ： 功 率 是 指 电 池 在 一 定 条 件 下 于 单 位 时 间 所 能 给 出 的 能 量 的 大 小 ， 单 位 ： W或 KW 比 功 率 是 单 位 质 量 电 池 所 能 给 出 的 功 率 ， 其

17、 单 位 为 W/Kg 或 KW/Kg。 比 功 率 越 大 表 示 电 池 可 以 承 受 大 电 流 放 电 。 电 池 的 使 用 寿 命 电 池 使 用 寿 命 ： 在 规 定 条 件 下 ， 电 池 的 有 效 寿 命 期 限 称 为 电 池 的 使 用 寿 命 。 电 池 的 使 用 寿 命 包 括 ： 使 用 期 限 和 使 用 周 期 。 使 用 期 限 指 电 池 可 供 使 用 的 时 间 ， 包 括 电 池 的 存 放 时 间 。 使 用 周 期 是 指 蓄 电 池 可 供 重 复 使 用 的 次 数 。 选型与设计 蓄 电 池 的 选 型 蓄 电 池 容 量 的 计 算

18、 A. 按 所 需 容 量 和 电 流 的 计 算 蓄 电 池 容 量 方 法 与 实 例 B . 按 照 所 需 功 率 计 算 蓄 电 池 容 量 方 法 与 实 例 EUROBA电 池 的 特 点 与 优 势 1 4 VRLA电 池 的 选 型 与 设 计VRLA蓄 电 池 的 选 型 与 设 计 ： 选 择 蓄 电 池 的 需 要 考 虑 几 个 因 素 ： 电 池 的 类 型 ： 铅 酸 电 池 ： AGM或 胶 体 电 池 、 锂 电 池 、 镍 镉 电 池 。 电 池 容 量 ： 根 据 用 户 实 际 的 后 备 要 求 （ 负 载 功 率 和 后 备 时 间 ） ， 主 设

19、备 类 型 计 算 容 量 。 电 池 性 能 参 数 ： 评 估 VRLA电 池 的 重 量 、 体 积 、 比 能 量 、 使 用 温 度 范 围 的 因 素 ， 综 合 考 虑 。 选 定 蓄 电 池 之 后 的 设 计 ： 在 确 定 电 池 组 总 容 量 的 前 提 下 ， 结 合 用 户 现 场 安 装 条 件 、 负 载 使 用 情 况 设 计 ： 电 池 组 的 组 数 （ 并 联 一 般 不 超 过 3组 ） 。 选 择 使 用 电 池 箱 或 电 池 架 承 载 电 池 。 电 池 列 间 、 层 间 连 接 电 缆 或 铜 排 截 面 积 计 算 ， 确 保 安 全 载

20、 流 量 和 导 线 压 降 。 1小 时 率 大 电 流 放 电 时 ， 连 接 线 压 降 896.1W ) 所 以 2组 S12V285电 池 并 联 可 以 满 足 要 求 UPS电 池 配 置 为 采 用 S12V285电 池 ， 2组 电 池 并 联 ， 每 组 40节 串 联 。 共 使 用 80节 电 池 。 使用与维护 蓄 电 池 的 安 装 蓄 电 池 的 使 用 与 注 意 事 项 蓄 电 池 的 维 护 2 0 VRLA电 池 的 使 用 与 维 护VRLA蓄 电 池 的 安 装 ： 蓄 电 池 的 安 装 方 式 安 装 方 式 分 立 式 安 装 或 卧 式 安 装

21、 。 矮 性 设 计 的 电 池 可 以 立 式 ， 也 可 以 卧 式 安 装 。 高 形 设 计 的 电 池 建 议 卧 式 安 装 。 蓄 电 池 连 接 方 式 及 导 线 VRLA电 池 的 应 用 实 践 告 诉 我 们 ， 在 大 电 流 放 电 应 用 中 电 池 的 连 接 方 式 和 连 接 导 线 的 压 降 至 关 重 要 。 电 池 连 接 贯 彻 原 则 ： 多 串 少 并 ， 先 串 后 并 。 并 联 电 池 组 控 制 在 3组 以 内 。 连 接 导 线 的 压 降 取 决 于 ： 导 线 材 质 （ 电 阻 率 ） 、 导 线 长 度 、 截 面 积 大

22、小 连 接 导 线 压 价 10 mv（ 1Hr率 放 电 电 流 ） 蓄 电 池 安 装 常 规 注 意 事 项 不 能 将 容 量 不 同 、 性 能 和 新 旧 程 度 不 同 的 电 池 混 在 一 起 使 用 。 连 接 螺 栓 、 螺 丝 必 须 拧 紧 ， 以 免 引 起 电 池 打 火 爆 炸 。 连 接 总 线 和 导 通 系 统 前 ， 再 次 确 认 电 池 极 性 、 总 电 压 是 否 正 确 无 误 。 电 池 组 连 接 后 电 压 很 高 ， 注 意 使 用 绝 缘 工 具 并 防 止 短 路 。 电 池 组 不 要 安 装 在 密 闭 的 空 间 ， 要 远

23、离 热 源 ， 避 免 阳 光 直 射 。 2 1 VRLA电 池 的 使 用 与 维 护VRLA蓄 电 池 的 使 用 ： 蓄 电 池 的 浮 充 VRLA电 池 主 要 的 工 作 方 式 是 浮 充 工 作 制 。 VRLA电 池 浮 充 工 作 下 ， 电 池 与 整 流 器 设 备 并 联 ， 电 池 组 一 般 不 放 电 。 实 际 工 作 中 电 池 存 在 局 部 放 电 或 由 于 负 载 突 然 增 加 而 放 电 。 VRLA电 池 浮 充 有 两 个 作 用 ： 市 电 中 断 ， 电 池 立 即 无 间 断 向 负 载 供 电 ； 电 池 起 到 平 滑 滤 波 作

24、 用 ， 滤 除 脉 动 成 分 ， 稳 定 负 载 供 电 质 量 以 EUROBA电 池 的 浮 充 为 例 ， 具 体 浮 充 的 参 数 要 求 ： 充 电 电 压 ： 2 .2 3 2 .2 7 V/单 体 (2 5 ) (建 议 设 置 为 2 .2 5 V/单 体 ) 最 大 充 电 电 流 ： 0 .3 0 C 1 0 温 度 补 偿 系 数 ： -3 .3 mV/ .单 体 (以 2 5 为 基 点 ) 充 电 电 压 变 动 范 围 为 0 .0 2 V/单 体 注 意 事 项 ： 同 一 电 池 组 各 单 体 电 池 的 电 压 值 在 使 用 初 期 会 出 现 一

25、定 偏 差 ， 半 年 之 后 将 趋 于 一 致 。 浮 充 电 压 过 高 或 过 低 对 电 池 的 影 响 如 下 ： 长 时 间 过 高 （ 过 充 电 ） ： 缩 短 寿 命 。 长 时 间 过 低 （ 充 电 不 足 ） ： 满 足 不 了 负 载 或 使 电 池 电 压 不 一 致 ， 从 而 使 电 池 整 组 容 量 下 降 ， 寿 命 缩 短 。 2 2 VRLA电 池 的 使 用 与 维 护VRLA蓄 电 池 的 使 用 ： 蓄 电 池 的 均 充 VRLA电 池 均 充 工 作 启 动 的 原 因 ： 电 池 浮 充 电 压 偏 低 、 放 电 后 再 充 电 、 电

26、 池 组 容 量 不 足 。 VRLA电 池 平 时 不 建 议 均 充 。 均 充 可 能 造 成 电 池 失 水 而 早 期 失 效 。 均 充 电 压 的 选 择 要 考 虑 温 度 因 素 ， 温 度 系 数 取 -5mv/ C 。 VRLA电 池 均 充 频 率 的 设 定 ： 电 池 全 浮 充 工 作 一 年 ， 均 充 一 次 。 时 间 12-24小 时 。 以 EUROBA电 池 的 均 充 为 例 ， 具 体 均 充 的 参 数 要 求 ： 充 电 电 压 ： 2 .3 0 2 .3 5 V/单 体 (2 5 ) (建 议 设 置 为 2 .3 5 V/单 体 ) 最 大

27、 充 电 电 流 ： 0 .3 0 C 1 0 温 度 补 偿 系 数 ： -5 mV/ .单 体 (以 2 5 为 基 点 ) 充 电 电 压 变 动 范 围 为 0 .0 2 V/单 体 退 出 均 充 条 件 ： 退 出 均 充 的 电 流 参 考 值 一 般 设 定 为 0 .0 1 C1 0 ， 并 联 时 乘 以 蓄 电 池 组 数 。 注 意 事 项 ： 正 常 浮 充 运 行 可 以 不 进 行 此 项 操 作 。 遇 到 下 列 情 况 之 一 可 考 虑 采 用 均 衡 充 电 ： 放 电 容 量 低 于 额 定 容 量 的 2 0 %以 上 。 搁 置 不 用 时 间 超

28、 过 3 个 月 有 单 体 电 池 浮 充 电 压 低 于 2 .1 8 V/单 体 连 续 浮 充 3 6 个 月 或 电 池 组 内 出 现 电 压 落 后 的 电 池 全 浮 充 运 行 一 年 以 上 蓄 电 池 安 装 调 试 结 束 后 投 入 使 用 前 需 要 进 行 补 充 电 。 蓄 电 池 容 量 检 测 后 进 行 均 充 电 。 2 3 VRLA电 池 的 维 护VRLA蓄 电 池 的 日 常 维 护 ： VRLA蓄 电 池 并 非 不 需 要 管 理 ， 电 池 的 变 化 是 渐 进 和 累 积 的 过 程 。 我 们 平 时 维 护 要 做 好 运 行 记 录

29、 ， 具 体 项 目 如 下 ： 电 池 单 体 和 电 池 组 的 浮 充 电 压 （ 一 月 /次 ） 电 池 外 壳 和 极 柱 温 度 （ 一 月 /次 ） 极 柱 、 安 全 阀 周 围 是 否 有 渗 液 和 酸 雾 溢 出 （ 一 月 /次 ） 检 查 连 接 螺 栓 是 否 拧 紧 （ 六 月 /次 ） 定 期 检 查 开 关 电 源 或 UPS设 备 对 电 池 均 浮 充 电 压 参 数 是 否 符 合 电 池 充 电 要 求 每 年 以 实 际 负 载 做 一 次 核 对 性 放 电 ， 放 电 容 量 约 额 定 容 量 的 30%-40% 每 3年 以 假 负 载 做

30、 一 次 容 量 实 验 ， 放 电 深 度 为 80%C10 2 4 VRLA电 池 的 维 护VRLA蓄 电 池 的 一 些 维 护 经 验 ： 通 过 多 年 VRLA蓄 电 池 的 使 用 实 践 ， 我 们 认 识 到 VRLA电 池 并 非 免 维 护 的 而 是 需 要 管 理 的 ， 为 此 人 们 总 结 出 一 些 维 护 经 验 以 供 参 考 ： 机 房 供 电 情 况 ： 为 保 证 蓄 电 池 使 用 寿 命 ， 尽 量 不 要 让 电 池 过 放 电 。 稳 定 的 市 电 和 油 机 配 备 是 延 长 蓄 电 池 使 用 寿 命 的 良 好 保 证 ， 所 以 油 机 每 月 启 动 一 次 ， 确 保 油 机 正 常 工 作 。 电 池 的 使 用 环 境 ： 电 池 室 保 持 良 好 通 风 ， 温 度 控 制 在 15-35 C之 间 ， 最 好 安 装 空 调 保 持 室 温 25 C。 为 了 维 护 便 利 ， 机 房 应 留 有 适 当 的 维 护 空 间 。 蓄 电 池 设 备 的 容 量 配 置 ： 蓄 电 池 容 量 应 符 合 负 载 放 电 的 实 际 需 求 。 避 免 频 繁 大 电 流 放 电 影 响 电 池 寿 命 。