電源公司培訓(xùn)教程 鉛蓄電池基本知識(shí)

1、三麗高科電源有限公司工人技術(shù)培訓(xùn)教材 鉛酸蓄電池基本知識(shí)具體為：一、化學(xué)電源及其分類二、鉛酸蓄電池的發(fā)展史三、鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)和原理四、鉛酸蓄電池制造的工藝流程五、鉛蓄電池原材料、半成品的基本物理和化學(xué)性質(zhì)六、鉛蓄電池的主要型號(hào)及其標(biāo)志的意義七、鉛蓄電池的應(yīng)用領(lǐng)域八、鉛酸蓄電池基本術(shù)語(yǔ)九、鉛酸蓄電池使用維護(hù)基本知識(shí)一、 化學(xué)電源及其分類1、定義化學(xué)電源是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放出來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)換成低壓直流電能的一種裝置。2、工作原理化學(xué)電源就是一個(gè)能源轉(zhuǎn)換的裝置。放電時(shí)，電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能供應(yīng)給負(fù)載；充電時(shí)，外界的電能在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并儲(chǔ)存起來(lái)。3、基本組成（1） 正極（2）

2、 負(fù)極（3） 電解質(zhì)（4） 隔膜（5） 外殼4、分類化學(xué)電源有不同的方法：按活性物質(zhì)的保存方式分類。活性物質(zhì)保持在電極上 非再生型一次電池（如鋅-錳電池） 再生型二次電池；（如鉛酸蓄電池）活性物質(zhì)連續(xù)供給電極 非再生型燃料電池 再生型燃料電池；按電解質(zhì)種類分類 堿性電池。電解質(zhì)為堿性溶液的電池（如鎘-鎳電池） 酸性電池。電解質(zhì)為酸性溶液的電池（如鉛酸電池） 中性電池。電解質(zhì)為中性溶液的電池 （如硅能電池） 有機(jī)電解質(zhì)電池。電解質(zhì)為有機(jī)電解質(zhì)電池（如鋰電池）按化學(xué)電源的工作性質(zhì)及貯存方式分類原電池：電池經(jīng)過(guò)放電后，不能用充電的方法使兩極的活性物質(zhì)恢復(fù)的初始狀態(tài)，即反應(yīng)是不可逆的，因此兩極上的活性

3、物質(zhì)只能利用一次。原電池的特點(diǎn)是小型，攜帶方便，但放電電流不大。一般用于儀器及各種電子器件。（如鋅-銀電池）蓄電池：電池工作時(shí)，兩極上進(jìn)行的反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。因此可用充電的方法使兩極活性物質(zhì)恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而獲得再生放電的能力。這種充電和放電能夠反復(fù)多次，循環(huán)使用。（如鉛酸蓄電池）貯備電池：電池正負(fù)極活性物質(zhì)和電解質(zhì)在貯存期間不能直接接觸（熱電池除外），直到使用時(shí)才能借助動(dòng)力源作用于電解質(zhì)。使電池“激活”，所以這種電池也稱為激活電池。根據(jù)激活方式的不同，又有氣體激活電池、液體激活電池、熱激活電池之分。他們的特點(diǎn)是電池在使用前處于惰性狀態(tài)，因此能貯存幾年甚至十幾年。（如鎂-銀電池）燃料電池：又

4、稱為連續(xù)電池，它的特點(diǎn)是正負(fù)極本身不包括活性物質(zhì)，活性物質(zhì)貯存在電池電池體系之外，只要將活性物質(zhì)連續(xù)不斷的注入電池，電池就能夠長(zhǎng)期不斷地進(jìn)行放電。（如氫-氧燃料電池）二、鉛酸蓄電池的發(fā)展史鉛酸蓄電池是1859年卡斯通z普蘭特 (gaston zplante) 試驗(yàn)了大量的二次電池之后發(fā)明的。他用兩片鉛片作電極，中間隔以橡皮卷成的細(xì)螺旋作隔板，浸在10的硫酸（h2so4）溶液（比重1.06g/cm3）中，構(gòu)成一個(gè)鉛蓄電池。他發(fā)現(xiàn)，這種電池可以反復(fù)充電和放電。并觀察到，這種鉛電極裝在硫酸溶液中構(gòu)成的鉛蓄電池，當(dāng)切斷一次電流（充電電流）后，立即放出強(qiáng)大的電流（二次電流），比試驗(yàn)的其他材料作電極構(gòu)成的

5、蓄電池明顯優(yōu)越。1906年，普蘭特向法國(guó)科學(xué)院提交了一個(gè)由9個(gè)單體電池構(gòu)成的鉛蓄電池，這是世界上第一個(gè)鉛蓄電池普蘭特電池。由于它的主要原料是鉛和酸，因而稱為鉛酸蓄電池或簡(jiǎn)稱為鉛蓄電池。但普蘭特電池存在著電極活性物質(zhì)利用率低，化成時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，電池放電容量不大等問(wèn)題，所以普蘭特電池沒(méi)有獲得工業(yè)上的應(yīng)用。盡管普蘭特電池制造與性能還有許多缺點(diǎn)，但它顯示出可以獲得二次電流（即將經(jīng)過(guò)電化學(xué)反應(yīng)獲得的一次電流儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)供給二次電流）的優(yōu)點(diǎn)，以及它將對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)，使人們發(fā)現(xiàn)了光明的前途。所以，人們鍥而不舍地研究，發(fā)現(xiàn)鉛的氧化物和硫酸混合可制成膏劑鉛膏，涂在鉛片上可大大縮短化成時(shí)間，電極

6、利用率和電池放電容量也大為提高，這些成果，促進(jìn)了鉛蓄電池的發(fā)展。1881年，富爾（faure）發(fā)明了涂膏式極板，但它的一個(gè)嚴(yán)重缺陷是鉛膏非常容易從鉛板上脫落。為了改善這種情況，1881年末，有人提出了柵形板柵的設(shè)計(jì)，即將整體的平面鉛板改成多孔板柵，將鉛膏塞在小孔中。這種極板在保持活性物質(zhì)不脫落方面比整體平面鉛板好。1882年，出現(xiàn)了鉛銻合金（pb-sb）作板柵，增強(qiáng)了硬度，1889年改善了板柵的形狀，板柵的外形由鉛板改為三角斷面的條形。這就增加了鉛膏與板柵的接觸面積，使鉛膏緊密結(jié)合在板柵上，大大提高了鉛蓄電池的性能和使用壽命。鉛粉、鉛膏、合金板柵作為現(xiàn)代鉛蓄電池極板結(jié)構(gòu)就此確定下來(lái)。鉛蓄電池采

7、用的鉛氧化物，最初試驗(yàn)了各種鉛氧化物，如鉛汞、碳酸鉛、二氧化鉛，紅丹（pb3o4）、黃丹（pbo）等。但最終采用了紅丹和黃丹，直至新型活性物質(zhì)的出現(xiàn)，因?yàn)槠渫庥^顏色分為紅色和黃色，又以中國(guó)煉丹爐方法制得，所以叫做紅丹和黃丹。鉛酸蓄電池發(fā)展至今已有130多年的歷史了，直到1957年西德陽(yáng)光公司制成膠體密封鉛酸電池并投入市場(chǎng)，標(biāo)志著實(shí)用密封鉛酸蓄電池的誕生。1971年美國(guó)gates公司，生產(chǎn)出玻璃纖維隔板的吸液式電池，這就是閥控式密封鉛酸蓄電池（vrla電池）。三、鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)和原理1、結(jié)構(gòu)圖3-1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖負(fù)極板正極板安全閥極柱 電池蓋隔板電池槽2、鉛蓄電池主要零部件的主要作用（1） 板 柵

8、：支撐活性物質(zhì)、傳導(dǎo)電流（2） 極 板：電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，電池容量的主要制約者（3） 隔 板：儲(chǔ)存電解；作為氧氣復(fù)合的氣體通道；防止活性物質(zhì)脫落； 防止正負(fù)極之間短路。（4） 槽 蓋：盛裝極群，槽的厚度及材料直接影響到電池是否鼓脹變形（5） 極 柱：傳導(dǎo)電流（6） 安全閥：使電池保持一定內(nèi)壓，提高密封反應(yīng)效率；過(guò)充電或高電流充電時(shí)，安全閥打開排出氣體，防止電池變形甚至發(fā)生爆炸；防止外界空氣進(jìn)入電池；防止電解液揮發(fā)。3、基本的反應(yīng)原理（1）電池反應(yīng)原理放 電充 電 正極： pbo2 + hso4 + 3h+ pbso4 + 2h2o放 電 充 電負(fù)極： pb + hso4 pbso4 + h +

9、 放 電 充 電 總反應(yīng)：pbo2 + pb + 2h2so4 2pbso4 + 2h2o （2）電池密封原理鉛酸蓄電池充電后期，電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)： 正極：pbso4 2 h2 o 2e pbo 2 hso4- + 3h+ h2 o 2e 2h+ 1/2 o2 負(fù)極：pbso4 h+ 2e pb hso4- 2h+ 2e h2 可以看出，電池充電時(shí)產(chǎn)生h2和o2是不可避免的，而兩種氣體的再化合只有在催化劑存在的條件下才能進(jìn)行，50 60年代曾研究過(guò)用pt催化的防爆栓,但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，可靠性差而被淘汰。 1938年a.dassler提出的氣體復(fù)合原理對(duì)后來(lái)制造密封鉛酸電池有重要的指

10、導(dǎo)作用。1971年美國(guó)gates公司提出用玻璃纖維隔板為氧氣復(fù)合原理實(shí)際應(yīng)用提供了可行性，實(shí)現(xiàn)了“密封”的突破。多孔玻璃棉隔板（孔率90%）在正負(fù)極之間為氧氣傳遞提供了良好的通道。正極析出的氧氣在負(fù)極以極高的速度被還原。2pb +o2 2pbopbo+ h2so4pbso4 +h2o 上述反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了氧的循環(huán)，凈結(jié)果是沒(méi)有氧的積累，沒(méi)有水的損失。氧氣的復(fù)合使負(fù)極去極化，減緩了h2 的析出。四、鉛酸蓄電池制造的工藝流程1電池制造工藝流程 鉛粒鑄造 鉛粉制造和膏 涂板 固化切刷耳 極板裝箱 稱板配重 板柵制造 包板 組 焊封蓋灌酸充放電配組 裝箱 復(fù)檢出廠 五、鉛蓄電池原材料、半成品的基本物理和化學(xué)

11、性質(zhì)1 鉛鉛，化學(xué)符號(hào)為pb，是淡青白色的重金屬，密度為11.34g/cm3，質(zhì)軟易于切開，在327.3時(shí)熔化，在空氣中迅速氧化而在其表面形成一層氧化鉛。鉛蓄電池活性物質(zhì)用鉛均用電解精制粗鉛而得到的電解鉛，純度可達(dá)99.99。400500逸出大量鉛蒸氣。2 鉛合金鉛銻鎘金，化學(xué)符號(hào)為pb-sb-cd，是傳統(tǒng)開口電池的板柵合金材料，缺點(diǎn)是氫氣（h2）在sb上的析出過(guò)電位低，即h2易析出，無(wú)法做成密封電池。鉛鈣錫鋁，化學(xué)符號(hào)為pb-ca-sn-al，優(yōu)點(diǎn)是：不易析氫，適合做密封電池的板柵材料。缺點(diǎn)：不適合深放電循環(huán)。ca的作用：提高導(dǎo)電性；sn的作用：提高機(jī)械強(qiáng)度機(jī)澆鑄性能，但價(jià)格昂貴；al的作用

12、：保護(hù)ca，使其不被燒損。3 氧化鉛氧化鉛，化學(xué)符號(hào)為pbo，是土黃色的鉛的氧化物，密度為9.67g/cm3，與稀硫酸易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鉛和水，并放出大量的熱。4 二氧化鉛二氧化鉛，化學(xué)符號(hào)pbo2，主要有pbo2和pbo2兩種晶型。是紅褐色的鉛的二氧化物，密度為9.37g/cm3，與稀硫酸易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鉛和水，放出的熱量較多。5 硫酸鉛硫酸鉛，化學(xué)符號(hào)pbso4，密度為6.32 g/cm3，不溶于酸和水，若生成致密而粗大的硫酸鉛晶體，則發(fā)生負(fù)極的硫酸鹽化，導(dǎo)致電池失效。6 硫酸硫酸，化學(xué)符號(hào)h2so4，密度（15時(shí)）為1.34g/cm3，是無(wú)色透明的油狀液體，稀釋硫酸時(shí)一定要

13、少量硫酸放到水中再攪拌，以便熱量的散失。7 膠粘劑膠粘劑由樹脂和固化劑按一定比例混合后固化而成。不使用時(shí)，樹脂與固化劑單獨(dú)存放，樹脂為黃色的油狀物，固化劑為白色液體。樹脂與固化劑混合后在820min（冬夏季不同）固化，并放出大量的熱。在室溫25下，膠粘劑完全固化需要24h。膠粘劑需按一般危險(xiǎn)品進(jìn)行儲(chǔ)存，要求：避光、通風(fēng)、防潮、室溫下密閉保存。最適宜的溫度是：1520。8 agm隔板agm隔板是超細(xì)玻璃纖維隔板的英文簡(jiǎn)稱，agm隔板中含有5%左右的憎水劑，保證即使有自由酸存在，隔板仍保持10%左右的孔不被淹沒(méi)，作為氧氣傳輸?shù)耐ǖ?。它的?yōu)點(diǎn)有：孔率高、孔徑適中、抗拉強(qiáng)度好、電阻率低等。六、鉛蓄電池

14、的主要型號(hào)及其標(biāo)志的意義1型號(hào)的組成及其代表意義6 - d z m - 12 電池額定容量值 密封式 電動(dòng)助力型 串聯(lián)單體蓄電池?cái)?shù)2.品種規(guī)格m三麗系列電池型號(hào)及外形尺寸電池型號(hào)額定電壓（v）額定容量（ah）外形尺寸（mm）重量（kg）長(zhǎng)寬高總高6-dzmj-121212151999946-dzmj-201220181761707七、鉛蓄電池的應(yīng)用領(lǐng)域1、郵電通信：鉛蓄電池主要浮充運(yùn)行，在市電停電時(shí)作為備用電源；2、電力行業(yè)：作為電廠分合閘啟動(dòng)用，瞬間電流很大，平時(shí)浮充運(yùn)行；3、鐵路系統(tǒng)：主要為啟動(dòng)及通信接入網(wǎng)用，啟動(dòng)時(shí)最大電流可達(dá)2100a；4、廣電系統(tǒng)：浮充運(yùn)行，也作為市電停電時(shí)的備用電源

15、；5、ups系統(tǒng)：不間斷電源，作為計(jì)算機(jī)等的備用電源，浮充運(yùn)行；6、電動(dòng)自行車及電動(dòng)汽車：作為電動(dòng)自行車或電動(dòng)汽車的動(dòng)力電源，深循環(huán)使用。7、航標(biāo)系統(tǒng)；作為航標(biāo)燈的電源，循環(huán)使用。八、鉛酸蓄電池基本術(shù)語(yǔ)1、電池電壓：開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓。工作電壓：電池接通負(fù)荷后在放電過(guò)程中顯示的電壓，又稱負(fù)荷（載）電壓或放電電壓，工作電壓與放電條件有關(guān)，放電電流越大，工作電壓越低；溫度越低，工作電壓越低。電壓隨放電時(shí)間變化的曲線稱為放電曲線。浮充電壓：浮充使用時(shí)蓄電池的充電電壓。儲(chǔ)存電壓：經(jīng)過(guò)一定儲(chǔ)存期后的開路電壓。2、電池的容量：電池的理論容量：活性物質(zhì)按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。電池的

16、實(shí)際容量：電池在一定條件下所能輸出的電量，以符號(hào)c表示。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積。單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（ah）。電池的額定容量：按國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定條件下的最低限度的容量。也叫保證容量正常情況下，三者的關(guān)系是：理論容量實(shí)際容量額定容量3、電池的內(nèi)阻： 電流通過(guò)電池的內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液溫度和濃度都在不斷的變化。內(nèi)阻可分為歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，歐姆內(nèi)阻符合歐姆定律；極化電阻隨著放電電流的增大而增大，但不是直線關(guān)系而是對(duì)數(shù)關(guān)系。4、放電制度：指放電速率、放電形式、終止電壓和溫度。高倍率即大電流。低溫條件下放電

17、時(shí)，將減少電池輸出的容量。放電速率也稱放電率，常用時(shí)率和倍率表示。時(shí)率是以放電時(shí)間來(lái)表示的放電速率，即以某電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時(shí)間。例如某電池額定容量是20小時(shí)率時(shí)為60ah，即以c20為60ah表示，則電池應(yīng)以60/20=3a的電流放電，連續(xù)達(dá)20h者即為合格。倍率是指電池放電電流的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。如放電電流表示為0.1c20，對(duì)于一個(gè)60ah（c20）的電池，即以0.1606a的電流放電，3c20指180a的電流放電。終止電壓指電池放電時(shí)電壓下降到不宜再繼續(xù)放電時(shí)的最低工作電壓。一般在高倍率、低溫條件下放電時(shí)，終止電壓規(guī)定得低一些。溫度：與電池容量、浮充電壓、壽命密切相

18、關(guān)。5、失效模式：正極板柵的腐蝕變形。正極板柵在蓄電池的充電過(guò)程中會(huì)被氧化成硫酸鉛和二氧化鉛，最后導(dǎo)致喪失支撐活性物質(zhì)的作用而使電池失效，或者由于二氧化鉛腐蝕層的形成，使鉛合金產(chǎn)生應(yīng)力，致使板柵線性長(zhǎng)大變形，活性物質(zhì)與板柵接觸不良而脫落，或在匯流排處短路。正極活性物質(zhì)脫落、軟化。極板的制造、裝配的松緊和充放電條件等一系列因素都對(duì)正極活性物質(zhì)脫落、軟化有影響。不可逆硫酸鹽化。在負(fù)極上形成一種粗大的、難于接受充電的pbso4結(jié)晶。早期容量損失。在蓄電池使用的初期出現(xiàn)容量突然下降的現(xiàn)象。熱失控。充電壓過(guò)高，從而充電電流過(guò)大，產(chǎn)生的熱將使電池電解液溫度升高，導(dǎo)致電池內(nèi)阻下降，內(nèi)阻下降又加強(qiáng)了充電電流，

19、電池升溫和充電電流過(guò)大的互相加強(qiáng)，最終不可控制，使電池變形、開裂而失效。電解液干涸。九、鉛酸蓄電池使用維護(hù)基本知識(shí)1、充放電要求均衡充電 ls系列電池在下列情況下需對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電： 電池系統(tǒng)安裝完畢后，對(duì)電池組進(jìn)行補(bǔ)充充電 電池組浮充運(yùn)行三個(gè)月后，有兩只以上電池電壓低于2.18v 電池?cái)R置停用時(shí)間超出三個(gè)月 電池全浮充運(yùn)行達(dá)三個(gè)月 均衡充電的方法推薦采用如下方式： 以2.35v/單體2.40v/單體充電24小時(shí) 注意：上述充電時(shí)間是指溫度范圍為2030，如果環(huán)境溫度下降，則充電時(shí)間應(yīng)增加，反之亦然。電池充電 電池放電后應(yīng)及時(shí)充電。充電方法推薦如下： 以0.1c10a的恒電流對(duì)電池組充電，

20、到電池單體平均電壓上升到2.352.40v,然后改用 2.352.40v/單體進(jìn)行恒壓充電,直到充電結(jié)束。 用上述方法進(jìn)行充電，其充足電的標(biāo)志，可以用以下兩條中的任一條作為判斷依據(jù)： 充電時(shí)間1824小時(shí)(非深放電時(shí)間可短，如20放電深度的電池，充電時(shí)間可縮短為10小時(shí)。)電壓恒定情況下，充電末期連續(xù)三小時(shí)充電電流值不變。 在特殊情況下，電池組需盡快充足電，可采用快速充電方法：限流值0.15c10a，充電電壓為2.352.40v/單體。2、電池儲(chǔ)存所有鉛酸蓄電池在開路狀態(tài)下都會(huì)自放電，自放電的結(jié)果是電池的開路電壓降低，電池容量減少。南都ls系列電池在儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 自放電率與電池的儲(chǔ)存

21、溫度有關(guān)，溫度低則自放電程度小，溫度高則自放電程度大。 南都ls系列電池存放環(huán)境要求035；存放地點(diǎn)應(yīng)通風(fēng)、干燥。 儲(chǔ)存時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)是開路電壓，它與電解液濃度有關(guān)。為避免自放電對(duì)極板的永久性損傷，電池存放三個(gè)月后應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充電。充電方法見(jiàn)均衡充電方法。 電池存放期間，若開路電壓低于2.10v/單體，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充電后才能投入使用，充電方法見(jiàn)均衡充電方法。 所有準(zhǔn)備儲(chǔ)存的電池在存放前都必須充足電。建議記下電池存放的時(shí)間，歸入定期維修記錄，并記下需再補(bǔ)充電的時(shí)間。 所有l(wèi)s系列電池組的合格證上有電池最后一次充電的時(shí)間，可根據(jù)這個(gè)推算電池下一次補(bǔ)充電時(shí)間。3、電池的維護(hù)為確保電池的使用壽命，應(yīng)對(duì)電池進(jìn)行正確的檢查和維護(hù)。以下推薦ls系列電池的維護(hù)保養(yǎng)方法。月度保養(yǎng)每月完成下列檢查： 保持電池房清潔衛(wèi)生。 測(cè)量和記錄電池房?jī)?nèi)環(huán)境溫度。 逐個(gè)檢查電池的清潔度、端子的損傷及發(fā)熱痕跡、外殼及蓋的損壞或過(guò)熱痕跡。 測(cè)量和記錄電池系統(tǒng)的總電壓、浮充電流。 季度保養(yǎng) 重復(fù)各項(xiàng)月度檢查。 測(cè)量和記錄各在線電池的浮充電壓。若經(jīng)過(guò)溫度校正有兩只以上電池電壓低于2.18v,電池組需進(jìn)行均衡充電，如問(wèn)題仍然存在，繼續(xù)進(jìn)行電池年檢乃至三年維護(hù)中的項(xiàng)目檢查。以上方法均失效，