鉛酸蓄電池原理

1、閥控鉛酸蓄電池(VRLA)原理鉛酸蓄電池的歷史VRLA組成結(jié)構(gòu)VRLA化學(xué)原理VRLA外特性11.1、鉛酸蓄電池的發(fā)明1859年，G.Plante（法國）發(fā)明。已經(jīng)有150年歷史特點：價格低廉，原材料易得，性能可靠，大電流放電，溫度范圍廣。應(yīng)用：交通、通信、電力、軍事，以及航海、航空、電動交通工具。 21.2、鉛酸蓄電池發(fā)展階段開口式 20世紀初，由于充電末期，水被電解為氫氣和氧氣析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護工作繁重。氣體溢出時攜帶酸霧，腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境。限制了電池的使用。密封式 20世紀60、70年代，主要是鉛鈣合金的發(fā)現(xiàn)，采取貧液密封式設(shè)計閥控鉛酸蓄電池（Valve Regulated

2、Lead-acid battery） 20世紀70年代以后，通過氧復(fù)合原理保持水分。VRLA會出現(xiàn)熱失控、燃燒和早期容量衰退的現(xiàn)象。最初應(yīng)用于電信系統(tǒng)。近年來廣泛應(yīng)用于電動車行業(yè)。32 VRLA組成與結(jié)構(gòu)正極板PbO2（放電生成PbSO4）負極板Pb （放電生成PbSO4）隔膜AGM（Absorbed Glass Malt吸收式玻璃棉） 隔膜電池AGM：采用吸收式玻璃纖維棉作為隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，電池內(nèi)無流動的電解液，電池可以立放，也可以臥放。 膠體電池GEL：采用SiO2做凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。電解液硫酸溶液（H2SO4， 放電生成H2O）42 VRLA

3、組成與結(jié)構(gòu)外殼和蓋子：ABS樹脂，提供正負極空間，提供足夠機械強度和散熱面積，一般8-10mm安全閥：合成橡膠，耐酸，耐高低溫，抗老化。提供單向排氣功能，保持電池內(nèi)壓力正常，阻止氧氣進入。具有濾酸，隔爆，抗震特性。同一組電池各安全閥之間的開閉壓力之差不應(yīng)超過平均值的20%，壽命不低于15年。端子：連接片/棒狀/螺柱/引出線。粘結(jié)劑密封。紅色為正極，黑色為負極563 VRLA化學(xué)原理充放電反應(yīng)73.1 充放電反應(yīng)充電：是將外部直流電源連在蓄電池上進行充電，使電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能儲存起來。放電是化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能從電池中釋放出來去驅(qū)動外部設(shè)備。83.2 氧循環(huán)副反應(yīng)當VRLA蓄電池充電將達到頂點時，充電

4、電流只被用來分解電解液中的水，此時，電池正極產(chǎn)生氧氣，負極產(chǎn)生氫氣，氣體會從蓄電池中溢出，造成電解液減少，需不定時加水。另一方面，充電末期或過充條件下，充電能量被用來分解水，正極產(chǎn)生的氧氣與負極的海綿狀鉛反應(yīng)，使負極的一部分處于未充滿狀態(tài)，擬制負極氫氣的產(chǎn)生。93.2 氧循環(huán)副反應(yīng)氧循環(huán)的設(shè)計目的是為了避免電池失水，但是容易導(dǎo)致電池熱失控。由于氧循環(huán)大量放熱，導(dǎo)致電池充鼓。104.1 VRLA外特性電壓一、電動勢E：開路電壓。電動勢取決于組成電池的材料本身，當電池極板固定，電動勢正比與硫酸密度（1.05g/ml-1.3g/ml之間時）。 經(jīng)驗公式：E=0.85+d鉛酸蓄電池單體電壓為2V。充放

5、電過程中單體電池電壓變化曲線 11 充電過程曲線12放電過程曲線134.2 VRLA外特性內(nèi)阻二、內(nèi)阻r： r=r0+En/I=r0+rn r0：歐姆內(nèi)阻（極板電阻+電解液電阻+隔板電阻） rn：極化內(nèi)阻（充放電電極電位變化導(dǎo)致，與I有關(guān)） En：極化電動勢 I：電流內(nèi)阻受極板面積 、極板見距離、活性物質(zhì)、電解液密度、溫度影響極板面積越大，極板間距離越小，活性物質(zhì)越多，溫度越高電池內(nèi)阻越小，電池效率越高14容量定義：在一定放電條件下，可以從電池獲得的電量，用AH表示。理論容量：通過活性物質(zhì)的量計算出。實際容量：實際放出的容量 活性物質(zhì)利用率=實際容量/理論容量*100%影響因素：活性物質(zhì)的多少

6、，極板厚度，極板面積，活性物質(zhì)孔隙率，活性物質(zhì)組成比例（-PbO2，骨架， -PbO2容量 ），電解液的密度與純度，電解液溫度，放電電流，放電終止電壓等4.3 VRLA外特性容量15定義：在某一時刻蓄電池固有容量的狀態(tài) H=1-Cf/C%C:滿荷電狀態(tài)蓄電池容量Cf：滿荷電狀態(tài)以后失去的容量一般用蓄電池開路端電壓及電解液密度表征4.4 VRLA外特性荷電狀態(tài)16定義：蓄電池在開路擱置期間，容量的自動下降。自放電成因：負極金屬自溶，正極板柵氧化。4.5 VRLA外特性自放電17定義：在電池在充放電中得到和釋放的電能。W=U*I*T比能量：電池單位重量或體積內(nèi)的能量4.6 VRLA外特性能量18定義：單位時間內(nèi)輸出的能量大小P=I*E=I2R+I2r有效功率：I2R（P）損耗功率：I2r電池功率利用系數(shù)： K= P/P*10