鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識

1、鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識第1頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 VRLA電池的基本定義與分類 VRLA電池的基本原理 VRLA電池的基本結(jié)構(gòu)與設(shè)計 VRLA電池的基本性能參數(shù)基礎(chǔ)知識第2頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三3 1859 Plante 普蘭特發(fā)明蓄電池1900開口式蓄電池開始應(yīng)用（Open Cell )1960-1975Gates 公司發(fā)明： Pb-Ca 合金Gates 公司獲得： D型密封鉛酸電池專利 VRLA電池原型1979GNB發(fā)明MFX正極板柵專利合金GNB購買Gates專利GNB開始大量生產(chǎn)吸液式密封免

2、維護鉛酸蓄電池1984-1996小范圍應(yīng)用迅速推廣VRLA正式取代免維護概念全面被認可并大規(guī)模取代傳統(tǒng)富液式電池鉛酸電池發(fā)展里程碑事件第3頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三4閥控式密封鉛酸蓄電池的定義 閥控式密封鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lead Acid Battery (VRLA)。蓄電池正常使用時保持氣密和液密狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部氣壓超過預(yù)定值時，單向安全閥自動開啟釋放氣體。當(dāng)內(nèi)部氣壓降低后，安全閥自動閉合使其密封，防止外部空氣進入蓄電池內(nèi)部。蓄電池在使用壽命期間，正常使用情況下無需補加電解液。蓄電池具有防爆、防酸霧、耐過充電能力。VRLA蓄電

3、池的分類 AGM 電池： Absorbed Glass Mat 采用吸附式玻璃纖維作隔膜，電解液吸附于極板和隔膜，電池內(nèi)無流動電解液。 AGM電池可以立式或臥式安裝。 GEL 電池： 膠體電池采用SiO2作凝固劑。 電解液吸附于極板和膠體內(nèi)，膠體電池一般立式安裝。 常識備注：VRLA蓄電池一般情況下都是指AGM電池，膠體電池都需特別指明第4頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三5閥控式密封鉛酸蓄電池電化學(xué)反應(yīng)原理 PbO2+2H2SO4+Pb 2PbSO4+2H2O VRLA電池電化學(xué)反應(yīng)原理：充電時將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，放電時將儲存在電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放給外在系統(tǒng)。

4、 VRLA電池能夠在電池內(nèi)部對氧氣再復(fù)合利用，并抑制氫氣析出。 VRLA蓄電池又稱“貧液蓄電池”。蓄電池采用負極板富余容量設(shè)計,使氫氣析出時電位提高,使正極出現(xiàn)氧氣先于負極出現(xiàn)氫氣。充電時,正極析出的氧氣,通過玻璃纖維隔板傳送到負極表面與氫氣結(jié)合為水，從而有效控制水的電解,減少電解液的消耗，因此失水量很小，所以無需加水加酸。 充電放電第5頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三6構(gòu)成VRLA鉛酸蓄電池的主要部件： 正負極板、隔膜、電解液、安全閥、電池殼與電池蓋 端子、連接條、極柱等零件 Euroba 12V系列電池剖面圖Euroba 2V系列電池剖面圖第6頁，共24頁，202

5、2年，5月20日，23點27分，星期三7VRLA蓄電池的設(shè)計： 板柵合金的選擇： 板柵的功能是支撐活性物質(zhì)并傳輸電流。它通常是鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物，使 活性物質(zhì)固定于其中。 備注：參加電池反應(yīng)的活性物質(zhì)Pb和PbO2是疏松的多孔性物質(zhì)需要載體固定。 正板柵要求具有自放電小和耐腐蝕的特點。所采用的合金各異，常用的有Pb-Ca、 Pb-Ca-Sn 、Pb-Ca-Sn-Al 和 Pb-Ti-Ge合金。 負板柵一般采用Pb-Ca 合金，盡量減少析氫量。 正極板圖負極板圖第7頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三8VRLA蓄電池的設(shè)計： 隔膜的選擇： VRLA電池采用的是AG

6、M（玻璃纖維棉）隔膜。主要具有以下特征： 優(yōu)良的耐酸性能和抗氧化能力 厚度均勻、無針孔、無機械雜質(zhì) 材料孔徑小、孔率高 優(yōu)良的吸附性能，保留電解液能力強 電阻小 具有一定強度，保證工藝上的可操作度 雜質(zhì)少、銅鐵含量低 AGM隔膜PVC隔膜第8頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三9VRLA蓄電池的設(shè)計： 殼蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料的選擇： 強度設(shè)計：電池外壁在過盈裝配和承受內(nèi)氣壓時不應(yīng)有明顯氣脹變形。 ABS和PVC外殼厚度為8-10mm,PP 材料應(yīng)加鋼殼加固。 散熱設(shè)計：要求外殼散熱面積大、材料導(dǎo)熱性能好 蓋上極柱密封設(shè)計：關(guān)鍵工藝技術(shù)，不同制造商不盡相同。 殼蓋密封和極柱密封

7、結(jié)構(gòu): 熱封：最可靠的密封方式，PP材料一般采用熱封。 膠封：ABS、PVC材料一般采用膠封，技術(shù)關(guān)鍵在于選用合適的環(huán)氧樹脂。ABS槽蓋配合操作圖ABS槽蓋配合圖第9頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三10VRLA蓄電池的設(shè)計： 電解液的選擇： VRLA電池電解液中H2SO4的含量按理論值1.5倍計算 電解液比重一般為 1.3g/ml 安全閥的要求：安全閥是關(guān)鍵部件影響電池壽命、一致性和安全性。可分為帽式、柱式 和傘形安全閥。 單向開閥 單向密封，防止空氣進入電池內(nèi)部 同一組電池各個安全閥間的開閉壓力差不應(yīng)超過平均值的20% 壽命不低于15年 具有慮酸功能，可防止酸與酸霧

8、從安全閥排氣口排出 隔爆，當(dāng)電池外部遭遇明火是電池內(nèi)部不應(yīng)引爆 抗震，運輸和使用期間，不會因為震動和多次開閉而松動失效 耐酸 耐高低溫 第10頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三11VRLA蓄電池的性能參數(shù)： 開路電壓與工作電壓： 開路電壓：電池在開路狀態(tài)下的端電壓。 開路電壓=正極電極電勢 負極電極電勢 工作電壓：也叫放電電壓，指電池接通負載后放電過程中顯示的電壓。 初始電壓是指電池放電開始的工作電壓。 電池容量：電池在一定條件下所能給出的電量稱為電池的容量 （符號：C 單位：Ah/mAh )。 額定容量也叫保證容量，按有關(guān)標準保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的 最低限

9、度容量 比容量是單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的電量，其單位為 Ah/Kg 或 Ah/l?？梢杂?于比較不同系列的電池。 電池內(nèi)阻 電池內(nèi)阻包括：歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻。 內(nèi)阻的存在使電池放電時的端電壓 電池的電動勢和開路電壓，充電時端電壓高于電動 勢和開路電壓。 內(nèi)阻值不是常數(shù)。歐姆內(nèi)阻遵守歐姆定律，極化內(nèi)阻隨電流密度增加而非線性變大。第11頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三12VRLA蓄電池的性能參數(shù)： 能量： 電池的能量：一定放電條件下蓄電池所能給出的電能。單位：Wh 瓦時 比能量：電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能。單位：Wh/Kg 比能量反映了電池活性物質(zhì)的利用

10、率，同時也反映了電池的質(zhì)量水平和制造商的技術(shù)和 管理水平。 功率和比功率： 功率是指電池在一定條件下于單位時間所能給出的能量的大小，單位：W或KW 比功率是單位質(zhì)量電池所能給出的功率，其單位為 W/Kg 或 KW/Kg。 比功率越大表示電池可以承受大電流放電。 電池的使用壽命 電池使用壽命：在規(guī)定條件下，電池的有效壽命期限稱為電池的使用壽命。 電池的使用壽命包括：使用期限和使用周期。 使用期限指電池可供使用的時間，包括電池的存放時間。 使用周期是指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。第12頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三選型與設(shè)計 蓄電池的選型 蓄電池容量的計算 A. 按所需容

11、量和電流的計算蓄電池容量方 法與實例 B . 按照所需功率計算蓄電池容量方法與實 例 EUROBA電池的特點與優(yōu)勢第13頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三14VRLA蓄電池的選型與設(shè)計： 選擇蓄電池的需要考慮幾個因素： 電池的類型：鉛酸電池：AGM或膠體電池、鋰電池、鎳鎘電池。 電池容量：根據(jù)用戶實際的后備要求（負載功率和后備時間），主設(shè)備類型計算容量。 電池性能參數(shù)：評估VRLA電池的重量、體積、比能量、使用溫度范圍的因素，綜合考慮。 選定蓄電池之后的設(shè)計： 在確定電池組總?cè)萘康那疤嵯拢Y(jié)合用戶現(xiàn)場安裝條件、負載使用情況設(shè)計： 電池組的組數(shù)（并聯(lián)一般不超過3組）。 選

12、擇使用電池箱或電池架承載電池。 電池列間、層間連接電纜或銅排截面積計算，確保安全載流量和導(dǎo)線壓降。 1小時率大電流放電時，連接線壓降 896.1W ) 所以2組S12V285電池并聯(lián)可以滿足要求 UPS電池配置為采用S12V285電池，2組電池并聯(lián)，每組40節(jié)串聯(lián)。共使用80節(jié)電池。第18頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三使用與維護 蓄電池的安裝 蓄電池的使用與注意事項 蓄電池的維護第19頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三20VRLA蓄電池的安裝： 蓄電池的安裝方式 安裝方式分立式安裝或臥式安裝。 矮性設(shè)計的電池可以立式，也可以臥式安裝。 高形設(shè)

13、計的電池建議臥式安裝。 蓄電池連接方式及導(dǎo)線 VRLA電池的應(yīng)用實踐告訴我們，在大電流放電應(yīng)用中電池的連接方式和連接導(dǎo)線的壓降 至關(guān)重要。 電池連接貫徹原則：多串少并，先串后并。并聯(lián)電池組控制在3組以內(nèi)。 連接導(dǎo)線的壓降取決于：導(dǎo)線材質(zhì)（電阻率）、導(dǎo)線長度、截面積大小 連接導(dǎo)線壓價 10 mv（1Hr率放電電流） 蓄電池安裝常規(guī)注意事項 不能將容量不同、性能和新舊程度不同的電池混在一起使用。 連接螺栓、螺絲必須擰緊，以免引起電池打火爆炸。 連接總線和導(dǎo)通系統(tǒng)前，再次確認電池極性、總電壓是否正確無誤。 電池組連接后電壓很高，注意使用絕緣工具并防止短路。 電池組不要安裝在密閉的空間，要遠離熱源，避

14、免陽光直射。第20頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三21VRLA蓄電池的使用： 蓄電池的浮充 VRLA電池主要的工作方式是浮充工作制。 VRLA電池浮充工作下，電池與整流器設(shè)備并聯(lián)，電池組一般不放電。實際工作中電池存 在局部放電或由于負載突然增加而放電。 VRLA電池浮充有兩個作用：市電中斷，電池立即無間斷向負載供電； 電池起到平滑濾波作用，濾除脈動成分，穩(wěn)定負載供電質(zhì)量 以EUROBA電池的浮充為例，具體浮充的參數(shù)要求： 充電電壓：2.232.27V/單體(25) (建議設(shè)置為2.25V/單體) 最大充電電流：0.30C10 溫度補償系數(shù)：-3.3mV/.單體(以25

15、為基點) 充電電壓變動范圍為0.02V/單體注意事項： 同一電池組各單體電池的電壓值在使用初期會出現(xiàn)一定偏差，半年之后將趨于一致。 浮充電壓過高或過低對電池的影響如下： 長時間過高（過充電）：縮短壽命。 長時間過低（充電不足）：滿足不了負載或使電池電壓不一致，從而使電池整組容量下 降，壽命縮短。第21頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三22VRLA蓄電池的使用： 蓄電池的均充 VRLA電池均充工作啟動的原因：電池浮充電壓偏低、放電后再充電、電池組容量不足。 VRLA電池平時不建議均充。均充可能造成電池失水而早期失效。均充電壓的選擇要考慮 溫度因素，溫度系數(shù)取 -5mv/C

16、 。 VRLA電池均充頻率的設(shè)定：電池全浮充工作一年，均充一次。時間12-24小時。 以EUROBA電池的均充為例，具體均充的參數(shù)要求： 充電電壓：2.302.35V/單體(25) (建議設(shè)置為2.35V/單體) 最大充電電流：0.30C10 溫度補償系數(shù)：-5mV/.單體(以25為基點) 充電電壓變動范圍為0.02V/單體 退出均充條件：退出均充的電流參考值一般設(shè)定為0.01C10，并聯(lián)時乘以蓄電池組數(shù)。注意事項： 正常浮充運行可以不進行此項操作。遇到下列情況之一可考慮采用均衡充電： 放電容量低于額定容量的20%以上。 擱置不用時間超過3個月 有單體電池浮充電壓低于2.18V/單體 連續(xù)浮充

17、36個月或電池組內(nèi)出現(xiàn)電壓落后的電池 全浮充運行一年以上 蓄電池安裝調(diào)試結(jié)束后投入使用前需要進行補充電。 蓄電池容量檢測后進行均充電。第22頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三23VRLA蓄電池的日常維護： VRLA蓄電池并非不需要管理，電池的變化是漸進和累積的過程。 我們平時維護要做好運行記錄，具體項目如下： 電池單體和電池組的浮充電壓（一月/次） 電池外殼和極柱溫度（一月/次） 極柱、安全閥周圍是否有滲液和酸霧溢出（一月/次） 檢查連接螺栓是否擰緊（六月/次） 定期檢查開關(guān)電源或UPS設(shè)備對電池均浮充電壓參數(shù)是否符合電池充電要求 每年以實際負載做一次核對性放電，放電容量約額定容量的30%-40% 每3年以假負載做一次容量實驗，放電深度為80%C10 第23頁，共24頁，2022年，5月20日，23點27分，星期三24VRLA蓄電池的一些維護經(jīng)驗： 通過多年VRLA蓄電池的使