鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)

鉛酸蓄電池基礎(chǔ)知識(shí)第一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五

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(jì)

VRLA電池的基本性能參數(shù)基礎(chǔ)知識(shí)第二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五3

1859

Plante普蘭特

發(fā)明蓄電池1900開口式蓄電池

開始應(yīng)用

（OpenCell)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(gòu)買Gates專利GNB開始大量生產(chǎn)吸液式密封免維護(hù)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(hù)概念全面被認(rèn)可并大規(guī)模取代傳統(tǒng)富液式電池鉛酸電池發(fā)展里程碑事件第三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五4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ValveRegulatedLeadAcidBattery(VRLA)。

蓄電池正常使用時(shí)保持氣密和液密狀態(tài)。當(dāng)內(nèi)部氣壓超過(guò)預(yù)定值時(shí)，單向安全閥自動(dòng)開啟釋放氣體。當(dāng)內(nèi)部氣壓降低后，安全閥自動(dòng)閉合使其密封，防止外部空氣進(jìn)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(wú)需補(bǔ)加電解液。蓄電池具有防爆、防酸霧、耐過(guò)充電能力。VRLA蓄電池的分類

AGM電池：AbsorbedGlassMat

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(wú)流動(dòng)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(shí)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

第四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五5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(shí)將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能，放電時(shí)將儲(chǔ)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)。

VRLA電池能夠在電池內(nèi)部對(duì)氧氣再?gòu)?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(fù)極板富余容量設(shè)計(jì),使氫氣析出時(shí)電位提高,使正極出現(xiàn)氧氣先于負(fù)極出現(xiàn)氫氣。充電時(shí),正極析出的氧氣,通過(guò)玻璃纖維隔板傳送到負(fù)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(wú)需加水加酸。

充電放電第五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五6構(gòu)成VRLA鉛酸蓄電池的主要部件：

正負(fù)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

Euroba12V系列電池剖面圖Euroba2V系列電池剖面圖第六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五7VRLA蓄電池的設(shè)計(jì)：

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(diǎn)。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(fù)板柵一般采用Pb-Ca合金，盡量減少析氫量。

正極板圖負(fù)極板圖第七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五8VRLA蓄電池的設(shè)計(jì)：

隔膜的選擇：

VRLA電池采用的是AGM（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(wú)針孔、無(wú)機(jī)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(qiáng)

電阻小

具有一定強(qiáng)度，保證工藝上的可操作度

雜質(zhì)少、銅鐵含量低

AGM隔膜PVC隔膜第八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五9VRLA蓄電池的設(shè)計(jì)：

殼蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選擇：

強(qiáng)度設(shè)計(jì)：電池外壁在過(guò)盈裝配和承受內(nèi)氣壓時(shí)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(jì)：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(jì)：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槽蓋配合圖第九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五10VRLA蓄電池的設(shè)計(jì)：

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(jì)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?？煞譃槊笔?、柱式

和傘形安全閥。

單向開閥

單向密封，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部

同一組電池各個(gè)安全閥間的開閉壓力差不應(yīng)超過(guò)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(yùn)輸和使用期間，不會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)和多次開閉而松動(dòng)失效

耐酸耐高低溫

第十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五11VRLA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(shì)–負(fù)極電極電勢(shì)

工作電壓：也叫放電電壓，指電池接通負(fù)載后放電過(guò)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(hào)：C單位：Ah/mAh)。

額定容量也叫保證容量，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)保證電池在一定放電條件下應(yīng)該放出的

最低限度容量

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?/p>

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(shí)的端電壓<電池的電動(dòng)勢(shì)和開路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)

勢(shì)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。

第十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五12VRLA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(shí)

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)的利用率，同時(shí)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(shí)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(shí)間，包括電池的存放時(shí)間。

使用周期是指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。第十二頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五選型與設(shè)計(jì)

蓄電池的選型

蓄電池容量的計(jì)算

A.按所需容量和電流的計(jì)算蓄電池容量方

法與實(shí)例B.按照所需功率計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)

例

EUROBA電池的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)第十三頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五14VRLA蓄電池的選型與設(shè)計(jì)：

選擇蓄電池的需要考慮幾個(gè)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(shí)際的后備要求（負(fù)載功率和后備時(shí)間），主設(shè)備類型計(jì)算容量。

電池性能參數(shù)：評(píng)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(jì)：在確定電池組總?cè)萘康那疤嵯?，結(jié)合用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝條件、負(fù)載使用情況設(shè)計(jì)：

電池組的組數(shù)（并聯(lián)一般不超過(guò)3組）。選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(jì)算，確保安全載流量和導(dǎo)線壓降。

1小時(shí)率大電流放電時(shí)，連接線壓降<10mv

確認(rèn)安裝地面最大承載能力（Kg/m2)確保電池安裝安全可靠。

第十四頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五15VRLA蓄電池容量的計(jì)算：

A.按所需容量和電流的計(jì)算蓄電池容量方法與實(shí)例

電池容量的常用計(jì)算公式如下：

Q≥K*C*I其中Q……電池額定容量

I……放電電流

C……電池容量計(jì)算系數(shù)（查下表）

K……保險(xiǎn)系數(shù)（取值范圍1.2～l.67）

放電小時(shí)數(shù)T與電池容量計(jì)算系數(shù)C的關(guān)系表

上表是鉛酸蓄電池的一個(gè)通用特性，不同品牌的電池性能會(huì)有差異，可以通過(guò)查閱廠家資料得到具體選型信息。第十五頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五16VRLA蓄電池容量的計(jì)算：

實(shí)例

負(fù)載電流40A，要求電池維持供電時(shí)間4小時(shí)，需要電池容量為

Q≥K*C*I＝1.2*5.06*40＝243AH如某項(xiàng)目基站電流共40A（35A的交換電流十5A傳輸電流），要求停電時(shí)電池先對(duì)40A的負(fù)載進(jìn)行4個(gè)小時(shí)的供電，而后二次下電斷掉交換設(shè)備，電池再對(duì)傳輸維持8小時(shí)的供電后，電池欠壓保護(hù)。以德克電池為例此種電池供電方式需電池容量多少？Q≥K*C1*（I1＋I(xiàn)2）＋K*C2*I2=1.2*5.06*（35＋5）＋1.2*8.51*5＝294AH

第十六頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五17VRLA蓄電池容量的計(jì)算：

B.按照所需功率計(jì)算蓄電池容量方法：

按下式來(lái)計(jì)算電池所提供的總功率值W電池電池恒功率放電公式：

W=P*C0Sφ/?*N*6

式中：P——UPS電源的標(biāo)稱輸出功率

（VA）

C0Sφ——負(fù)載的功率因素 0.8

?

——UPS逆變器的效率

0.92N*6——

在UPS中以2伏單元電池來(lái)進(jìn)行計(jì)算時(shí)所需的串聯(lián)電池的個(gè)數(shù)第十七頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五18VRLA蓄電池容量的計(jì)算：

B.實(shí)例：

對(duì)250KVAUPS后備5分鐘電池計(jì)算如下：UPS電源的標(biāo)稱輸出功率為250kVA，單機(jī)系統(tǒng);

電池電壓為480V,電池單體節(jié)數(shù)為40節(jié)，每節(jié)12V;

要求電池后備時(shí)間為5分鐘;

cosφ取0.8,考慮用戶為綜合負(fù)載,不僅僅是計(jì)算機(jī)負(fù)載;

W/PC=250×1000×0.8/0.93×40×6=896.1W

對(duì)照電池的“恒功率放電表”，選擇電池單元。

由表中可知，每節(jié)S12V285的2V單元可于5分鐘以543W的功率放電(543W*2=1086W>

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。

第十八頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五使用與維護(hù)

蓄電池的安裝

蓄電池的使用與注意事項(xiàng)

蓄電池的維護(hù)第十九頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五20VRLA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(jì)的電池可以立式，也可以臥式安裝。

高形設(shè)計(jì)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(shí)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(zhǎng)度、截面積大小

連接導(dǎo)線壓價(jià)<10mv（1Hr率放電電流）

蓄電池安裝常規(guī)注意事項(xiàng)

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(rèn)電池極性、總電壓是否正確無(wú)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(yuǎn)離熱源，避免陽(yáng)光直射。第二十頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五21VRLA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(shí)際工作中電池存

在局部放電或由于負(fù)載突然增加而放電。VRLA電池浮充有兩個(gè)作用：市電中斷，電池立即無(wú)間斷向負(fù)載供電；

電池起到平滑濾波作用，濾除脈動(dòng)成分，穩(wěn)定負(fù)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：2.23～2.27V/單體(25℃)(建議設(shè)置為2.25V/單體)

最大充電電流：0.30C10

溫度補(bǔ)償系數(shù)：-3.3mV/℃.單體(以25℃為基點(diǎn))

充電電壓變動(dòng)范圍為±0.02V/單體

注意事項(xiàng)：

同一電池組各單體電池的電壓值在使用初期會(huì)出現(xiàn)一定偏差，半年之后將趨于一致。

浮充電壓過(guò)高或過(guò)低對(duì)電池的影響如下：

長(zhǎng)時(shí)間過(guò)高（過(guò)充電）：縮短壽命。

長(zhǎng)時(shí)間過(guò)低（充電不足）：滿足不了負(fù)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。

第二十一頁(yè)，共二十四頁(yè)，編輯于2023年，星期五22VRLA蓄電池的使用：

蓄電池的均充VRLA電池均充工作啟動(dòng)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(shí)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。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(shí)間12-24小時(shí)。

以EUROBA電池的均充為例，具體均充的參數(shù)要求：

充電電壓：2.30～2.35V/單體(25℃)(建議設(shè)置為2.35V/單體)

最大充電電流：0.30C10

溫度補(bǔ)償系數(shù)：-5mV/℃.單體(以25℃為基點(diǎn))

充電電壓變動(dòng)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(shí)乘以蓄電池組數(shù)。

注意事項(xiàng)：

正常浮充運(yùn)行可以不進(jìn)行此項(xiàng)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(shí)間超過(guò)3個(gè)月

有單體電池浮充電壓低于2.18V/單體

連續(xù)浮充3～6個(gè)月或電池組內(nèi)出現(xiàn)電壓落后的電池

全浮充運(yùn)行一年以上

蓄電池安裝調(diào)試結(jié)束后投入使用前需要