铅酸蓄电池基础知识

二.电池基本概念
电池的定义
电池的定义：化学能与电能相互转换的装置称为电化学电池。在充电过程 中将电能转化为化学能储存起来，在放电过程中，将化学能转化为电 能，供电气使用。
电压
开路电压：电池不放电时，电池两极之间的电位差。 工作电压：也叫负荷电压或放电电压，是指电池接入负荷工作时， 电池两极之间的电位差。 工作电压小于开路电压 U=IR+ir 终止电压：是指电池放电时电压下降到不宜再继续放电时的最低工 作电压。 不同放电制度下终止电压不同，一般在高倍率、低温条件下放电时 终止电压规定的要低一些。
放电速率
常用时率和倍率表示。 时率：以放电时间表示放电速率。 以某电流放电至规定的终止电压所经历的时间。 如20小时率为60AH，即C20=60AH 倍率：是指电池放电电流数值为额定容量数值的倍数。 如0.1C20、3C20
自放电
自放电：存储期容量降低的现象。 主要发生在负极，电解液存在金属杂质，会在负极形成腐蚀微电池 ，若存在易 氧化的杂质，正极也会自放电。 自放电率：用单位时间容量降低的百分数表示。
3.电解液
电解液是蓄电池重要组成部分，它的作用是： ①传导电流 ②参加电化学反应 电解液是由浓硫酸和净化水配制而成的，电解液的纯度和密度 对电池容量和寿命有重要影响。 阀控电池电解液中硫酸含量一般按理论量的1.5倍设计，电解液 比重一般为1．30g/m1左右。 汽车用蓄电池采用电解液密度为1.280±0.005g/cm3(25℃)稀 硫酸。
自放电原因：1.环境温度过高； 2.电池活性物质本身含有的杂质； 3.电解液的硫酸不纯。
内阻
电流通过电池内部时受到阻力，使电池电压降低。 全内阻：为欧姆内阻和极化内阻之和。 欧姆内阻：由电极材料、电解液、隔膜及各部分零件的接触电阻组成。与电池 的尺寸、结构、装配松紧程度等都有关系。 极化内阻：正、负极进行电化学反应时极化引起的电阻。与活性物质本性、电 极结构、制造工艺有关，尤其与电池的工作条件有关，放电电流和温度影响很 大，极化内阻随电流密度增加而增大，为非线性变化，低温下全内阻也会增加。 低倍率放电时，全内阻对电池性能影响不大，高倍率放电时，全内阻明显增大， 影响较大。 因内阻存在，放电时端电压低于开路电压，充电式相反。
电池放电后内阻缓慢增加，接近放电终期时急剧增加，达到开始时的2-3倍
失效模式
1、干涸失效 2、壳体渗漏 3、极板腐蚀变形 4、不可逆硫酸盐化
对寿命影响因素
1、放电深度 50% / 1000次，100% / 120次 2、过充电 3、温度 10-35度范围，随温度增加寿命延长，高于50度寿命缩短 4、酸浓度 酸浓度增加寿命降低 5、放电电流密度 大电流会造成正极活化物质脱落
容量
• 1、理论容量 • 为最高理论值 • 2、实际容量 • 一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流与放电时间的乘积， 单位AH. • 3、额定容量 • 国家标准所规定的在一定条件下应该放出的最低限度的容量。 • 4、额定储备容量 • 常用于汽车蓄电池，不分蓄电池规格大小，一律以25A电流放电到 终止电压 为1.75V时的放电时间，以分种计。 •
(1+3)
放电
铅酸蓄电池氧循环图示
正极

PbSO4+H2O
充电70%
PbO2 + O2 (隔膜）扩散
阀控式铅酸蓄电池的反应原理
正极
充电
PbSO4+2H2O —— PbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e放电
（1）
充电
副反应
H2O —— 1/2 O2+2H+ + 2e-
（2）
负极
充电
PbSO4+2H++2e- —— Pb+H2SO4
放电 充电
（3）
副反应
2H++2e- ——H2
（4）
充电 PbSO4+2H2O —— PbO2+Pb+2H2SO4
温度对容量的影响
对电解液性能的影响 -50度时，H2SO4的粘度是常温时的几千倍 -40度时， H2SO4的电阻率为常温的7倍左右
内阻的分布
80AH 极板 17.8% 电解液 62.2% 160AH 极板 32% 电解液 51% 16000AH 极板 57% 电解液 29% 隔板 20% 隔板 17% 隔板 14% 总和 1.19 毫欧 总和 0.72 毫欧 总和 0.014 毫欧
阀控铅酸电池缺点
1、严格控制充电制度 2、对热失控敏感 3、充电时易造成个别电池落后 4、较高温度下，需额外的充电时间和过电流 5、搁置时间短
三、电池结构及工作原理电池结构
1、电池结构
工作原理
• 如下 阀控式密封铅酸蓄电池在充放电过程中的化学反应
•
• 放电时正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电 解液中的硫酸反应生成硫酸铅电解液中的硫酸浓度降低 • 充电时硫酸铅通过氧化还原反应分别恢复成二氧化 铅和海绵状铅电解液中的硫酸浓度增大 • 在充电末期电池充满电后继续充入的电量将导致电 解液中水的分解，为防止因过充电导致水分解而引起电解 液的减少要实现电池的密封电池密闭设计的关键解决问题 是实现充电过程产生的氧气能够迅速与负极板上充电状态 下的活物质发生反应变成水结果基本没有水份的损失
电池寿命
使用期限：可供使用的时间，包括存放时间。 使用周期：可重复使用的次数。铅酸电池300-500次。 寿命终止原因：1、容量逐渐下降 2、内部短路
运行制度
运行方式： 1、充放电制：多用于移动式、小容量便携式等，如一组使用、一组备用。 2、连续浮充：只要电池电压低于供电电压就进行充电。 3、定期浮充：定期充电的一种方式。 连续浮充寿命较充放电制高1-2倍。
热失控
定义：铅酸电池在充电时，电流和温度均升高且互相促进的现象； 条件：电解液较少，充电电流特别是末期电流较大； 原因：充电末期时电流比较大，电解液温度升高，氢氧过电位均降低；气 体的生成和析出使气体复合通道增多，用于分解水的分解电流同步增大；二者 均促使水分解加快。高温高压气体生成的速率大于安全阀排气速度和气体复合 速度之和，使电池内部温度迅速升高； 结果：温度升高和电流的增大互相促进，使电池内部温度可以高达120℃ 以上，软化ABS外壳（ABS熔点为160 ℃ ），从而发生电池的膨胀； 预防：充电电流不大于0.2C，末期定电压充电或智能充电，正常充电时间 不长于12小时；
4.电池槽盖
电池槽、盖是盛正、负极板和电解液的容器，主要由聚丙烯（PP）、ABS树 脂等材料制成。 壳盖结构和材料选择 阀控电池壳盖结构设计主要是强度设计，散热设计和盖上的极柱密封设计。强 度设计要求电池外壁在紧装配和承受内气压时外壁不应有明显的气胀变形，对于 PP外壳，应加钢壳加固，对于2V系列电池，ABS和PVC外壳，壁厚一般要达到 8—10mm。散热设计要求电池外壳散热面积大、材料导热性好且壁厚越薄越好 。壳体结构相对比较简单，只需考虑强度和盖子封装配合即可。 壳盖密封和极柱密封结构 电池壳盖密封分为热封和胶封，热封是最可靠的密封方式，PP材料采用热 封，ABS和PVC材料一般采用胶封，胶封关键是要采用合适的环氧树脂。 极柱密封技术是阀控电池生产的一项关键技术，不同的厂家采用的方式不完 全相同。
6.其他
蓄电池除上述主要部件外，还有接线端子、连接条等零部件。
二，VRLA(阀控密封式铅酸蓄电池)电池的发展史
– 1859年，法国人Plante发明了铅酸蓄电池，至今已有140多年的历史。 – 1938年，美国人A.Dassler提出了密封铅酸蓄电池的气体复合理，为 VRLA电池奠定理论基础. – 1957年，德国阳光公司发明了触变性 SiO2凝胶的胶体密封铅酸蓄电池 。 – 1971年，美国Gates公司发明了吸收式AGM隔板，实现了铅酸蓄电池 “密封”的突破.
电池功率
在一定放电制度下，单位时间内电池所能给出能量的大小，单位为 瓦（W） 比功率：是指单位质量电池所能给出的功率。单位： W/kg KW/kg 比功率大表示可以承受大电流放电，也是电池的重要指标之一。
比功率随比能量ห้องสมุดไป่ตู้增加而降低。
输出效率
容量输出效率：放电输出的电量与充电输入的电量之比。 影响因素为副反应。 能量输出效率：放电输出的能量与充电输入的能量之比。 影响因素为电池内阻
隔膜电阻是影响电池高倍率放电和低温性能的主要因素之一。
电池能量
在一定放电制度下，电池所能给出的电能，单位为 瓦· 时（W· H） 理论能量 W理=C理· E 实际能量 W实=C实· U平 （平均工作电压） 常用比能量比较不同的电池。 比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的能量。单位： W· H/kg W· H/L
充电
恒流充电：适用于串联的电池组，落后的电池易于恢复，最好用于小电流长时 间充电模式。 缺点：开始阶段电流过小，后期过大，时间长，析出的气体多，对板极冲击大， 效率不高。 免维护的电池不宜使用此方法，可用于长时间小电流的活化充电。 变型：分段恒流充电。
充电
恒压充电 优点：是简单、析气体量小、时间短、能耗低、效率高。 缺点：1、初期若电池放电过深，充电电流过大，电池可能会因过流而损坏。 2、若充电电压选择较低，后期电流过小，不适宜串联数量多的电池组。 3、端电压难补偿，对落后的电池完全充电很难完成。
铅酸蓄电池基础知 识汇总
第一章，概念篇
一.电池分类
1、原电池（一次电池） 原电池是将化学能转变成电能的装置。氧化反应和还原反应分别 在原电池的负极和正极上发生，从而在外电路中产生电流。 普通的干电池为原电池。 2、蓄电池（二次电池） 放电到一定程度后，经过充电又能复原续用的电池。 3、储备电池 一种应急的备用电源，平时密封保存，需用时予以激活，在最短的 时期内供电。 4、燃料电池 是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。