阀控铅酸蓄电池技术与维护

图5：AGM式VRLA电池
VRLA电池的两大类技术 电池的两大类技术
图5为采用AGM技术的VRLA电池结构示意图，AGM隔板采 用U形包覆法（也可采用S形包覆法）。采用AGM技术的VRLA 电池的特点：内阻小，以超细玻璃棉隔板吸取电解液，使电池内 没有电解液，AGM隔板具有93%以上的孔隙率，而其中10%左 右的孔隙作为正极析出的O2到负极再复合的通道，以实现氧的 循环，达到电池可以密封的目的。采用AGM技术，实现氧复合 的原理如图6所示：
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• 江苏双登电源有限公司
双
登
集
团
SHUANGDENG GROUP
http://www.shuangdeng.com.cn
江苏双登集团，以研制与销售电 池、电源为主导产品的大型企业
Jiangsu Shuangdeng Group, leading VRLA producer in PRC
(HF Switch DC Power Supply Equippment)
阀控式密封铅酸蓄电池在通 信电源系统中的作用
1、后备电源，包括直流供电系统和UPS系统 、后备电源，包括直流供电系统和 系统 2、滤波 、 3、调节系统电压 、 4、动力设备的启动电源 、
通信电源系统中所用铅酸蓄 电池的类型
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
VRLA电池具有以下主要优点： ★ 不漏液、无酸雾、不腐蚀设备； ★ 自放电小，25℃下自放电率小于3%（每月）； ★ 电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年； ★ 结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小； ★ 电池的高低温性能较好，可在40℃—150℃范围使用； ★ 没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）； ★比能量较高，大电流放电性能好。
Leabharlann Baidu团主要产品
Main Products of the Group AGM系列(AGM Series) GEL胶体系列(GEL Series) OPzS富液系列
(OPzs Flooded Series)
其它产品
Other Products 太阳能系统(Photovolatic System) 超级电容器(Super Capacitor) SD0108系列智能化综合通信电源系统 (Synthetical Power Supply System) SD0109系列UPS不间断电源(UPS) PED2000系列直流电源成套装置
VRLA电池的两大类技术 电池的两大类技术
2、Gel技术（胶体技术） 以德国阳光公司采用Gel技术的OPZV胶体电池是典型代表。 胶体电池的特点：内阻较大，采用触变性SiO2胶体吸收电 解液，使电解液不流动。以胶体的微裂纹作为O2的复合通道。 胶体电池使用初期由于胶体未能形成大量微裂纹，氧的复合效 率较低。
图7 Gel技术的氧复合示意图
VRLA电池的电特性 电池的电特性
1、开路电压：电池在开路状态下的端电压称为开路电压。 、开路电压 2、工作电压 、工作电压：指电池接通负荷后，在放电过程中显示的电压， 又称负荷（载）电压或放电电压，在电池放电初始的工作电 压称为工作电压。 3、终止电压：指电池放电时电压下降到某个值而停止或下降到 、终止电压 不宜再继续放电的最低工作电压，称终止电压。 4、容量 、容量：电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容 量，以符号C为计。单位安培小时，简称安时（Ah）。电池 容量分理论容量、额定容量、实际容量和标称容量。 理论容量：理论容量是活性物质的容量按法拉第定律计算而得 的最高理论值。 实际容量：是指电池的在一定条件下所能输出的电量，等于放 电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。 额定容量：也称保证容量，是指国家或有关部门的颁布的标准， 保证电池在一定的放电条件应该放出的最低限度容量。
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
1、氧复合原理（氧循环原理）： 、氧复合原理（氧循环原理）： 电池在充电过程中，正极除了有反应（1）PbSO4转变 为PbO2以外，还有氧析出反应，特别是电池的充电后期，当电池 容量充电到80%时，氧的析出反应更为剧烈，两极的气体析出反 应如下： （ + ）2H2O → O2 + 4H+ + 4e ( -- ) 2H+ + 2e → H2 对于浮充使用的VRLA电池，即使是浮充电流很小，但 在长期浮充状态下，浮充电流一部分用于电池自放电生成的 PbSO4转为正负极活性物质以外，不可避免的，浮充电流一部分 用于水的电解，而使正极析出氧气，负极析出氢气。
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
2、VRLA电池的关键技术： 、 电池的关键技术： 电池的关键技术 为了实现氧的复合（循环），电池在设计制造中，应掌握如 下关键技术： 1) 选择高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，为氧的复 合提供通道 2) 采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收电解液以外，仍有 5—10%的孔隙率未被电解液充满，因此VRLA电池又称为贫液 式电池。 3)过量的负极活性物质，正、负极板的容量比一般为1： 1.1~1：1.2，这样在正极充足电以后，负极仍未充足电，防止 氢在负极析出，氢气大量析出是无法复合的。 4）电池极群的紧装配，采取极群预压缩技术，装配压在 40—60Kpa之间，以保证AGM隔板与正负极板表面的良好接触， 因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板提供。
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
图4：VRLA电池与GF电池（左）的比较
VRLA电池的两大类技术 电池的两大类技术
应用同样的氧复合原理，但由于采用不同的固定电解液技术和 不同氧复合通道技术，因此分为两大类型的VRLA电池，即AGM技 术和GEL技术（胶体），故又称为AGM电池和胶体电池。这两类电 池各有优缺点，在电信、电力等市场上应用的以AGM的电池为主。 1.AGM 1.AGM技术
VRLA电池的工作原理
(2 ) 正极板栅腐蚀： 正极板栅腐蚀： Pb + 2H2O → Pb(OH)2 + 2H+ + 2e 2H+ + 2e → H2 ↑ (3 ) 自放电： 负极自放电 Pb + HSO4－ → PbSO4 + H+ + 2e － 2H+ + 2e → H2 ↑ 正极自放电 PbO2+ 2H+ + H2SO4 + 2e → PbSO4 + 2H2O H2O → 1/2 O2 ↑+ 2H+ + 2e
1、固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池（GF电池）。 2、固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）。 AGM——阴极吸收式（贫液式） GEL——胶体式 3、阴极吸收式VRLA电池与胶体电池的比较： （1）、使用初期无气体逸出，胶体电池在使用初期需排风装置。 （2）、电池内阻小，大电流放电特性优于胶体电池。 （3）、电池的一致性和均一性好，因电解液的扩散性和均匀性优于胶 体电池。 （4）、制造技术要求高，如极板的均一性，灌酸精度，散热通风装置 的合理性等。 （5）、胶体电池，（特别是管状电极）使用寿命较长，不易热失控。 胶体电池：德国阳光公司的Dryfit A系列 意大利非凡（FLAMN）SMG系列 （ ） Hawker公司的OPZV系列 双登集团富思特公司的GFMJ系列
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
5）正板栅使用低锑银合金，克服了铅钙合金正板栅的无锑效应 和抗蠕变性差的缺点，无论浮充使用还是循环使用，都有很长 的使用寿命，不同地区供电条件的差别将不会对蓄电池性能造 成影响。 6）开闭阀压力稳定可靠的安全阀，通信用VRLA电池的标准要 求开阀压10—35Kpa，闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近， 可减少气体排放和水的损失。 7）采用恒压限流的充电方式，VRLA电池对过充电较为敏感， 过充电会加速电池的损坏，恒压限流充电可防止过充电和热失 控。
图2：密封原理示意图
图3：氧循环原理图
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
从图2、3看出，正极充电过程中因电解水析出的氧气，通 过AGM隔板的孔隙，迅速扩散到负极，与负极活性物质海棉状 铅发生反应生成氧化铅（PbO），负极表面的PbO遇到电解液 H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O，其中PbSO4再充电而 转变为海面状Pb生成的H2O又回到电解液，因氧气的再复合， 避免了水的损失，从而实现了电池的密封。其氧的再复合过程的 反应式如下： 2H2O → O2 ↑+4H+ + 4e (7) 2Pb + O2 → 2 PbO (8) 2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O (9) 2PbSO4 + 4e + 4H+ → 2Pb + 2H2SO4 (10) 总反应为：2H2O → O2 → 2H2O
VRLA电池的电特性 电池的电特性
充电方法有以下三种： 1、浮充充电 以0.1C10A的恒压限流对电池组充电，到电池单体平均电压上 升到2.23V后，进入浮充状态。 2、快速充电 在某种情况下，要求电池尽快充足电，可采用快速充电，最大 充电电流≤0.1C10A，充电电流过大会使电池鼓涨，并影响电池使 用寿命。 在恒电压充电情况下，充电后期的充电电流连续3小时不变，即 可视为电池已充足电。图10表示采用恒压限流充电方法，限压在 2.23V（25℃）进行充电的特性曲线。
VRLA电池的电特性 电池的电特性
5、放电制度：是指放电时电池的放电速率，放电形成式，终止 、放电制度 电压和环境温度等。 6、倍率 、倍率：是指电池放电时的电流的数值为额定容量数值的倍数。 7、电池使用寿命：电池使用寿命与使用条件有关，按使用条件 、电池使用寿命： 不同，可分为浮充使用寿命和循环使用寿命，当电池放电容 量低于额定容量的80%时，视为电池寿命终止。 浮充使用寿命：电信、电力等部门，将电池作为后备电源， 在通信等设备正常运行情况下，电池处于浮充状态。当交流电 供电中断以后，电池才放电工作，放电时间一般较长。浮充使 用寿命一般以年为单位。为了检测电池的浮充寿命，通信行业 标准中作出了高温加速浮充寿命的新规定。完全充电的蓄电池 放在温度为55±2℃的环境中，以2.25V/单体浮充电压充电42 天，然后取出蓄电池，在常温下1小时放电，为一个实验循环， 一个循环折合寿命为1年。
VRLA电池的电特性 电池的电特性
循环使用寿命：指电池使用期间，电池以放电及充电循环进 行，电池放电一定深度后，再进行充电，充足电以后再放电工 作。电池的循环寿命与放电深度（DOD）有关，一般可分为 80%DOD与100%DOD。循环寿命以循环次数表示，电动汽 车、电动自行车电池寿命以循环次数表示。 目前国内动力电池的循环使用寿命一般为350（80%DOD）。 国际先进铅酸电池联合会（ALABC）的2005年研究目标为 VRLA电池的比能量达到48wh/kg，循环寿命达1000次 （100%DOD）。 8、充电特性 、充电特性：VRLA电池在放电后应及时充电。充电时必须认 真选择以下三个参数：恒压充电电压、初始电流、充电时间。 不同蓄电池的充电电压值由制造厂家规定，充电电压和充电 方法随电池用途不同可以不同。电池放电后的充电推荐恒压 限流方法，即充电电压取U（厂家定），限流值取0.1C10A， 充入电量为上次放电电量的1.1—1.2倍即可。
VRLA电池的关键技术 电池的关键技术
氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密度发生变化也 使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来，人们都一直在寻求 电池的密封，以减少对电池的维护。VRLA电池的出现，实现 了电池的密封，电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合 实现氧的循环，以及采用AGM隔板吸收电解液，使电池内部没 AGM 有流动的电解液，氧的复合原理如图2、3所示：
VRLA电池的工作原理
1、电池的充放电反应 （ +） PbO2 + 3H+ + HSO4 －+ 2e 放<═══>充 PbSO4 + 2H2 ） 充 （-- ）Pb + HSO4 － 放<═══>充 PbSO4 + H＋ + 2e 充 ＋ 电池总反应： 电池总反应： Pb + 2H+ + 2HSO4— + PbO2放<═══>充PbSO4+ 2H2O 放 充 +PbSO4 2、电池内部气体产生的原因 （1）过充电 （+）H2O → 1/2O2↑+ 2H+ + 2e ） ( -- ) 2H+ + 2e → H2↑ H2O = H2↑+ 1/2O2