第三章铅酸动力电池及其应用

1.铅酸动力电池的储能原理与结构
1
铅酸蓄电池的类型
2 铅酸电池的储能原理
3
铅酸电池的结构
铅酸蓄电池的类型
❖ 根据铅酸电池的作用可将其分为三种类型：
❖①起动式铅酸蓄电池（Starter batteries)。
❖②牵引式铅酸蓄电池(Traction batteries)。
❖③固定式铅酸蓄电池(Stationary batteries) 。
❖ 除上述部件外，铅酸电池单体内还有链条、极柱 、液面指示器等零部件。
❖ 为了增加铅酸电池的容量．一般由多块极板组成 极群，即多块正极板和多块负极板分别用连接条( 汇流排)焊接在一起，共同组成电池(Battery) 。传统内燃机汽车用的12V铅酸起动电池就是6 个独立的铅酸电池单体组成的。
❖ 3)气体析出阶段。
❖ 电池已完满，电池中进行水的电解和自放电反应。由于在密封的阀控 免维护铅酸电池中，具有氧循环的设计，即正极板上析出的氧在负极 板上被还原重新生成水而消失，因此析气量很小，不需要补充水。
图3-1铅酸电池反应原理
铅酸电池的结构
❖ 正负极板是蓄电池的核心部件，是蓄电池的“心 脏”，分为正极和负极。正极活性物质主要成分 为二氧化铅，负极活性物质主要成分为铅。
类型
起动式铅酸蓄电池 牵引式铅酸蓄电池
常用容量 /A·h 5~200
40~1200
正极板
涂膏式 管状
负极板
涂膏式 涂膏式
特点
比功率高、比能量高 可深度充放电
固定式铅酸蓄电池 40~5000
板状 涂膏式 比能量较低、自放电率小
❖ 起动式铅酸蓄电池由于不能深度充放电，不能用 于电动汽车的主电源，一般仅作为低压辅助电源 使用；
❖ 隔板是由微孔橡胶、玻璃纤维等材料制成的，新 型隔板由聚丙烯、聚乙烯等制成，其主要作用是 ：防止正、负极板短路；是电解液中正、负离子 顺利通过；延缓正、负极板活性物质的脱落，防 止正、负极板因振动而损伤。因此要求隔板要孔 率高、孔径小，耐酸，不分泌有害物质，在电解 液中电阻小，具有化学稳定性。
❖ 电解液是蓄电池的重要组成不分，是由浓硫酸和 净化水配置而成的，他的作用是闯到电流和参加 电化学反应。电解液的纯度和密度对将电池容量 和寿命有重要影响。
❖ 铅酸蓄电池作为电动汽车的动力源，虽有许多不 足，但由于其技术成熟，可大电流放电，适用温 度范围宽和无记忆效应等性能上的优点，以及原 材料的易于获取和远低于镍氢和锂离子等高能电 池应目前仍然是在电动汽车中切实可行的动力电 池。电动车辆上应用的铅酸电池主要是阀控式密 封铅酸电池(VRLA)。
铅酸电池的储能原理
❖ 1)高效阶段。
❖ 高效阶段的主要反应是PbSO4转换成为Pb和PbO2，充电接受率约 为100%。充电接受率是转化为电化学储备的电能与来自充电机输 出端电能之比。这一阶段在电池电压达到2.39V／单元(取决于温度 和充电率)时结束。
❖ 2)混合阶段。
❖ 水的电解反应与主反应同时发生，充电接受率逐渐下ຫໍສະໝຸດ Baidu。当电池电压 和酸液的浓度不再上升时，电池单元被认为是充满了。
新能源汽车专业规划教材
“十二五”职业教育国家规划教材
目录
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第3章 铅酸动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第5章 锂离子动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第7章 电动汽车电源管理系统
【引入】
❖ 铅酸电池的发明距今已有50年，由于其可靠性好 ，成本低、瞬间输出功率大、使用安全、维修方 便，在当前所有化学电源中，铅酸电池的生产规 模最大，单就起动蓄电池而言，全世界年产量达 10亿只之多，每年生产铅酸电池消耗的铅质量约 200万吨，占全年全球铅总产量的一半以上。作 为发展历史最悠久的动力电池，铅酸电池技术成 熟、性能可靠、成本低廉、维护方便，在储能电 源、起动电源、车载电源等领域仍然应用广泛。 本部分将重点介绍铅酸电池的基本工作原理、充 放电特性及其影响因素以及板栅合金、电解液、 隔板等内部功能部件的结构特点。
本章学习目标
❖ 1.了解铅酸蓄电池的特点 ❖ 2.了解阀控密封铅酸蓄电池的优点 ❖ 3.熟悉蓄电池的充、放电的原理及蓄电池的结构 ❖ 4.了解铅酸蓄电池的性能 ❖ 5.了解铅酸蓄电池的应用 ❖ 6.熟悉铅酸蓄电池的回收
第3章 铅酸动力电池及其应用 1.铅酸动力电池的储能原理与结构
2.铅酸动力电池的性能及检测 3.铅酸动力电池的应用
❖ 固定式铅酸蓄电池虽然容量可以做到很大，但是 比能量较低，体积和质量很大，不适合车用，一 般仅用于不间断电源等位置相对固定的场合。
❖ 牵引式铅酸蓄电池容量相对较大，可深度充放电 ，比能量较高，可用于电动汽车主动力电源。
❖ 随着铅酸蓄电池技术的不断发展，目前牵引式铅 酸动力电池已有很多种类型，如开口式铅酸蓄电 池、阀控密封铅酸蓄电池VRLA、胶体蓄电池、 双极性密封铅酸蓄电池、水平式密封铅酸蓄电池 、卷绕式圆柱形铅酸蓄电池、超级蓄电池等。
❖ 在充电时，铅酸电池内部发生如下反应
❖ 正极：
PbSO4 2e 2H2O PbO2 2H H2SO4
H 2O

2H

1 2 O2

2e
❖ 负极：
PbSO4 2e 2H Pb H2SO4
2H 2e H 2
❖ 在充电过程中，可以根据两种反应的激烈程度将充电分为三个阶段： 高效阶段、混合阶段和气体析出阶段。
❖ 电池壳、盖是安装正、负极板和电解液的容器， 应该耐酸、耐热、耐振。壳体系多采用硬橡胶或 聚丙烯塑料材料制成，为整体式结构，底部有凸 起的肋条以搁置极板组。
❖ 排气栓一般由塑料材料制成，对电池起密封作用 ，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充 电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生 危险。
❖ 铅酸电池的放电时的电化学反应被称为双硫化反 应，正极成流反应为
PbO2 3H HSO4 2e PbSO4 2H 2O
❖ 负极成流反应为
Pb HSO4 PbSO4 2e H
❖ 电池总反应
PbSO4 Pb 2H2SO4 2PbSO4 2H2 0