蓄电池综合培训资料(1)

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➢ ➢应急备用电源 ➢ ➢ UPS不间断电源 ➢ ➢警报系统
➢ ➢安全装置 ➢ ➢电子检测设备
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提纲 Part I:概述 Part II:VRLA 电池工作原理 Part III:VRLA 电池结构、组件
与制造
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1.VRLA蓄电池工作原理--“双硫酸盐”理论
隔板 (Separator)
负极板 (Negative Plate)
负极板(Negative Plate)
4H+ + 4e- 2H2 (hydrogen gas)
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3.VRLA 电池氧气复合反应
氧气
当吸收正极板产生的氧气而消耗的海绵状铅的量 与
负极板充电生成海绵状铅的量 二者达到平衡状态时,便实现了电池的密封
正极板
(Positive Plate)
玻璃纤维隔板
负极板
(AGM Separator)(Negative Plate)
◆ VRLA 电池内含不流动电解液
VRLA Cell with Immobalized Electrolyte
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VRLA 电池氧气复合反应
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1
PbO
223.2
9.64
1.26
α-PbO2 239.2
9.37
1.32
β-PbO2 239.2
9.3
1.40
PbSO4 303.3
6.29
2.64
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针对过放电的对策
1. 设计深放电后具备良好回复充电 特性的板栅合金、结构与铅膏配方
以12V100Ah为 例,5次短接容 量测试与初始容
环境温度过高、充电器故障等 充电电流过大 蓄电池发热量大 蓄电池温度上升
蓄电池损伤

环 70
境 温
60
2.3 2.4 2.5 充电电压(V/单体)
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常见问题2--蓄电池鼓胀 2、个别电池鼓涨---电池安全阀失效
内部压力超过一定限度 蓄电池
有发生破裂的危险
提纲 Part I:概述 Part II:VRLA 电池工作原理 Part III:VRLA 电池结构、组
件与制造
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1.蓄电池外观结构
镀锡紫铜端子
上盖 排气孔
端子 排气三通
电池壳 提手
阻燃ABS电池壳
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2.铅酸蓄电池内部结构
① 电池槽、盖(container & cover) — — 超强阻燃ABS塑料
“Double sulfate”theory
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2. 开口(富液式)电池充电后期电极反应
氧气 (Oxygen Gas)
正极板(Positive Plate)
氢气 (Hydrogen Gas)
2H2O gas) + 4H+
O2 (oxygen + 4e-
正极板 (Positive Plate)
voltage)关系 : OCV=SG + 0.84 SG 影响充电电压大小、电池“放电性能” SG 影响电解液冰点( SG=1.300,冰点: -68. 9 ) SG 影响板栅腐蚀速度
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7.电池壳(Container)
常用材料
PP
◆ 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)
◆ 聚丙烯(Polypropylene--PP)
阀控式VRLA
◆ 氧气复合技术 ◆ 可直接在办公环境中使用 ◆ 低维护--“免维护” ◆ 滤酸防爆,较安全 ◆ 贮存/使用可为任意方向 ◆ 可在负载内部或邻近使用
○ 阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式
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6.VRLA电池分类比较
AGM电池 ● 高比能(按体积或重量) ● 可快速充电 ●可适应低温运行环境 中等深度放电 高温影响
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解决蓄电池鼓胀的对策
设计:
◆ 改善板栅合金配方
——提高析氢过电位,抑制氢气的产生
◆ 提高安全阀可靠性
——确保长期使用的可靠性
维护:
◆ 减小初期充电电流
——艾默生电源预限流功能,最大充电电流≤0.15C10,温度适应范围广
◆ 采用温度补偿调整充电电压
——高温条件下减小充电电流
GEL电池 ● 适合深循环放电 ● 可适应高温运行环境 ●适于小电流放电模式 早期无氧复合反应 氧气通道的随机性
◆ AGM--Absorbent Glass Mat
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7. VRLA蓄电池应用
◆ 三个基本应用
1、工业用 2、汽车起动用 3、牵引用(电动马 达驱动,如电动汽车)
➢ ➢通信电源 ➢ ➢电力操作电源 ➢ ➢ 太阳能贮能系统 ➢ ➢铁路机车起动
蓄电池通过串联获得所需电压 ;通过并联获得所需容量。
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3.铅酸蓄电池的发展(1)
●1859年:G.Plante发明铅酸蓄电池。 ● 1881年: C.Faure发明涂膏式极板。 ● 1957年:西德Sonnenschein公司首次将凝胶电解质技术 用于铅酸蓄电池,制成接触变性凝胶工业电池并投入市场。 ●1971年:美国Gates公司首次将超细玻璃纤维用于密封铅 酸电池中,第一次把氧气复合原理在商品电池中实施,实 现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。
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常见问题1--蓄电池漏液
1、现象
◆ 极柱四周有白色晶体
◆ 极柱铜芯、连接条与端子接触部位发绿,周围出现电解液 ◆ 电池槽盖间、电池阀体有电解液渗出
2、原因
◇ 机械损伤:外力造成壳体、密封部位裂纹;
◇ 制造原因:注液量过多,密封不严; ◇ 使用原因:蓄电池达到寿命期,极柱腐蚀穿透,密封材料老化
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解决蓄电池漏液的对策
设计:
极柱密封结构剖面
胶封层 “O”形密封圈
热缩套管
端极柱
多层密封结构
◆发展趋势
维护:
注意到货验收、避免安装时磕碰 如极柱漏液及时更换 如安全阀渗液,量不大,使用一段时间后会消失
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常见问题2--蓄电池鼓胀 1、一组电池鼓涨---充电发生热失控
<1
0.15
无纺聚乙烯
60
12
0.21
无纺玻璃棉
65
20
0.18
微细玻璃纤维棉 90
24
0.1
(AGM)
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6.电解液(Electrolyte)
组成: H2SO4 + H20 缓冲添加剂: Na2SO4
电解液既为导电物质又参与化学反应 电解液比重(Specific Gravity)与电池开路电压(Open circuit
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正极板栅合金成份
◆ Pb(Lead) ◆ Pb-高Sb(Lead-High Antimony) ◆ Pb-低Sb(Lead-Low Antimony) ◆ Pb-Ca(Lead-Calcium) ◆ Pb-Sn(Lead-Tin) ◆ Pb-Ca-Sn-Al(Lead-Calcium-Tin-Aluminium) ◆ Pb-Ca-Sn-Ag(Lead-Calcium-Tin-Silver)
放电
PbO2+2H2SO4+Pb
PbSO4+2H2O+PbSO4
充电
(二氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) (硫酸铅) (水) (硫酸铅)
正极活物质 电解液 负极活物质 正极活物质 电解液 负极活物质
◆ 电解液中硫酸不仅是导电用之电解质也是反应之反应物 ◆ 阳极的PbO2与阴极的Pb于放电反应后皆产生PbSO4
⑤微细玻璃纤维隔板 (AGM)—— 粗 细纤维合理配比,吸液力强、弹性持久
⑥ 安全阀(safety valve) ——配备导气 三通阀,采用防酸雾集气排气专利结构
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3.板 栅(Grids)
结构
● 放射状结构:利于大电流放电 ● 栅格结构:利于深度放电
厚度
● 薄板:大电流放电性能较好 ● 厚板:浮充使用寿命较长
(VRLA Battery---Valve Regulated Lead-Acid Battery)
注:术语SLA--Sealed Lead-Acid Battery 已不再使用
◆ 开口排气式(富液式)
(Open Vented)
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5.两类蓄电池比较
开口排气式
◆ 较早的技术 ◆ 需要单独的电池房 ◆ 定期维护 ◆ 需要额外的安全防护 ◆ 贮存/使用保持直立状态 ◆ 接线数量可能较大
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铅酸蓄电池的发展(2)
● 70年代末期:美国GNB公司,英国Chloride公司,日本 YUASA株式会社等先后申请了吸收式密 封铅酸蓄电池技术 专利。
● 80年代:欧洲电信部门数据通信网络启用分散式供电方 案,要求基础电源设备与通信设备同装一室, 刺激了密封 铅酸蓄电池的发展。
② 端极柱(terminal) —— 内嵌镀锡紫 铜芯,使其电阻最小化,极柱采用三层 特殊密封技术,完全阻止蓄电池漏液可 能
③ 汇流排(strap/group bar) —— 防腐 蚀抗氧化、耐大电流冲击
④正负极群(Positive & negative plates ) —— 板栅采用特殊的铅钙锡铝四元合 金,抗伸延、耐腐蚀、析氢过电位高
提高氧气复合反应效率是关键 蓄电池综合培训资料(1)
例:艾默生蓄电池抗热性试验
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常见问题3--蓄电池过放电
➢ 现象
超过电池放电终止保护电压之后的继续放电
危害
生成的PbSO4在充电时不能完全恢复成活性物质,导致电池容量下降
物质 分子重量
密度 相对Pb体积比
Pb
207.2
11.34
量比较,某国产 合资品牌为55% ,某进口品牌为 65%,艾默生电 池为95%
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针对过放电的对策
2. 根据负载电流调整放电终止保护电压。
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常见问题4--电池电压异常
◆ 电池电压小于2.1V
--内部存在短路的可能(渗透短路“铅 枝搭桥”现象)
◆ 电池电压大于2.5V
件与制造
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1.电池基本概念
电池--是一种电的 存储装置,可以有各 种形状、大小、电压 和容量的电池
电能
化学能
当两种金属(通常是性质有差异 的金属)浸没于电解液之中,它 们可以导电,并在两极之间产生 一定电动势
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2.铅酸蓄电池原理
铅(Pb)(负极)与二氧化铅(PbO2)(正极)浸 入硫酸(H2SO4)溶液(电解液)构成。每个单体 具有2V电动势。
ABS
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8.安全阀(Safety Valve)
◆ 功能:单向调节蓄 电池内压,防止空气进 入电池内部。 开阀压力:10--49Kpa 闭阀压力:1--15Kpa
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9.蓄电池的制造流程
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第二部分 阀控式密封铅酸蓄电池 常见问题分析与解决方案
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铅酸蓄电池的发展(3)
● 我国VRLA电池的研制和生产始于80年代末,到1996 年已有大小厂家400多家,具有较大规模的有40多家。
现状:1、实力相差悬殊 2、质量鱼龙混杂 3、国产品牌占绝对优势
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4.铅酸蓄电池两种基本类型
◆ 阀控式(密封)铅酸蓄电池
--内部存在断路(开路)的可能(极群 或串联连接存在虚焊,负极板极耳、汇流 排产生泥状硫酸盐化)
渗透短路 负极汇流排硫酸盐化
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改善蓄电池电压异常的对策
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常见问题5--容量过早衰减,使用寿命短
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5.隔 板(Separator)
负极板 隔板 正极板
保持正负极板绝缘 防止铅枝短路(Dendrite Shorts) 吸附、保持电解液 气体通道 压紧活性物质,延缓活物质脱落
隔板材料 孔隙度% 孔隙尺寸μm 内阻Ω/cm2
微孔PVC
80
<3
0.18
微孔隙聚乙烯 63
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2020/12/5
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第一部分 阀控式密封铅酸蓄电池
基础知识
Valve Regulated Lead-Acid Battery
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提纲 Part I:概述 Part II:VRLA 电池工作原理 Part III:VRLA 电池结构、组
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4.活性物质
正极板
◆ 涂膏:一氧化铅 (lead oxide PbO)
◆ 化成:二氧化铅 ( lead dioxide PbO2)
负极板
◆ 涂膏:一氧化铅 (lead oxide PbO)
◆ 化成:铅(lead Pb) ◆ 膨胀剂:木素/炭黑、硫酸钡( xylogen/carbon black and barium sulfate)
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