蓄电池维护知识培训讲义

铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义铅酸蓄电池知识讲义动力未来/powerthefuture钟义华江苏双登集团铅酸蓄电池的发展历史和现状铅酸蓄电池的发展历史和现状铅酸蓄电池的发展历史和现状铅酸蓄电池的发展历史和现状蓄电池是1859年由普兰特(Plante)发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。动力未来/powerthefuture1957年德国阳光公司（Sonnenschein）发明了能变性SiO2凝胶的胶体密封铅酸电池。1971年美国Gates公司发明了VRLA（ValveRegulatedLead-Acid）电池。1987年开始VRLA电池由于电信业发展得到广泛应用。阀控式铅酸蓄电池的基本原理动力未来/powerthefuture阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理动力未来/powerthefuture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，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转为正负极活性物资以外，不避免的，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。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动力未来/powerthefuture。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，使电池内部没有流动的电解液，氧的复合原理如图VRLA电池的关键技术（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耀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电池的电解液动力未来/powerthefuture，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。（5）、负板栅采用高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金，因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有较高的析氢过电位，降低了板栅腐蚀速度，正板采用特殊多元合金。有效防止电池早期容量损失，浮充使用、循环使用寿命长。（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10kpa—35kpa，闭阀压3kpa—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，过充电会加速电流的损坏，恒压限流充电可防止过充电和热失控。VRLA电池的失效模式电池的失效模式电池的失效模式电池的失效模式1、板栅的腐蚀与增长板栅腐蚀是VRLA电池失效的重要原因，无论是在开路状态，还是在浮充状态或是充放电状态，板栅都存在被腐蚀的现象。特别是在过充放电状态下，正极由于析氧反应，水被消耗，浓度增加，导致正极附近酸度增高，板栅腐蚀加速，如果电池使用不当，长期处于过充放电状态，那么很快这些电池的容量降低，最后失效。正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚动力未来/powerthefuture，最后失效。正极板栅在遭受腐蚀的同时产生变形，使板栅尺寸线性增大，甚至于个别筋条断裂，最终导致整个电池的损坏。针对正极板栅存在着腐蚀和变形的必然性，我们采取以下技术措施减缓正极板栅的腐蚀和增长，保证电池的使用寿命。（1）、增加正极板栅的厚度，保证VRLA电池板栅的工作年限。（2）、采用更耐腐蚀的板栅合金材料，耐腐蚀性好，抗蠕变性强。（3）、在电池设计上采用玻璃棉隔板紧装配或胶体电介质使电极承受压力，提高板栅的机械支撑力。2、失水VRLA电池失水是影响VRLA电池寿命的主要因素之一，特别是内燃机车用VRLA电池的工作环境。VRLA电池失水途径有三：（1）、氧复合导致无效失水。保持低电压充电可减少失水现象。但充电过程太长，充电效率低，或较高电流的加速充电，较高的温度下充电，可造成明显的失水现象。（2）、通过电池槽、盖渗漏。容器掺水和透氧取决于材料的性质和厚度，电动力未来/powerthefuture（2）、通过电池槽、盖渗漏。容器掺水和透氧取决于材料的性质和厚度，电池周围大气的相对湿度也有影响。常用电池槽材料为ABS、PP、PVC,各有优缺点。PVC强度低，但氧气保持量最大，ABS硬度最大，氧气保持量由于PP；PP的水蒸气渗透率小于ABS。（3）、板栅腐蚀造成失水正极板栅的腐蚀而产生的水的转移是影响电池容量的主要因素之一，板栅合金腐蚀的微电池反应为：所以，对正极板栅合金材料的耐腐性及极板厚度的设计，都应该慎重考虑。3、负极硫酸盐化VRLA电池失效的另一个主要原因之一就是负极硫酸盐化，并伴随容量的损失，铅蓄电池在正常工作中，负极板上PbSO4颗粒小，充电时很容易恢复为绒状铅，但有的电池生成了难以还原的大颗粒硫酸铅，称为硫酸盐化。负极板硫酸盐化原因很多。主要由下几个原因造成：（1）、铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及时充电长期搁置。在这种情况下，活性物质中没有受到电化学还原的硫酸铅晶体的量很大，这些硫酸铅晶体会重结晶而使颗粒变大，生成不可逆硫酸铅。（2）、长期充电不足。表现为整组电池的浮充电压长期偏低产生落后电池。动力未来/powerthefuture（2）、长期充电不足。表现为整组电池的浮充电压长期偏低产生落后电池。（3）、在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。在交流供电状况比较恶劣的偏远通讯机站，电池损坏的原因，就属于此类。（4）、经常进行深度放电（电池电压放电至臆1.75V-1.80V），偏远地区经常停电，电池深度放电，使没有来得及还原的硫酸铅在活性物质中积累到相当的数量。在较高的温度下储存铅蓄电池，加速了硫酸铅重结晶及自放电的过程，促进了极板的硫酸盐化。如果以不完全充电状态，反复进行充电时，电解液出现层化，则负极下部易产生硫酸盐化。4、热失控热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐渐损坏蓄电池。造成热失控的根本原因是：失控过程的发生具有三个截然不同的阶段。在1阶段，再复合效率较低，失水较高并且温度和电流上升得比较缓慢，这是因为电池内阻小而且是缓慢的增长和较低复合效率所致。在第2阶段，当隔膜的饱和度降低到一个特定的水平时，氧气再复合效率也很高，由于氧气通过隔板的传输机制变化所致，热量的产生也迅速提高，这是因为增长的再复合效率和隔板内阻提高的结合所致。当电池温度达到电解液的沸点时，这个过程就终止了。这个过程控制了温度，但是由于失水，隔板的电阻仍继续升高，在第3阶段电流迅速衰减。动力未来/powerthefuture，隔板的电阻仍继续升高，在第3阶段电流迅速衰减。因此；我们可以得出电池内部的热源就是电池内部的功率损耗，在充电时，电池内部的功率损耗可以简单地看做是电压和电流的乘积。在恒压充电时，充电电流随温度上升而增大，增大了充电电流又会产生更多的不能复合的排气量，增加电池的失水，从而使温度进一步上升。如果电池内部热量产生的速率超过蓄电池在一定的环境条件下散热能力，蓄电池的温度将会持续上升，以致使电池的塑料壳子变软，由于阀控电池是密封结构，电池内部在充电时有10Kpa以上的压力，最后导致塑料壳气鼓破裂或熔化。这就是蓄电池的热鼓胀变形。开路电压与工作电压开路电压电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池的正极的电极电势与负极电极电势之差，新电池开路电压与容量成正比，开路电压与电电解液比重成正比。动力未来/powerthefuture工作电压工作电压指电池接通负载后在放电过程中显示的电压，又称放电电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。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表示。常用的单位为安培小时，简称安时(Ah)或毫安时(mAh)。电池的容量可以分为理论容量，额定容量，实际容量。理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的动力未来/powerthefuture不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，单位为Ah/1或Ah/kg。实际容量是指电池在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，单位为Ah，其值小于理论容量。额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。影响放电容量的因数放电速率，即不同倍率放电影响放电时间放电速率，即不同倍率放电影响放电时间1I102I103I104I105I106I107I109I1010I8I10Voltage(V)动力未来/powerthefuture9I10I10Dischargetime(h)电池放电小时数（h）0.512346810≥20放电终止电压（v）1.651.701.751.701.751.801.801.801.801.801.801.80≥1.85放电容量系统0.480.450.400.580.550.450.610.750.790.880.941.001.00影响放电容量的因数温度对蓄电池容量的影响DischargecapacityVsambienttemperaturecurve(I10A)动力未来/powerthefuturetemperature(℃)Dischargecapacity(%C10)温度对寿命的影响电池平均温度寿命降低率（％）25℃030℃30动力未来/powerthefuture35℃5040℃6645℃7550℃83放电深度对循环次数的影响循环寿命（次）40006000800050007000动力未来/powerthefuture放电深度（%）020604080100循环寿命20004000图5放电深度与循环寿命关系曲线10503070901000300036001400215010505506800170027001200700循环数据浮充在浮充状态下，充电电流除维持电池的自放电以外，还维持电池内的氧循环，但是浮充状态下充电电流又是与电池的浮充电压密切相关的。因此，为了使阀控铅酸蓄电池有较长的使用寿命，在电池使用过程中，要充分结合电池制造的原材料及结构特点和环境温度等几方面的情况，制定电池合理的使用条件，尤其是浮充电压的设定。浮充电压设置过低，电池长期处于欠充电状态，不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫动力未来/powerthefuture浮充电压设置过低，电池长期处于欠充电状态，不仅会在电池极板内部形成不可逆的硫酸盐化，而且还会在活性物质和板栅之间形成高电阻阻挡层，使电池的内阻增加、容量下降。浮充电压设置过高，电池长期处于过充电状态，会使电池充电电流增大，电池负极析出的H2和正极析出的O2气体难以全部再化合成H2O，造成电池失水，板栅腐蚀加速，使用寿命提前终止。随温度调整浮充电压对延长VRLA电池的寿命十分重要，浮充电压增加0.1V，即从2.23V到2.33V，从图10可以看出，在环境温度为30益时VRLA电池的寿命将减少一半。由于有些通信局（站）