人力資源電池培訓(xùn)

1、閥 控 式 鉛 酸 蓄 電 池 培 訓(xùn) 資 料PAGE 1PAGE 24公司地址：深圳蛇口工業(yè)七路沿山道49號(hào)聯(lián)系電話：0755 - 6677057傳真 ：0755 - 6678278貼心熱線：800 - 830 - 87661. 鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史蓄電池是1859年由普蘭特(Plante)發(fā)明的，至今已有一百多年的歷史。鉛酸蓄電池自發(fā)明后,在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)。 到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主

2、要缺點(diǎn)：充電末期水會(huì)分解為氫、氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周圍設(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。近年來，為了解決以上的兩個(gè)問題，世界各國竟相開發(fā)密封鉛酸蓄電池，希望實(shí)現(xiàn)電池的密封，獲得干凈的綠色能源。 1912年Thomas Edison發(fā)表專利，提出在單體電池的上部空間使用鉑絲，在有電流通過時(shí)，鉑被加熱，成為氫、氧化合的催化劑，使析出的H2與O2重新化合，返回電解液中。但該專利未能付諸實(shí)現(xiàn)：鉑催化劑很快失效；氣體不是按氫2氧1的化學(xué)計(jì)量數(shù)析出，電池內(nèi)部仍有氣體發(fā)生；存在爆炸的危險(xiǎn)。 60年代，美國Gates公司發(fā)明鉛鈣合金，引起了密封鉛酸蓄電池開發(fā)熱

3、，世界各大電池公司投入大量人力物力進(jìn)行開發(fā)。 1969年，美國登月計(jì)劃實(shí)施，密封閥控鉛酸蓄電池 和鎘鎳電池被列入月球車用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。 1969-1970年，美國EC公司制造了大約350,000只小型密封鉛酸蓄電池，該電池采用玻璃纖維棉隔板，貧液式系統(tǒng)，這是最早的商業(yè)用閥控式鉛酸蓄電池，但當(dāng)時(shí)尚未認(rèn)識(shí)到其氧再化合原理。 1975年，Gates Rutter公司在經(jīng)過許多年努力并付出高昂代價(jià)的情況下，獲得了一項(xiàng)D型密封鉛酸干電池的發(fā)明專利，成為今天VRLA的電池原型。 1979年，GNB公司在購買Gates 公司的專利后，又發(fā)明了MFX正板柵專利

4、合金，開始大規(guī)模生產(chǎn)和宣傳大容量吸液式密封免維護(hù)鉛酸蓄電池。 1984年，VRLA電池在美國和歐洲得到小心應(yīng)用。 1987年，隨著電信業(yè)的飛速發(fā)展，VRLA電池在電信部門得到迅速推廣使用。 1991年，英國電信部門對(duì)正在使用的VRLA電池進(jìn)行了檢查和測(cè)試，發(fā)行VRLA電池并不象廠商宣傳的那樣，電池出現(xiàn)了熱失控、燃燒和早期容量失效等現(xiàn)象，引起了電池工業(yè)界的廣泛討論，對(duì)VRLA電池的發(fā)展前途、容量監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱失控和可靠性表示了疑問，此時(shí)，VRLA電池市場(chǎng)占有率還不到富液式電池的50%，原來提到的“密封免維護(hù)鉛酸蓄電池”名稱正式被“VRLA電池”取代，原因是VRLA電池是一種還需要管理的電池，采用“

5、免維護(hù)”容易引起誤解。 1992年，針對(duì)1991年提出的問題，專家和生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員紛紛發(fā)表文章提出對(duì)策和看法，其中Dr Darid Feder 提出利用測(cè)電導(dǎo)的方法對(duì)VRLA 電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)。I.c. Bearinger從技術(shù)方面評(píng)述VRLA電池的先進(jìn)性。這些文章對(duì)VRLA電池的發(fā)展和推廣應(yīng)用起了很大的促進(jìn)作用。1992年，世界上VRLA電池用量在歐洲和美洲都大幅度增加，在亞洲國家電信部門提倡全部采用VRLA電池；1996年VRLA電池基本取代傳統(tǒng)的富液式電池，VRLA電池已經(jīng)得到了廣大用戶的認(rèn)可。2. 閥控式鉛酸蓄電池的定義閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lea

6、d Battery(簡(jiǎn)稱VRLA電池)，其基本特點(diǎn)是使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子上設(shè)有單向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定值（通常用氣壓值表示），即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時(shí)，排氣閥自動(dòng)打開，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閉，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。3. 閥控式鉛酸蓄電池的分類閥控式鉛酸蓄電池分為AGM和GEL(膠體)電池兩種，AGM采用吸附式玻璃纖維棉（Absorbed Glass Mat）作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，貧電液設(shè)計(jì)，電池內(nèi)無電解液，電池可以立放工作，也可以臥放工作；膠體（Gel）采用SiO2作凝固劑，電解液吸附

7、在極板和膠體內(nèi)，一般立放工作。目前文獻(xiàn)和會(huì)議討論的VRLA電池除非特別指明，皆指AGM電池。4. 閥控式鉛酸蓄電池的基本原理4.1 閥控式鉛酸蓄電池的化學(xué)反應(yīng)原理閥控式鉛酸蓄電池的化學(xué)反應(yīng)原理就是充電時(shí)將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲(chǔ)存起來，放電時(shí)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給外系統(tǒng)。其充電和放電過程是通過化學(xué)反應(yīng)完成的，化學(xué)反應(yīng)式如下：正極：充電PbSO4+2H2OPbO2 + H2SO4 + 2H+ + 2e- （3-1）放電充電 副反應(yīng) H2O 1/2 O2+2H+2e-（3-2）放電 負(fù)極：充電PbSO4+2H+2e-Pb+H2SO4 (3-3）放電充電副反應(yīng) 2H+2e-H2（3-4）放電從上面

8、反應(yīng)式可看出，充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極 充電到70%時(shí)，開始析出氧氣，負(fù)極充電到90%時(shí)開始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合利用,電池就會(huì)失水干涸；對(duì)于早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進(jìn)行氣體的再復(fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護(hù)的重要原因；而閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對(duì)氧氣的再復(fù)合利用，同時(shí)抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。4.2 閥控式鉛酸蓄電池的氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池采用負(fù)極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)，AGM或GEL電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過AGM或GEL空隙擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使

9、負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過電位，所以負(fù)極不會(huì)由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池氧循環(huán)圖示如下： 正極 PbSO4 PbO2 O2 擴(kuò)散 負(fù)極 PbSO4Pb O2H2O H2SO4 + PbO 可以看出，在閥控式鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時(shí)，一方面極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O2反應(yīng)而被氧化成一氧化鉛，另一方面是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳輸來的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。在電池內(nèi)部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進(jìn)行，必須使氧氣從正極擴(kuò)散到負(fù)極。氧的移動(dòng)過程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。在閥控式

10、蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸：一是溶解在電解液中的方式，即通過在液相中的擴(kuò)散，到達(dá)負(fù)極表面；二是以氣相的形式擴(kuò)散到負(fù)極表面。傳統(tǒng)富液式電池中，氧的傳輸只能依賴于氧在正極區(qū)H2SO4溶液中溶解，然后依靠在液相中擴(kuò)散到負(fù)極。由于正負(fù)極中間的隔板孔率有限，所以擴(kuò)散的通道是有限的，又由于孔率曲折，擴(kuò)散距離較長(zhǎng)，故只有少量的氧能夠在液相中遷移，這樣在傳統(tǒng)富液式電池中只能于很低的電流水平下進(jìn)行氧的復(fù)合。如果氧呈氣相在電極間直接通過開放的通道移動(dòng)，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴(kuò)散大得多。充電末期正極析出氧氣，在正極附近有輕微的過壓，而負(fù)極化合了氧，產(chǎn)生一輕微的真空，于是正、負(fù)間的壓差將推動(dòng)氣相氧經(jīng)過電極間

11、的氣體通道向負(fù)極移動(dòng)。閥控式鉛蓄電池的設(shè)計(jì)提供了這種通道，從而使閥控式電池在浮充所要求的電壓范圍下工作，而不損失水。對(duì)于氧循環(huán)反應(yīng)效率，AGM電池具有良好的密封反應(yīng)效率，在貧液狀態(tài)下氧復(fù)合效率可達(dá)99%以上；膠體電池氧再復(fù)合效率相對(duì)小些，在干裂狀態(tài)下，可達(dá)70-90%；富液式電池幾乎不建立氧再化合反應(yīng)，其密封反應(yīng)效率幾乎為零。5. 閥控式鉛酸蓄電池的性能參數(shù) 開路電壓與工作電壓5.1.1 開路電壓電池在開路狀態(tài)下的端電壓稱為開路電壓。電池的開路電壓等于電池的正極的還原電極電勢(shì)與負(fù)極電極電勢(shì)之差。5.1.2 工作電壓工作電壓指電池接通負(fù)載后在放電過程中顯示的電壓，又稱放電電壓。在電池放電初始的工

12、作電壓稱為初始電壓。電池在接通負(fù)載后，由于歐姆電阻和極化過電位的存在，電池的工作電壓低于開路電壓。 容量電池在一定放電條件下所能給出的電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh）。電池的容量可以分為理論容量、額定容量、實(shí)際容量。理論容量是把活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為Ah/kg或Ah/L。實(shí)際容量是指電池在一定條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的乘積，單位為Ah，其值小于理論容量。額定容量也叫保證容量，是按國家或有關(guān)部門頒布的

13、標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。 內(nèi)阻電流通過電池內(nèi)部時(shí)受到阻力，使電池的電壓降低，此阻力稱為電池的內(nèi)阻。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，在放電過程中隨時(shí)間不斷變化，因?yàn)榛钚晕镔|(zhì)的組成、電解液溶度和溫度都在不斷地改變。電池內(nèi)阻包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，極化內(nèi)阻又包括電化學(xué)極化與濃差極化。內(nèi)阻的存在，使電池放電時(shí)的端電壓低于電池電動(dòng)勢(shì)和開路電壓，充電時(shí)端電壓高于電動(dòng)勢(shì)和開路電壓。歐姆電阻遵守歐姆定律；極化電阻隨電流密度增加而增大，但不是線性關(guān)系，常隨電流密度的對(duì)數(shù)增大而線性增大。5.4 能量電池的能量是指在一定放電制度下，蓄電池所能給出的電能，通常用瓦時(shí)（Wh）表示。電池的能量分為理

14、論能量和實(shí)際能量。理論能量理可用理論容量和電動(dòng)勢(shì)（E）的乘積表示，即理=理E電池的實(shí)際能量為一定放電條件下的實(shí)際容量實(shí)與平均工作電壓平的乘積，即實(shí)=實(shí)常用比能量來比較不同的電池系統(tǒng)。比能量是指電池單位質(zhì)量或單位體積所能輸出的電能，單位分別是Wh/kg或Wh/L。比能量有理論比能量和實(shí)際比能量之分。前者指1 kg電池反應(yīng)物質(zhì)完全放電時(shí)理論上所能輸出的能量。實(shí)際比能量為1 kg電池反應(yīng)物質(zhì)所能輸出的實(shí)際能量。由于各種因素的影響，電池的實(shí)際比能量遠(yuǎn)小于理論比能量。實(shí)際比能量和理論比能量的關(guān)系可表示如下：實(shí)=理KVKRKm式中 KV電壓效率； KR反應(yīng)效率； Km質(zhì)量效率。電壓效率是指電池的工作電壓與

15、電動(dòng)勢(shì)的比值。電池放電時(shí)，由于電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆壓降，工作電壓小于電動(dòng)勢(shì)。反應(yīng)效率表示活性物質(zhì)的利用率，所受影響如前所述。電池中存在一些不參加成流反應(yīng)但又是必要的物質(zhì)，應(yīng)減小這些物質(zhì)所占比例，以提高活性物質(zhì)所占比例。兩者之比是質(zhì)量效率。電池的比能量是綜合性指標(biāo)，它反映了電池的質(zhì)量水平，也表明生產(chǎn)廠家的技術(shù)和管理水平。5.5 功率與比功率電池的功率是指電池在一定放電制度下，于單位時(shí)間內(nèi)所給出能量的大小，單位為W（瓦）或kW(千瓦)。單位質(zhì)量電池所能給出的功率稱為比功率，單位為W/kg或kW/kg。比功率也是電池重要的性能指標(biāo)之一。一個(gè)電池比功率大，表示它可以承受大電流放電。蓄電池的比能量

16、和比功率性能是電池選型時(shí)的重要參數(shù)。因?yàn)殡姵匾c用電的儀器、儀表、電動(dòng)機(jī)器等互相配套，為了滿足要求，首先要根據(jù)用電設(shè)備要求功率大小來選擇電池類型。當(dāng)然，最終確定選用電池的類型還要考慮質(zhì)量、體積、比能量、使用的溫度范圍和價(jià)格等因素。5.6 電池的使用壽命在規(guī)定條件下，某電池的有效壽命期限稱為該電池的使用壽命。蓄電池發(fā)生內(nèi)部短路或損壞而不能使用，以及容量達(dá)不到額定要求時(shí)蓄電池使用失效，這時(shí)電池的使用壽命終止。蓄電池的使用壽命包括使用期限和使用周期。使用期限是指蓄電池可供使用的時(shí)間，包括蓄電池的存放時(shí)間。使用周期是指蓄電池可供重復(fù)使用的次數(shù)。6. 閥控式鉛酸蓄電池的自放電 自放電的原因電池的自放電指

17、電池在存儲(chǔ)期間容量降低的現(xiàn)象。電池開路時(shí)由于自放電使電池容量損失。自放電通常主要在負(fù)極，因?yàn)樨?fù)極活性物質(zhì)為較活潑的海綿狀鉛電極，在電解液中其電勢(shì)比氫負(fù)，可發(fā)生置換反應(yīng)。若在電極中存在著氫過電位低的金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)能組成腐蝕微電池，結(jié)果負(fù)極金屬自溶解，并伴有氫氣析出，從而容量減少。在電解液中雜質(zhì)起著同樣的有害作用。一般正極的自放電不大。正極為強(qiáng)氧化劑，若在電解液中或隔膜上存在易于被氧化的雜質(zhì)，也會(huì)引起正極活性物質(zhì)的還原，從而減少容量。 自放電率自放電率用單位時(shí)間容量降低的百分?jǐn)?shù)表示。式中 Ca電池存貯前的容量（Ah）Cb電池存貯后的容量（Ah） T電池貯存的時(shí)間，常用天、月計(jì)算。

18、 正極的自放電正極的自放電是由于在放置期間，正極活性物質(zhì)發(fā)生分解，形成硫酸鉛并伴隨著氧氣析出，發(fā)生下面一對(duì)共軛反應(yīng)：PbO2+H2SO4+2H+2e- PbSO4 + 2H2O （3-5） H2O1O2+2H+2e-（3-6）2總反應(yīng)： PbO2+H2SO4PbSO4+ H2O + 1O2 （3-7）2同時(shí)正極的自放電也有可能由下述幾種局部電池形成引起：5PbO2+2Sb+6H2SO4Sb2)2SO4+5PbSO4+6H2O （3-8）PbO2+2Ag+2H2SO4PbSO4+Ag2SO4+2H2O（3-9）PbO2+Pb(柵)+ 2H2SO4PbSO4 +2H2O（3-10）濃差電池。在電極

19、的上端和下端，以及電極的孔隙和電極 的表面處硫酸的濃度不同，因而電極內(nèi)外和上下形成了濃差電池。處在較稀硫酸區(qū)域的二氧化鉛為負(fù)極，進(jìn)行氧化過程而析出氧氣；處在較濃硫酸區(qū)域的二氧化鉛為正極，進(jìn)行還原過程，二氧化鉛還原為硫酸鉛。這種濃差電池在充電終了的正極和放電終了的正極都可形成，因此都有氧析出。但是在電解液濃度趨于均勻后，濃差消失，由此引起的自放電也就停止了。正極自放電的速度受板柵合金組成和電解液濃度的影響，對(duì)應(yīng)于硫酸濃度出現(xiàn)不同的極大值。一些可變價(jià)態(tài)的鹽類如鐵、鉻、錳鹽等，它們的低價(jià)態(tài)可以在正極被氧化，同時(shí)二氧化鉛被還原；被氧化的高價(jià)態(tài)可通過擴(kuò)散到達(dá)負(fù)極，在負(fù)極上進(jìn)行還原過程；同時(shí)負(fù)極活性物質(zhì)鉛

20、被氧化，還原態(tài)的離子又藉助于擴(kuò)散、對(duì)流達(dá)到正極重新被氧化。如此反復(fù)循環(huán)。因此，可變價(jià)態(tài)的少量物質(zhì)的存在可使正極和負(fù)極的自放電連續(xù)進(jìn)行，舉例如下：PbO2+3H+ HSO4-+ 2Fe2+ PbSO4+ 2H2O + 2Fe3+（3-11）Pb+HSO4-+ 2Fe3+ PbSO4 + H+ + 2Fe2+ （3-12）在電解液中一定要防止這些鹽類的存在。 負(fù)極的自放電蓄電池在開路狀態(tài)下，鉛的自溶解導(dǎo)致容量損失，與鉛溶解的共軛反應(yīng)通常是溶液中H+的還原過程，即Pb+H2SO4PbSO4+H2 （3-13）溶解于硫酸中的氧也可以發(fā)生鉛自溶的共軛反應(yīng)，即PbO2 +1/2O2 + H2SO4 PbS

21、O4 + H2O （3-14） 該過程受限于氧的擴(kuò)散，在電池中一般以式（3-13）為主。雜質(zhì)對(duì)于鉛自溶的共軛反應(yīng)析氫有很大影響，一般氫在鉛上析出的過電位很高，在式（3-13）中鉛的自溶速度完全受析氫過程控制，析氫過電位大小起著決定性作用。當(dāng)雜質(zhì)沉積在鉛電極表面上，與鉛組成微電池，在這個(gè)短路電池中鉛進(jìn)行溶解，而比氫過電位小的雜質(zhì)析出，因而加速了自放電。7. 閥控式鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成閥控鉛酸蓄電池的主要部件是正負(fù)極板、電解液、隔膜、電池殼和蓋、安全閥，此外還有一些零件如端子、連接條、極柱等。鉛襯套鉛襯套匯流條正極板隔膜端子蓋負(fù)極板殼8.閥控式鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)8.1 板柵合金的選擇參加電池反應(yīng)

22、的活性物質(zhì)鉛和二氧化鉛是疏松的多孔體，需要固定在載體上。通常，用鉛或鉛基合金制成的柵欄片狀物為載體，使活性物質(zhì)固定在其中，這種物體稱之為板柵。它的作用是支撐活性物質(zhì)并傳輸電流。8.1.1正板柵合金閥控電池是一種新型電池，使用過程中不用加酸加水維護(hù)，要求正板柵合金耐腐蝕性好，自放電小，不同廠家采用的正板柵合金并不完全相同，主要有：鉛-鈣、鉛-鈣-錫、鉛-鈣-錫-鋁、鉛-銻-鎘等。不同合金性能不同，鉛-鈣、鉛-鈣-錫合金具有良好的浮充性能，但鈣易形成硫酸鈣阻擋層使電池早期失效，合金抗蠕變性差，不適合循環(huán)使用。鉛-鈣-錫-鋁、鉛-銻-鎘各方面性能相對(duì)比較好，既適合浮充使用，又適合循環(huán)使用。8.1.2

23、 負(fù)板柵合金閥控電池負(fù)板柵合金一般采用鉛-鈣合金，盡量減少析氫量。8.2 板柵厚度 正極板厚度決定電池壽命，極板厚度與電池預(yù)計(jì)壽命的關(guān)系見下表：正板柵厚度（mm）循環(huán)壽命（次）預(yù)計(jì)浮充壽命（年）正常浮充使用2.015023.025743.440064.5800128.3 正負(fù)極活性物質(zhì)比例 鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)上正負(fù)極活性物質(zhì)利用率一般按30-33%計(jì)算，正負(fù)極活性物質(zhì)比例為11，實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)極活性物質(zhì)利用率一般比正極高，對(duì)于閥控鉛酸蓄電池，考慮到氧再化合的需要，負(fù)極活性物質(zhì)設(shè)計(jì)過量，一般宜為11.01.2。8.4 隔膜的選擇閥控鉛酸蓄電池中隔膜采用的是玻璃纖維棉，應(yīng)該具有如下特征：優(yōu)良的耐酸性能

24、和抗氧化能力；厚度均勻一致，外觀無針孔、無機(jī)械雜質(zhì)；孔徑小且孔率大；優(yōu)良的吸收和保留電解液能力；電阻?。痪哂幸欢ǖ臋C(jī)械強(qiáng)度，以保證工藝操作要求；雜質(zhì)含量低，尤其是鐵、銅的含量要低。8.5 殼蓋結(jié)構(gòu)和材料選擇 閥控電池殼蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是強(qiáng)度設(shè)計(jì)、散熱設(shè)計(jì)和蓋上的極柱密封設(shè)計(jì)。強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求電池外壁在緊裝配和承受內(nèi)氣壓時(shí)外壁不應(yīng)有明顯的氣脹變形，對(duì)于PP外殼，應(yīng)加鋼殼加固，對(duì)于ABS和PVC外殼，壁厚一般要達(dá)到810mm。散熱設(shè)計(jì)要求電池外殼散熱面積大、材料導(dǎo)熱性好且壁厚越薄越好。殼體結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需考慮強(qiáng)度和蓋子封裝配合即可。8.6 殼蓋密封和極柱密封結(jié)構(gòu)電池殼蓋密封分為熱封和膠封，熱封是最

25、可靠的熱封方式，PP材料采用熱封，ABS和PVC材料一般采用膠封，膠封關(guān)鍵是要采用合適的環(huán)氧樹脂。極柱密封技術(shù)是閥控電池生產(chǎn)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，不同的廠家采用的方式不完全相同。YUASAGNBDEKAC&DABROADHUADA8.7 電解液閥控電池電解液中硫酸含量一般按理論量的1.5倍設(shè)計(jì)，電解液比重一般不超過1.30g/ml。8.8 安全閥安全閥是閥控電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，安全閥質(zhì)量的好壞直接影響電池使用壽命、均勻性和安全性。根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和閥控電池的使用情況，安全閥應(yīng)滿足如下技術(shù)條件：?jiǎn)蜗蜷_閥；單向密封，可防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部；同一組電池各安全閥之間的開閉壓力之差不應(yīng)超過平均值的20%；壽命不應(yīng)

26、低于15年；濾酸，可防止酸和酸霧從安全閥排氣口排出；隔爆，電池外部遇明火時(shí)電池內(nèi)部不應(yīng)引爆；抗震，在運(yùn)輸和使用期間，安全閥不應(yīng)因震動(dòng)和多次開閉而松動(dòng)失效；耐酸；耐高、低溫。 目前市場(chǎng)使用的安全閥主要有：柱式、帽式和傘形安全閥，其結(jié)構(gòu)見下面示意圖。帽式安全閥1傘型安全閥柱式安全閥帽式安全閥2帽式安全閥39. 閥控鉛酸蓄電池的充放電特性鉛酸蓄電池以一定的電流充、放電時(shí)，其端電壓的變化如下圖：9.1 放電中電壓的變化電池在放電之前活性物質(zhì)微孔中的硫酸濃度與極板外主體溶液濃度相同，電池的開路電壓與此濃度相對(duì)應(yīng)。放電一開始，活性物質(zhì)表面處（包括孔內(nèi)表面）的硫酸被消耗，酸濃度立即下降，而硫酸由主體溶液向電

27、極表面的擴(kuò)散是緩慢過程，不能立即補(bǔ)償所消耗的硫酸，故活性物質(zhì)表面處的硫酸濃度繼續(xù)下降，而決定電極電勢(shì)數(shù)值的正是活性物質(zhì)表面處的硫酸濃度，結(jié)果導(dǎo)致電池端電壓明顯下降，見曲線OE段。 隨著活性物質(zhì)表面處硫酸濃度的繼續(xù)下降，與主體溶液之間的濃度差加大，促進(jìn)了硫酸向電極表面的擴(kuò)散過程，于是活性物質(zhì)表面和微孔內(nèi)的硫酸得到補(bǔ)充。在一定的電流放電時(shí)，在某一段時(shí)間內(nèi)，單位時(shí)間消耗的硫酸量大部分可由擴(kuò)散的硫酸予以補(bǔ)充，所以活性物質(zhì)表面處的硫酸濃度變化緩慢，電池端電壓比較穩(wěn)定。但是由于硫酸被消耗，整體的硫酸濃度下降，又由于放電過程中活性物質(zhì)的消耗，其作用面積不斷減少，真實(shí)電流密度不斷增加，過電位也不斷加大，故放電

28、電壓隨著時(shí)間還是緩慢地下降，見曲線EFG段。隨著放電繼續(xù)進(jìn)行，正、負(fù)極活性物質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U，并向活性物質(zhì)深處擴(kuò)展。硫酸鉛的生成使活化物質(zhì)的孔隙率降低，加劇了硫酸向微孔內(nèi)部擴(kuò)散的困難，硫酸鉛的導(dǎo)電性不良，電池內(nèi)阻增加，這些原因最后導(dǎo)致在放電曲線的G點(diǎn)后，電池端電壓急劇下降，達(dá)到所規(guī)定的放電終止電壓。9.2 充電中的電壓變化在充電開始時(shí)，由于硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛和鉛，有硫酸生成，因而活性物質(zhì)表面硫酸濃度迅速增大，電池端電壓沿著OA急劇上升。當(dāng)達(dá)到A點(diǎn)后，由于擴(kuò)散、活性物質(zhì)表面及微孔內(nèi)的硫酸濃度不再急劇上升，端電壓的上升就較為緩慢（ABC）。這樣活性物質(zhì)逐漸從硫酸鉛轉(zhuǎn)化為二氧化鉛和鉛，活性物質(zhì)的

29、孔隙也逐漸擴(kuò)大，孔隙率增加。隨著充電的進(jìn)行，逐漸接近電化學(xué)反應(yīng)的終點(diǎn)，即充電曲線的C點(diǎn)。當(dāng)極板上所存硫酸鉛不多，通過硫酸鉛的溶解提供電化學(xué)氧化和還原所需的Pb2+極度缺乏時(shí)，反應(yīng)的難度增加，當(dāng)這種難度相當(dāng)于水分解的難度時(shí)，即在充入電量70%時(shí)開始析氧，即副反應(yīng) 2H2O = O2+4H+4e-，充電曲線上端電壓明顯增加。當(dāng)充入電量達(dá)90%以后，負(fù)極上的副反應(yīng)，即析氫過程發(fā)生，這時(shí)電池的端電壓達(dá)到D點(diǎn)，兩極上大量析出氣體，進(jìn)行水的電解過程，端電壓又達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定值，其數(shù)值取決于氫和氧的過電位，正常情況下該恒定值約為2.6V。10. 閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素10.1 放電率對(duì)電池容量的影響

30、鉛蓄電池容量隨放電倍率增大而降低，在談到容量時(shí)，必須指明放電的時(shí)率或倍率。放電時(shí)率或倍率不同。10.1.1 容量與放電時(shí)率的關(guān)系對(duì)于一給定電池，在不同時(shí)率下放電，將有不同的容量，下表為華達(dá)GFM2-1000電池在常溫下不同放電時(shí)率放電時(shí)的額定容量。放電率(hr)123458101224容量（Ah）55065675078885095210001044112810.1.2高倍率放電時(shí)容量下降的原因 放電倍率越高，放電電流密度越大，電流在電極上分布越不均勻，電流優(yōu)先分布在離主體電解液最近的表面上，從而在電極的最外表面優(yōu)先生成PbSO4。PbSO4的體積比PbO2和Pb大，于是放電產(chǎn)物硫酸鉛堵塞多孔電

31、極的孔口，電解液則不能充分供應(yīng)電極內(nèi)部反應(yīng)的需要，電極內(nèi)部物質(zhì)不能得到充分利用，因而高倍率放電時(shí)容量降低。10.1.3 放電電流與電極作用深度關(guān)系在大電流放電時(shí)，活性物質(zhì)沿厚度方向的作用深度有限，電流越大其作用深度越小，活性物質(zhì)被利用的程度越低，電池給出的容量也就越小。電極在低電流密度下放電，i100A/m2時(shí)，活性物質(zhì)的作用深度為310-3m510-3m，這時(shí)多孔電極內(nèi)部表面可充分利用。而當(dāng)電極在高電流密度下放電，i200A/m2時(shí)，活性物質(zhì)的作用深度急劇下降，約為0.1210-3m，活性物質(zhì)深處很少利用，這時(shí)擴(kuò)散已成為限制容量的決定因素。在大電流放電時(shí)，由于極化和內(nèi)阻的存在，電池的端電壓也

32、是低的，電壓降損失增加，使電池端電壓下降快，也影響容量。10.2 溫度對(duì)電池容量的影響環(huán)境溫度對(duì)電池的容量影響較大，隨著環(huán)境溫度的降低容量減小。環(huán)境溫度變化1時(shí)的電池容量變化稱為容量的溫度系數(shù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，如環(huán)境溫度不是25，則需將實(shí)測(cè)容量按以下公式換算成25基準(zhǔn)溫度時(shí)的實(shí)際容量 Ce,其值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。Ce = Ct1+K(t-25)公式中：t是放電時(shí)的環(huán)境溫度K是溫度系數(shù)，10hr 的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K = 0.006V/，3hr 的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K = 0.008V/，1hr 的容量實(shí)驗(yàn)時(shí)K = 0.01V/10.3 閥控鉛酸蓄電池容量的計(jì)算閥控鉛酸蓄電池的實(shí)際容量與放電制度（放電率、溫度、終止電

33、壓）和電池的結(jié)構(gòu)有關(guān)。如果電池是以恒定電流放電，放電至規(guī)定的終止電壓，電池的實(shí)際容量C=放電電流I放電時(shí)間t，單位是Ah。11. 閥控鉛酸蓄電池的失效模式11.1 干涸失效模式從閥控鉛酸蓄電池中排出氫氣、氧氣、水蒸氣、酸霧，都是電池失水的方式和干涸的原因。干涸造成電池失效這一因素是閥控鉛酸蓄電池所特有的。失水的原因有四：氣體再化合的效率低；從電池殼體中滲出水；板柵腐蝕消耗水；自放電損失水。11.1.1 氣體再化合效率氣體再化合效率與選擇浮充電壓關(guān)系很大。電壓選擇過低，雖然氧氣析出少，復(fù)合效率高，但個(gè)別電池會(huì)由于長(zhǎng)期充電不足造成負(fù)極鹽化而失效，使電池壽命縮短。浮充電壓選擇過高，氣體析出量增加，氣

34、體再化合效率低，雖避免樂負(fù)極失效，但安全閥頻繁開啟，失水多，正極板柵也有腐蝕。影響電池壽命。11.1.2 從殼體材料滲透水分各種電池殼體材料的有關(guān)性能見下表。從表中數(shù)據(jù)看出，ABS材料的水蒸氣滲透率較大，但強(qiáng)度好。電池殼體的滲透率，除取決于殼體材料種類、性質(zhì)外，還與其壁厚、殼體內(nèi)外間水蒸氣壓差有關(guān)。 性能材料 數(shù)值水蒸汽相對(duì)滲透率（%）氧相對(duì)滲透率（%）機(jī)械強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度（Mpa）抗沖擊強(qiáng)度（Mpa）ABS16.60.3516.56-64.9770-120PP1.00122.74-34.0310-70PVC4.224.4120.68-34.503-1011.1.3 板柵腐蝕板柵腐蝕也會(huì)造成水分的

35、消耗，其反應(yīng)為：Pb + 2H2O PbO2+ 4H+4e-11.1.4 自放電正極自放電析出的氧氣可以在負(fù)極再化合而不至于失水，但負(fù)極析出的氫在正極被氧化的速度很小，會(huì)在電池累積，從安全閥排出而失水，尤其是在較高溫度下貯存時(shí)，自放電加速。自放電反應(yīng)見4.511.2容量過早損失的失效模式在閥控鉛酸蓄電池中使用了低銻或無銻的板柵合金，早期容量損失常容易在如下條件發(fā)生：不適宜的循環(huán)條件，諸如連續(xù)高速率放電、深放電、充電開始時(shí)低的電流密度；缺乏特殊添加劑如Sb、Sn、 H3PO4；低速率放電時(shí)高的活性物質(zhì)利用率、電解液高度過剩、極板過薄等；活性物質(zhì)視密度過低，裝配壓力過低等。11.3 熱失控的失效模

36、式大多數(shù)電池體系都存在發(fā)熱問題，在閥控鉛酸蓄電池中可能性更大，這是由于：氧再化合過程使電池內(nèi)產(chǎn)生更多的熱量；排出的氣體量小，減少了熱的消散；若閥控鉛酸蓄電池工作環(huán)境溫度過高，或充電設(shè)備電壓失控，則電池充電量會(huì)增加過快，電池內(nèi)部溫度隨之增加，電池散熱不佳，從而產(chǎn)生過熱，電池內(nèi)阻下降，充電電流又進(jìn)一步升高，內(nèi)阻進(jìn)一步降低。如此反復(fù)形成惡性循環(huán)，直到熱失控使電池殼體嚴(yán)重變形、漲裂。為杜絕熱失控的發(fā)生，要采用相應(yīng)的措施：充電設(shè)備應(yīng)有溫度補(bǔ)償功能或限流；嚴(yán)格控制安全閥質(zhì)量，以使電池內(nèi)部氣體正常排出；蓄電池要設(shè)置在通風(fēng)良好的位置，并控制電池溫度。11.4 負(fù)極不可逆硫酸鹽化在正常條件下，鉛蓄電池在放電時(shí)形

37、成硫酸鉛結(jié)晶，在充電時(shí)能較容易地還原為鉛。如果電池的使用和維護(hù)不當(dāng)，例如經(jīng)常處于充電不足或過放電，負(fù)極就會(huì)逐漸形成一種粗大堅(jiān)硬的硫酸鉛，它幾乎不溶解，用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，從而減少了電池容量，甚至成為蓄電池壽命終止的原因，這種現(xiàn)象稱為極板的不可逆硫酸鹽化。為了防止負(fù)極發(fā)生不可逆硫酸鹽化，必須對(duì)蓄電池及時(shí)充電，不可過放電。11.5 板柵腐蝕與長(zhǎng)大在鉛酸蓄電池中，正極板柵比負(fù)極板柵厚，原因之一是在充電時(shí)，特別是在過充電時(shí)，正極板柵要遭到腐蝕，逐漸被氧化成二氧化鉛而失去板柵的作用，為補(bǔ)償其腐蝕量必須加粗加厚正極板柵。所以在實(shí)際運(yùn)行過程中，一定要根據(jù)環(huán)境溫度選擇合適的浮充電壓，浮充電壓

38、過高，除引起水損失加速外，也引起正極板柵腐蝕加速。當(dāng)合金板柵發(fā)生腐蝕時(shí)，產(chǎn)生應(yīng)力，致使極板變形、長(zhǎng)大，從而使極板邊緣間或極板與匯流排頂部短路；而且閥控鉛酸蓄電池的壽命取決于正極板壽命，其設(shè)計(jì)壽命是按正極板柵合金的腐蝕速率進(jìn)行計(jì)算的，正極板柵被腐蝕的越多，電池的剩余容量就越少；電池壽命就越短。12. 閥控鉛酸蓄電池的使用12.1 容量選擇閥控鉛酸蓄電池的額定容量是10小時(shí)率放電容量。電池放電電流過大，則達(dá)不到額定容量。因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)備負(fù)載，電壓大小等因素來選擇合適容量電池。一般計(jì)算如下式：Q = 1.2Pt VK式中：Q 選用的蓄電池容量（Ah） P 使用設(shè)備的功率（W） V 用電設(shè)備的直流標(biāo)稱

39、電壓（V）t 停電后需要使用的時(shí)間（h） K 系數(shù)；t=1-3h，K取0.5；t=3- 5h，K取0.75；t=5- 10h，K取0.85。12.2 充電機(jī)的選擇由于浮充使用和無人值守，要求使用閥控鉛酸蓄電池的充電機(jī)具有如下功能：自動(dòng)穩(wěn)壓自動(dòng)穩(wěn)流恒壓限流高溫報(bào)警波紋系數(shù)不大于5%故障報(bào)警浮充/均充自動(dòng)轉(zhuǎn)換溫度補(bǔ)償12.3 閥控鉛酸蓄電池的安裝12.3.1 安裝方式閥控鉛酸蓄電池有高形和矮形兩種設(shè)計(jì)，高形設(shè)計(jì)的電池體積（高度）、重量大、濃差極化大，影響電池性能，最好臥式放置。矮形電池可立放、也可臥放工作。安裝方式要根據(jù)工作場(chǎng)地與設(shè)施而定。12.3.2 連接方式及導(dǎo)線考慮1000Ah以上大電池大部

40、分均用500 Ah1000Ah并聯(lián)而成，連接線使用多，要貫徹 “多串少并，先串后并”原則。華達(dá)目前最大單體為1500 Ah。12.3.2.2 連接導(dǎo)線一般要求電池間連接導(dǎo)線電壓降（兩極柱根部測(cè)量）在1h率大電流放電時(shí)為10mV。連接導(dǎo)線有材質(zhì)（電阻率）、長(zhǎng)度和截面三個(gè)因素，當(dāng)選材電阻率、長(zhǎng)度（安裝位置）固定后，截面積可參考下式計(jì)算：Se = IL 10式中：Se 連接線截面積 I 1h率放電電流 金屬電阻率 L 連線長(zhǎng)度（兩極柱中心距）12.3.2.3 注意事項(xiàng)不能將容量、性能和新舊程度不同的電池連在一起使用。連接螺絲必須擰緊，臟污和松散的連接會(huì)引起電池打火爆炸，因此要仔細(xì)檢查。安裝末端連接線

41、和導(dǎo)通電池系統(tǒng)前，應(yīng)再次檢查系統(tǒng)的總電壓和極性連接，以保證正確接線。由于電池組電壓較高，存在著電擊的危險(xiǎn)，因此裝卸、連接時(shí)應(yīng)使用絕緣工具與防護(hù)，防止短路。電池不要安裝在密閉的設(shè)備和房間內(nèi)，應(yīng)有良好通風(fēng)，最好安裝空調(diào)。電池要遠(yuǎn)離熱源和易產(chǎn)生火花的地方；要避免陽光直射。12.4 運(yùn)行充電12.4.1 補(bǔ)充充電與容量試驗(yàn)閥控鉛酸蓄電池是荷電出廠，由于自放電等原因，投入運(yùn)行前要作補(bǔ)充充電和一次容量試驗(yàn)。補(bǔ)充充電應(yīng)按廠家使用說明書進(jìn)行，各生產(chǎn)廠并不完全一致。補(bǔ)充充電有兩種方法：限流限壓（恒流恒壓）。即先限定電流，將充電電流限制在0.25 C10以下（一般用0.1 C100.2 C10）充電，待電池端電壓

42、上升到2.352.40V時(shí)，立即以2.352.40V電壓改為限壓連續(xù)充電，在充電電流降到0.006C10以下3小時(shí)不變，即認(rèn)為充足電（充電完畢）。恒壓限流充電。在2.302.35V電壓下充電，同時(shí)充電電流不超過0.25 C10，直到充電電流降到0.006 C10以下3小時(shí)不變，就認(rèn)為電池充足。補(bǔ)充充電后，進(jìn)行一次10h率容量檢查。12.4.2浮充充電12.4.2.1 浮充工作閥控鉛酸蓄電池在現(xiàn)場(chǎng)的工作方式主要是浮充工作制，浮充工作制是在使用中將蓄電池組和整流器設(shè)備并接在負(fù)載回路作為支持負(fù)載工作的唯一后備電源，如下圖所示。浮充工作的特點(diǎn)是，一般說電池組平時(shí)并不放電，負(fù)載的電流全部由整流器供給。當(dāng)

43、然實(shí)際運(yùn)行中電池有局部放電以及負(fù)載的意外突然增大而放電。12.4.2.2 浮充充電作用蓄電池組在浮充工作制中有兩個(gè)主要作用：當(dāng)市電中斷或整流器發(fā)生故障時(shí)，蓄電池組即可擔(dān)負(fù)起對(duì)負(fù)載單獨(dú)供電任務(wù)，以確保通訊不中斷；起平滑濾波作用。電池組與電容器一樣，具有充放電作用，因而對(duì)交流成分有旁路作用。這樣，送至負(fù)載的脈動(dòng)成分進(jìn)一步減少，從而保證了負(fù)載設(shè)備對(duì)電壓的要求。12.4.2.3 浮充電壓的選擇浮充電流足以補(bǔ)償電池的自放電損失；當(dāng)蓄電池放電后，能依靠浮充電很快地補(bǔ)充損失的電量，以備下一次放電。選擇在該充電電壓下，電池極板生成的PbO2較為致密，以保護(hù)板柵不致于很快腐蝕。盡量減少O2與H2析出，并減少負(fù)極鹽化。12.4.2.4 浮充電壓的選擇浮充電壓的選擇還要考慮其它的影響因素：電解液濃度對(duì)浮充電壓的影響；板柵合金對(duì)浮充電壓的影響。根據(jù)浮充電壓選擇原則與各種因素對(duì)浮充電壓的影響，國外一般選擇稍高的浮