電池：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)提供直流電能的電化學(xué)裝置

• 一次電池：不可充電，如鋅錳、堿性、鋰電池

• 二次電池：可充電，如鉛酸、鎳氫、鋰離子電池

什么是鉛酸電池

什么是鉛酸電池

定義:鉛酸蓄電池是指正負(fù)極活性物質(zhì)分別是鉛和二氧化鉛、由硫酸水溶液做電解液的二次電池。

鉛酸蓄電池的發(fā)展史

• 1860年 普蘭特 發(fā)明了鉛酸電池
• 1881年 福萊和布魯希 發(fā)明了涂膏極板
• 1881年 賽隆 研制成功鉛銻合金板柵骨架
• 1898年 裴利帕特 發(fā)明管式極板
• 1937年 霍爾 用玻璃絲管改進(jìn)了管式極板
• 20世紀(jì)50年代閥控鉛酸電池誕生: 1957年   英國(guó)一家公司開(kāi)發(fā)出再化合免維護(hù)式汽車(chē)電池，德國(guó)陽(yáng)光制成膠體工業(yè)電池，日本發(fā)明陰極吸收式技術(shù)，制成小型密封電池
• 20世紀(jì)70年代 美國(guó)蓋茨公司把玻璃纖維隔板(AGM隔板）應(yīng)用于密封鉛酸電池
• 80年代，閥控式密封鉛酸蓄電池得到快速發(fā)展，為了世界程控?cái)?shù)字通訊的需要，日本湯淺 、美國(guó)GNB  、德國(guó)的陽(yáng)光都推出了大型電池。

閥控式密封鉛酸蓄電池介紹

閥控式鉛酸蓄電池廣泛使用的一種鉛酸蓄電池，主要特點(diǎn)是：

1. 電解質(zhì)吸附于AGM隔板中或者變成膠體狀態(tài)，內(nèi)部無(wú)游離酸
2. 每個(gè)單體有一個(gè)安全閥，大部分時(shí)間處于密封狀態(tài)，內(nèi)壓過(guò)大時(shí)開(kāi)閥排氣降壓

• 1938年Dassler提出的氣體復(fù)合原理是VRLA的理論基礎(chǔ)
• 1957年德國(guó)陽(yáng)光公司的膠體(GEL)技術(shù)和1971年美國(guó)Gates公司的AGM技術(shù)是VRLA的實(shí)踐基礎(chǔ)
• 目前主要有AGM技術(shù)和GEL技術(shù)兩種

閥控式密封鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu)

電池由外殼、正極、負(fù)極、端子、隔板等組成

正負(fù)極板

1. 正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO₂）
2. 負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛（Pb），閥控式密封蓄電池的極板大多為涂膏式，這種極板是在板柵上敷涂由活性物質(zhì)和添加劑制成的鉛膏，經(jīng)過(guò)固化、化成等工藝過(guò)程而制成。

隔板

1. 閥控式鉛酸蓄電池中的隔板材料普遍采用超細(xì)玻璃纖維。
2. 隔板與極板緊密保持接觸。它的主要作用有：

• 吸收電解液；
• 提供正極析出的氧氣向負(fù)極擴(kuò)散的通道；
• 防止正、負(fù)極短路。

電解液

1. 鉛蓄電池的電解液是用純凈的濃硫酸與純水配置而成。
2. 它與正極和負(fù)極上活性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能和電能之間的轉(zhuǎn)換。
3. 電池中一般加入硫酸比例為1.25-13.35g/ml

安全閥

一種自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉的排氣閥，具有單向性，內(nèi)有防酸霧墊。只允許電池內(nèi)氣壓超過(guò)一定值時(shí)，釋放出多余氣體后自動(dòng)關(guān)閉，保持電池內(nèi)部壓力在最佳范圍內(nèi)。

殼體

• 材料應(yīng)滿(mǎn)足耐酸腐蝕，抗氧化，機(jī)械強(qiáng)度好，硬度大，水氣蒸發(fā)泄漏小，氧氣擴(kuò)散滲透小等要求。
• 一般采用改良型塑料：如 PP、PVC、ABS 等材料。
• 2V是1個(gè)單格,6V有3個(gè)單格，12V有6個(gè)單格。

閥控式鉛酸蓄電池的命名及術(shù)語(yǔ)和符號(hào)的介紹

電池命名

我國(guó)需電池產(chǎn)品型號(hào)，蓄電池行業(yè)命名原則由四部分組成：

• A:蓄電池用途；
• B:正極板結(jié)構(gòu)；
• C：蓄電池特性；
• D:電池額定容量。

通常代號(hào)字母的含義如下：

• G—固定式
• Q—起動(dòng)型
• A—干荷式
• M — 密封式
• D —電力牽引，電動(dòng)車(chē)用
• T —鐵路客車(chē)用

電池術(shù)語(yǔ)

1. 開(kāi)路電壓

電池不充放電時(shí)，電池兩極之間的電位差被稱(chēng)為開(kāi)路電壓。電池的開(kāi)路電壓，會(huì)依電池正、負(fù)極與電解液的材料而異，如果電池正、負(fù)極的材料  完全一樣，那么不管電池體積有多大，幾何結(jié)構(gòu)如何變化，其開(kāi)路電壓都一樣的。

2. 放電電流

電池在連接用電器或帶載時(shí)產(chǎn)生的電流叫放電電流。

3. 電池內(nèi)阻

電流流過(guò)電池內(nèi)部所受到的阻力稱(chēng)之內(nèi)阻，它包括歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻，電池的內(nèi)阻很小，一般用微歐或者毫歐為單位。在一般的測(cè)量場(chǎng)合，要求電池的內(nèi)阻測(cè)量精度誤差必須控制在正負(fù)5%以?xún)?nèi)，所以必須用專(zhuān)用儀器來(lái)進(jìn)行測(cè)量。不同類(lèi)型的電池內(nèi)阻不同。相同類(lèi)型的電池，由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致，內(nèi)阻也不一樣。內(nèi)阻是衡量電池性能的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。正常情況下，內(nèi)阻小的電池的大電流放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。

4. 放電終止電壓

指電池放電時(shí)，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值。根據(jù)不同的電池類(lèi)型及不同的放電條件，對(duì)電池的容量和壽命的要求也不同，因此規(guī)定的電池放電的終止電壓也不相同。

5. 電池容量

電池在放電期間釋放出能量，放出能量的大小用容量來(lái)標(biāo)示。

電池容量是電池性能的重要性能指標(biāo)之一，它表示在一定條件下（放電率、溫度、終止電壓等）電池放出的電量，即電池的容量，通常以安培、小時(shí)為單位（簡(jiǎn)稱(chēng)AH）。

6. 恒流充電

電流維持在恒定值的充電叫做恒流充電。這是廣泛采用的一種充電方法。蓄電池的初充電，運(yùn)行中的蓄電池的容量檢查，運(yùn)行中的牽引蓄電池的充電以及蓄電池極板的化成充電，多采用恒流或分階段恒流充電。

此法的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)蓄電池的容量確定充電電流值，直接計(jì)算充電量并確定充電完成的時(shí)間。

7. 恒壓充電

蓄電池兩極間的電壓維持在恒定值的充電方式。這也是廣泛采用的一種充電方法。電信裝置、不間斷電源(UPS)等的蓄電池的浮充電和涓流充電都是恒壓充電。起動(dòng)用蓄電池在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)也處于近似的恒壓充電的情況。

其優(yōu)點(diǎn)是隨著蓄電池的荷電狀態(tài)的變化，自動(dòng)調(diào)整充電電流，如果規(guī)定的電壓恒定值適宜，就既能保證蓄電池的完全充電，又能盡量減少析氣和失水。

8. 浮充電

將蓄電池和充電裝置并聯(lián)，負(fù)荷由充電裝置供給，同時(shí)以較小的電流向蓄電池充電，使蓄電池經(jīng)常處于滿(mǎn)充電狀態(tài)。一種連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間的恒電壓充電方法。補(bǔ)償蓄電池自放電損失，并能夠在電池放電后較快地使蓄電池恢復(fù)到接近完全充電狀態(tài),又稱(chēng)連續(xù)充電。這種充電方式主要用于電話(huà)交換站、不間斷電源(UPS)及各種備用電源。浮充就是恒壓小電流充電,目的是防止蓄電池自放電, 浮充電就是指將充足電的蓄電池組，與充電設(shè)備列運(yùn)行，浮充電主要由充電設(shè)備供給恒定負(fù)荷，蓄電池平時(shí)不供電，充電設(shè)備以不大的電流來(lái)補(bǔ)充蓄電池的自放電。

9. 均衡充電

為確保蓄電池組中所有單體電池的電壓、電解液比重達(dá)到均勻一致，而采用恒壓充電方式，進(jìn)行的一種延續(xù)充電。所謂均衡充電，就是均衡電池特性的充電，是指在電池的使用過(guò)程中，因?yàn)殡姵氐膫€(gè)體差異、溫度差異等原因造成電池端電壓不平衡，為了避免這種不平衡趨勢(shì)的惡化，需要提高電池組的充電電壓，對(duì)電池進(jìn)行活化充電。均充就是均衡充電，均充電壓一般為2.35V(2V單體電池提高到2.35V左右）。一般是在下列情況下蓄電池需要均衡充電。

• 市電停電后電池釋放的能量超過(guò)總?cè)萘康?5%。- 蓄電池長(zhǎng)期處于浮充狀態(tài)（電網(wǎng)穩(wěn)定，長(zhǎng)期不停電）。
• 電池組中，出現(xiàn)了落后電池，在浮充狀態(tài)下單體電壓低于2.2V，更換新電池后。

符號(hào)介紹

C₁₀—10h率額定容量(Ah)，數(shù)值為1.00C₁₀

C₃—3h率額定容量(Ah)，數(shù)值為0.75C₁₀

C₁—1h率額定容量(Ah)，數(shù)值為0.55C₁₀

C_a—10h率額定容量(Ah)

I₁₀—10h率額定容量(A)，數(shù)值為0.1C₁₀

I₃—10h率額定容量(A)，數(shù)值為0.25C₁₀

I₁—10h率額定容量(A)，數(shù)值為0.55C₁₀

六、閥控式鉛酸蓄電池的特點(diǎn)、工作原理和技術(shù)指標(biāo)

閥控式鉛酸蓄電池的特點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn)：

• A、電池荷電出廠(chǎng)，安裝時(shí)不需要輔助設(shè)備，安裝后即可使用；
• B、在電池整個(gè)使用壽命期間，無(wú)需添加水，調(diào)整酸比重等維護(hù)工作，具有“免維護(hù)”   功能；
• C、不漏液、無(wú)酸霧、不腐蝕設(shè)備，可以和通信設(shè)備安裝在同一房間，節(jié)省了建筑面積 和人力；
• D、采用具有高吸附電解液能力的隔板，化學(xué)穩(wěn)定性好，加上密封閥的配置，可使蓄電 池在不同方位安置；
• E、電池壽命長(zhǎng)，25℃下浮充狀態(tài)使用可達(dá) 10 年以上；
• F、與同容量防酸式蓄電池相比，閥控式密封蓄電池體積小、重量輕、自放電低。
• G、 具備大電流放電性能

缺點(diǎn)：

• A：充電制度嚴(yán)格，
• B：熱管理極其嚴(yán)格，最大充電電壓差距較大，溫度變化需要對(duì)充電電壓進(jìn)行調(diào)整
• C：深循環(huán)壽命低下，
• D：容易造成電池早期容量失損

工作原理

• A、正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO₂ ），負(fù)極板上的活性物質(zhì)為純鉛（Pb）。
• B、電解液由蒸餾水和純硫酸按一定的比例配制而成。
• C、正負(fù)極板上活性物質(zhì)的性質(zhì)不同，當(dāng)兩種極板放置在同一硫酸溶液中時(shí)，各自發(fā)生不同的化學(xué) 反應(yīng)而產(chǎn)生不同的電極電位。
• D、玻璃纖維隔板具有高孔率
• E、化學(xué)反應(yīng)原理圖：如下

放電過(guò)程

負(fù)極：Pb - 2e^- +  = PbSO₄

正極：PbO₂ + 2e^- +   + 4H⁺ = PbSO₄ + 2H₂O

總反應(yīng)：Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ = 2PbSO₄  + 2H₂O

充電過(guò)程
陰極：PbSO₄ + 2e^- = Pb + 

陽(yáng)極：PbSO₄ - 2e^- + 2H₂O = PbO₂ + 4H⁺ + 

總反應(yīng)：2PbSO₄ + 2H₂O = Pb + PbO₂ +  2H₂SO₄

氧氣循環(huán)原理

充電時(shí)部分電量用于電解水；充電容量到80%后，該反應(yīng)加劇氧的復(fù)合反應(yīng)：正極生成的氧氣通過(guò)AGM隔板的孔隙擴(kuò)散到負(fù)極，與鉛反應(yīng)生成氧化鉛，氧化鉛和硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛和水，硫酸鉛經(jīng)充電變成負(fù)極活性物質(zhì)鉛，水則進(jìn)入電解液。

蓄電池在放電過(guò)程的特點(diǎn)

• 正、負(fù)極板上的活性物質(zhì)都不斷轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U（PbSO₄ ）。
• 蓄電池的內(nèi)阻增加。
• 電解液的比重逐漸下降，電動(dòng)勢(shì)逐漸降低。

蓄電池在充電過(guò)程的特點(diǎn)

• 正極板上的硫酸鉛（PbSO₄ ）逐漸變?yōu)槎趸U（PbO₂ ）。負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸變?yōu)楹＞d狀鉛（Pb）。
• 蓄電池的內(nèi)阻降低。
• 電解液的比重逐漸增加，蓄電池的電動(dòng)勢(shì)也逐漸增加。

電池的主要性能指標(biāo)

• 氣密性：蓄電池應(yīng)能承受50KP正壓或負(fù)壓而不破裂，不開(kāi)膠，漏氣，壓力釋放后殼體無(wú)殘余變形。
• 容量 電池在充滿(mǎn)電下，靜置1-24小時(shí)，在25℃環(huán)境下，進(jìn)行放電，10H（10小時(shí)）率，容量應(yīng)達(dá)到C₁₀ ，3H率容量應(yīng)該達(dá)到0.75C₁₀ ，1H率容量應(yīng)該達(dá)到0.55C₁₀。放電終止電壓如下表：

• 大電流放電性能 以30/10（3倍1C)電流放電3秒,極柱不熔斷，內(nèi)部匯流排不熔斷，外觀無(wú)出現(xiàn)異常，局部無(wú)嚴(yán)重發(fā)熱。此項(xiàng)性能可看出電池的連接好壞或出現(xiàn)開(kāi)路，防止電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)爆炸發(fā)生火災(zāi)。

• 容量保存率 蓄電池在25℃環(huán)境下充滿(mǎn)電后，靜置28天后，其容量保存率應(yīng)不低于96%。電池在存放的條件下可看出電池的自放電情況，主要表現(xiàn)在開(kāi)路電壓低，放一段時(shí)間帶載能力低下，電池在靜置狀態(tài)下，有自放電，電存放在一定周期時(shí)需對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充電，以防止電池存放老化。

• 密封反應(yīng)效率 在25℃（±5℃）環(huán)境下蓄電池密封反應(yīng)效率應(yīng)不低于95%。密封發(fā)應(yīng)效率，電池在充電時(shí)產(chǎn)生的氧氣復(fù)合成水的效率， 此項(xiàng)指標(biāo)可看出電池失水狀況，失水會(huì)造成電池容量失損。

• 防酸霧性能 在正常浮充工作過(guò)程中無(wú)酸霧逸出酸霧的逸出，會(huì)導(dǎo)致大氣的污染，和造成設(shè)備的腐蝕。

• 安全閥 安全閥應(yīng)具有自動(dòng)開(kāi)啟和自動(dòng)關(guān)閉的功能，其開(kāi)閥壓力應(yīng)在10kpa-35kpa范圍內(nèi)，  閉閥壓力應(yīng)在3kpa-30kpa范圍內(nèi)，范圍越小越好。開(kāi)閥壓力的均勻一性可影響電池浮充電的均勻性。

• 耐過(guò)充電能力 在完全充電的情況下，在25℃±5℃環(huán)境中，以0.03C10電流在充電160小時(shí)，無(wú)漏 液破裂變形，電池在惡劣充電環(huán)境的承受能力。

• 電池一致性 若干單體組組成一體的組成的一體的組合蓄電池，應(yīng)具備：

• A、開(kāi)路電壓
  電池間電壓最高和最低差值應(yīng)小于2V（20mv) 、6V(50mv) 、12V(100mv)
• B、浮充狀態(tài)電壓
  浮充狀態(tài)下24小時(shí)后，電壓最高和最低的差值應(yīng)小于2V(90mv) 、6V(240mv) 、    12V(480mv)
• C、內(nèi)阻
  同組蓄電池內(nèi)阻偏差應(yīng)不找過(guò)15%
• D、容量一致性
  同組蓄電池10H率容量檢測(cè)，最大實(shí)際容量與最小實(shí)際容量應(yīng)不大于5%。

電池的一致性是電池組的重要參數(shù)，如在浮充狀態(tài)下，有電壓偏高的電池，可以看出電池 處于過(guò)充電狀態(tài)，過(guò)充電會(huì)造成電池內(nèi)部壓力增大，開(kāi)啟安全閥，造成電池失水，同時(shí)加速極板的腐蝕，或鉛膏的脫落，是電池完全損壞。電壓偏低的電池，會(huì)長(zhǎng)期處于欠充狀態(tài)，當(dāng)電池處于欠充電池時(shí)，電池在一次放電時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不可轉(zhuǎn)換的PbSO₄ ,時(shí)間長(zhǎng)了在極板的表面形成阻擋層，影響電池的放電性能。主要表現(xiàn)電池組容量低下。電池在成組使用時(shí)，電池的一致性相當(dāng)重要，特別是多組使用時(shí)。通訊行業(yè)電池標(biāo)準(zhǔn)

• 電池壽命 電池壽命一般稱(chēng)循環(huán)壽命，電池在充電后，進(jìn)行一次放電，形成一次循環(huán)。循環(huán)壽命一次來(lái)表現(xiàn)。

閥控式鉛酸蓄電池壽命的影響因素

放電深度影響

放電深度：放電時(shí)，一定條件下電池放出容量的多少，電池放出的容量多，放電深度約大，電池放出的容量小放電深度就越小。放電深度對(duì)電池壽命影響主要表現(xiàn)在，放電深度越大相對(duì)使用壽命越短，放電深度過(guò)大充電后易造成正極板活性物質(zhì)脫落。

充電電壓影響

充電電壓：通常是設(shè)備的設(shè)定值，如浮充電壓、均充電壓。電池組在充電過(guò)程中，由于本身存在的差異性，也會(huì)出現(xiàn)偏高或偏低現(xiàn)象，當(dāng)電池充電電壓偏低時(shí)，電池在充電狀態(tài)下，會(huì)處于欠充電，欠充電是導(dǎo)致負(fù)極板硫酸鹽化失效的重要原因；當(dāng)電池充電電壓偏高時(shí)，電池充飽電后會(huì)處于過(guò)充電。

過(guò)充電電池內(nèi)部電解液水解，造成電池內(nèi)部失水，正極板柵腐蝕，縮短壽命，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)充電，內(nèi)部失水嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)熱失控，造成電池鼓脹變形，損壞，鉛酸電池在適當(dāng)條件下，進(jìn)行過(guò)充電有利于延長(zhǎng)壽命，均充電是過(guò)充電一種方式，均充電必須有時(shí)間上的要求。

終止電壓影響

指電池放電時(shí)，電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值稱(chēng)為終止電壓。終止電壓的高低直接影響到，鉛酸蓄電池的放電深度，在同等條件下電池終止電壓越高，電池放深度越小，越低放電深度越深。

環(huán)境溫度影響

環(huán)境溫度不僅影響閥控式鉛酸蓄電池的容量，而且在浮充狀態(tài)下影響電池的壽命和存放壽命。當(dāng)電池在溫度偏高時(shí)，電池放電容量會(huì)高于實(shí)際容量，同時(shí)放電的深度也會(huì)增加，反之，低溫是時(shí)放電性能會(huì)變?nèi)酰萘繒?huì)減少。在存放條件下，溫度高自放電大，存儲(chǔ)壽命短，溫度低，自放電小，存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)。在浮充電狀態(tài)下環(huán)境溫度尤其重要，浮充電流隨溫度的增高而增大，環(huán)境溫度每增高10℃,浮充電流會(huì)增加一倍，壽命會(huì)降低一半。

充電電流

電池充電電流大小，范圍0.05C-0.3C，電池小電流充電時(shí)（小于0.05C）會(huì)導(dǎo)致電池充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者充不飽和電，電池很容易造成負(fù)極板硫酸鹽，電池放電后，在沒(méi)有特殊充電方法的情況下，最好在15小時(shí)內(nèi)完全補(bǔ)電，最適合0.1C充電。當(dāng)電流用至0.2C-0.25C時(shí)，屬于對(duì)電池快速充電，電池快速充電很容易造成正極板鉛粉脫落，和板柵損壞，不建議經(jīng)常性使用。

電池放電電流大小，直接影響電池的放電深度，電流小時(shí)間長(zhǎng)電池放電深度就大，電流大放電深度小，電池放電電流超過(guò)3C，很容易造成電池?fù)p壞，如需大電流放電特殊電池，需在選型時(shí)考慮。

電池后備時(shí)間計(jì)算

電池運(yùn)輸保持

• 由于有的電池重量較重，必需注意運(yùn)輸工具的選用，嚴(yán)禁翻滾和摔擲
• 避免蓄電池倒置。
• 搬運(yùn)電池時(shí)不要觸動(dòng)極柱和安全閥。
• 蓄電池為帶液荷電出廠(chǎng)，運(yùn)輸中應(yīng)防止電池短路。
• 電池可在-30～40℃的環(huán)境下存放，電池在存放時(shí)會(huì)產(chǎn)生自放電，對(duì)儲(chǔ)存期的電池，應(yīng)定期充電維護(hù)。
• 電池在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中溫度偏高或通風(fēng)不良會(huì)導(dǎo)致自放電增大，因此應(yīng)保持電池通風(fēng)良好，并使電池遠(yuǎn)離明火、火花、熱源等。
• 存放電池時(shí)，電池應(yīng)該處于完全充電狀態(tài)，存放地干凈，防潮防雨防高溫，通風(fēng)干燥環(huán)境下保存。

蓄電池使用環(huán)境

• 使用環(huán)境溫度范圍：

  AGM電池：可使用在-15～+40℃ 膠體電池：可使用在-20～+40℃ 在此范圍外使用，會(huì)促進(jìn)電池劣化、電池放電能力低下、異常發(fā)熱、破損及變形。(推薦在溫度20-25℃之間使用，電池壽命最長(zhǎng))

• 附近無(wú)明火、火花、熱源等；

• 避開(kāi)熱源和陽(yáng)光直射的場(chǎng)所；

• 避開(kāi)潮濕、可能浸水場(chǎng)所，

• 避開(kāi)完全密閉場(chǎng)所。