免维护铅酸蓄电池的的基本知识.doc

免维护铅酸蓄电池的的基本知识人们常说的免维护蓄电池正规名称叫做阀控式密封铅酸蓄电池。阀控式密封铅酸蓄电池从外表看，有外壳、阀盖、接线端子。接线端子周边的密封材料分别用红色和黑色(或者蓝色)来表明正极和负极。 12V的电池内部分为6个独立的相互隔绝的单格，每个单格内有用各自的汇流导体连接的正极板群和负极板群。铅酸蓄电池的极板犹如钢筋水泥的结构，是在合金丝的筛网状的骨架上涂敷（或者轧制）活性物质形成的：正极板上的物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的物质是绒状铅（Pb）。每一个正、负极板之间都隔着多孔的超细纤维物质（也有使用二氧化硅胶物质填充的），其中吸附着硫酸（H2SO4）电解液，这个纤维物质（或硅胶物质）是电化学反应过程中液相传输和气相传输的通道，它和正、负极板群被紧密地装配在一起，形成一个2V的电池单体。由于铅酸蓄电池在充电时极板不可避免的会产生氢气和氧气，当它们产生的过多并且来不及化和成水的时候就会在单格内形成压力。为了保证蓄电池正常安全的工作，每个单格都设有自己的溢气阀，当压力过量时让气体自动逸出。相对于电池槽里装满电解液体的富液电池而言，阀控式密封铅酸蓄电池内部只蕴含着很少的电解液，属于贫液电池。尽管如此，由于设计时电解液有一定的冗余，并且在溢气阀压力的保护下只要使用合理，由气体逸出造成的水损失极小，以至阀控蓄电池的电解液在寿命过程中基本不用补充，因此阀控式密封铅酸蓄电池也被称为免维护蓄电池。蓄电池的电压多少伏算正常？人们常说：这个蓄电池电压是12V的。这里所说的12V是指蓄电池的最基本参数标称电势（单位V）。一个铅酸蓄电池单格标称电势为2V，由6个单格串连起来的蓄电池标称电势就是12V。电动车使用的电源一般都是用2到5个12V的蓄电池串连组成24V、36V、48V、60V电池组，这里都是指蓄电池组的标称电势，它是由蓄电池所采用活性物质的特性决定的理论值。实际上，不同的状况下蓄电池的电压和标称电势存在差异。比如：一个标称电势为12V的正常的铅酸蓄电池在充电过程的末期，充电极化达到最大值，电压可以达到14.4V或更高一点；在放电将终了时，放电极化达到最大值，电压可以低到9V左右。而充电或者放电停止并且静置数小时后，极化电压（浓度极化）完全消失，这个12V的蓄电池的电势可以在13.8V（充满后）至11V（放完后）之间，此时的差异是蓄电池内部的活性物质状态的改变造成的。电池容量（Ah）的含义是什么？蓄电池的额定容量C，单位安时（Ah），它是放电电流安（A）和放电时间小时（h）的乘积。由于对同一个电池采用不同的放电参数所得出的Ah是不同的，为了便于对电池容量进行描述、测量和比较，必须事先设定统一的条件。实践中，电池容量被定义为：用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是：用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积。为了设定统一的条件，首先根据电池构造特征和用途的差异，设定了若干个放电时率，最常见的有20小时、10小时时率、电动车专用电池为2小时率，写做C20、C10和C2，其中C代表电池容量，后面跟随的数字表示该类电池以某种强度的电流放电到设定电压的小时数。于是，用容量除小时数即得出额定放电电流。也就是说，容量相同而放电时率不同的电池，它们的标称放电电流却相差甚远。比如，一个电动自行车用的电池容量10Ah、放电时率为2小时，写做10Ah2，它的额定放电电流为10（Ah）/ 2（h）=5A；而一个汽车启动用的电池容量为54Ah、放电时率为20小时，写做54Ah20，它的额定放电电流仅为54（Ah）/ 20（h）=2.7A！换一个角度讲，这两种电池如果分别用5A和2.7A的电流放电，则应该分别能持续2小时和20小时才下降到设定的电压。上述所谓设定的电压是指终止电压（单位V）。终止电压可以简单的理解为：放电时电池电压下降到不至于造成损坏的最低限度值。终止电压值不是固定不变的，它随着放电电流的增大而降低，同一个蓄电池放电电流越大，终止电压可以越低，反之应该越高。也就是说，大电流放电时容许蓄电池电压下降到较低的值，而小电流放电就不行，否则会造成损害。电池在工作中的电流强度还常常使用倍率来表示，写做NCh 。N是一个倍数，C代表容量的安时数，h 表示放电时率规定的小时数。在这里h的数值仅作为提示相关电池是属于那种放电时率，所以在具体描述某个时率的电池时，倍率常常写成NC的形式而不写下标。倍数N乘以容量C就等于电流A。比如20Ah电池采用0.5C倍率放电，0.520=10A。换一个角度举例：某汽车启动蓄电池容量54Ah，测得输出电流为5.4A，那么它此时的放电倍率N为5.4 / 54=0.1C 。铅酸蓄电池的工作原理1、 铅酸蓄电池电动势的产生铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质-氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb4）留在正极板上，故正极板上缺少电子铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。2、 铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板的铅离子（Pb4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb2），与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H）反应，生成稳定物质水。电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。3、 铅酸蓄电池充电过程的电化反应充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb2）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb4），并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb2）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H）和硫酸根离子（SO4-2），负极不断产生硫酸根离子（SO4-2），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。 4、 铅酸蓄电池充放电后电解液的变化从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。 免维护铅酸蓄电池的使用与维护近年来，随着电力系统两网改造的深入，使用开关电源技术制造的高频开关电源和免维护铅酸蓄电池有了较广泛的应用。但由于运行经验不足，对直流电源尤其是蓄电池的维护不到位，使得直流电源的可靠性得不到有效保证。（1） 存在问题 2001年8月，系统某110kV变电所发生火灾，高压室严重烧毁。事后调查发现，当交流失压后，二次系统失去电源，保护装置无法动作，后经检查直流电源系统，发现有8只蓄电池的端电压几乎为零，这8只蓄电池内阻很大，直流无法输出，使事故扩大。直流电源装置中的关键设备是蓄电池组，事故暴露出运行人员在直流电源，尤其是蓄电池维护方面知识的欠缺，错误地认为免维护蓄电池就不必维护，因而没有定期对蓄电池进行均衡充电，使电池一直工作在浮充状态，单体电池的