胶体蓄电池的应用特点和使用教育课件

1、胶体蓄电池的应用特点和使用 内容简介 胶体蓄电池简介.2V胶体蓄电池结构及特性.12 V胶体蓄电池结构特性.胶体阀控电池的失效模式 和使用维护.一、胶体阀控蓄电池简介 当代在工业电池领域广泛使用的两种阀控铅酸电池。 一种阀控电池技术称为AGM，在这种电池内，电解液不是通过胶体化，而是将电解液通过吸附到玻璃纤维毡隔膜内实现固化。 另一种是采用胶体电解液技术，电解液是以胶状形式存在正，负极板和隔板之间。同时，正负极 板材料活性物质及产品结构上有很多变化，具有AGM电池无法取代的优点。 阀控密封胶体蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别 负极材料具有较高析氢电位,一般负板栅中无锑，通常采用含钙的铅合金。 正负

2、间存在透气通道,实现氧的再化合。 单向排气阀取代排气阀。 电池中电解液为胶状形式。胶体阀控蓄电池的特点具有较长的浮充或循环使用寿命具有较大热容,高温循环使用有较高的可靠性有很高的充电效率在同条件下比AGM电池提高25-30%在欠充电状态循环时,能保持很长的寿命深放电循环时,有较好的再充电恢复能力优秀的小电流放电能力和恒功率放电平稳可靠有良好的大电流冲击放电能力固体的电解质无泄露，更环保GFMJ系列胶体蓄电池在充放电过程中产生如下反应： PbPbO22H2SO4 2Pb SO42H2O电池在充电后期或过充电情况下，正极析出氧气，负极析出氢气。负板栅采用了高纯度的铅钙合金板栅，提高了负极析氢过电位

3、，抑制了氢气的析出。电池采用了独特的胶体电解质技术，电池内的硅凝胶为三维多孔结构，经时效后存在许多细小裂缝（气体通道），在充电期间正极析出的氧气通过这些裂缝到达负极，与负极板上的海绵状铅发生反应复合成水又重新回到系统中，几乎没有水的损失。胶体阀控蓄电池充放电工作原理充电放电胶体阀控蓄电池内氧的循环方式第一步：充电后期或过充电情况下，水在正极分解，并析出氧气： H2O2H1/2O22e第二步：正极析出的氧气通过胶体的缝 隙扩散到负极，并同负极的海绵状铅及硫酸发生反应，重新化和回到系统中：O22H2SO42Pb = 2Pb SO42H2O第三步：负极生成的硫酸铅在电池充电过程中生成铅和硫酸，参加充

4、电反应： PbSO42H2ePbH2SO4双登胶体阀控蓄电池的种类和执行标准蓄电池种类名称蓄电池的规格 执行标准2V胶体阀控备用电源从200Ah3000Ah共17个规格 产品按德国工业标准DIN40742标准设计； 产品性能满足DIN43539T5标准。同时满足IEC60896-21和22 标准及国内各行业标准要求。12V胶体阀控备用电源从50Ah200Ah共8个规格.(符合美国80Ah,90Ah2个规格)狭长110Ah200Ah,共3个规格. 还有12V管式100Ah规格(共12个)产品按德国工业标准DIN 43534标准设计；产品性能满足 DIN43539-T5 ； 同时满足IEC6089

5、6-21和22标准及国内各行业标准要求。二、2V固定型胶体阀控蓄电池双登牌2V阀控密封胶体蓄电池 2V胶体蓄电池主要部件结构特点正极板 2V胶体电池正极板管式结构； 骨架材料选用铅锡多元合金； 生产工艺采用高压压铸成型， 耐腐寿命 20年。管式正极板正极板构成 管式正极板生产制造过程图片骨架压铸切断骨架 自动套管 插入挤膏 正极板骨架结构形式19根芯条的骨架负极板结构形式和特点 采用偏中极耳和竖筋条放射状设计 材料选用铅钙锡多元合金,析氢电位较高负板栅 负极板 隔板：采用欧洲AMER-SIL公司的胶体电池专用微孔PVC-SiO2隔板，其隔板孔率大，电阻低。 进口阿莫-西尔公司PVC-SiO2隔

6、板其它主要部件和原材料安全阀 采用德国技术帽式阀开闭阀压力恒定可性高。电池槽、盖为ABS材料。 帽式安全阀 胶体电解质：特殊的制作工艺和配方，主要原料为进口高纯度气相二氧化硅（SiO2）。胶体电解质使用的材料（SiO2）。配制成待灌入电池内的胶液 胶体电解质的特性 电池注入胶液后，电池内的胶液逐渐凝胶，胶液的体系结构形成以大量的SiO2质点做骨架的三维多孔网状结构。它由液相和固相组成。液相，它存在于极板活性物质和隔板孔内；固相，它存在于极板之间和极板与隔板的孔隙。这种结构不稳定而发生的骨架收缩，使凝胶容易出现不规则的裂缝，电池中及电池之间氧传输的所需的气体通道结构不均一，使各单体电池和电池内不

7、同点氧的扩散速度存在差异。使用初期胶体电池的气体再化合效率较低仅在50-80%范围，电池在均充和浮充使用中出现水的损耗，直接影响胶体电池中正，负极板电极电位。在浮充运行中电池组之间各个电池内胶体电解质出现裂缝的先后和通道结构的大小，使电池之间出现浮充压差的不均一，出现裂缝晚或通道结构小的电池浮充电压偏高，电池排气量多。 随着胶体电池投入使用时间的逐步延伸，（3-6月）胶体电池内的胶体电解质随着少量水分的消耗，使电解质内的体系逐步发生变化，骨架的体系发生收缩，胶液逐渐产生大量的裂纹，（横向和纵向）也称为“时效”。电解质经过时效后，很多裂纹穿插于正、负极板之间，提供了氧气自正极达到负极的气体通道，

8、这种通道的逐步形成使离子扩散的速度加大，同时阻力也逐渐减小，此时，电池的内阻降低。电池的气体再化合效率逐步上升，达到95%以上。 胶体电解液经时效后（氧的循环体系形成）胶体电池随着使用时间电解液龟裂变化图 电池使用180天后 电池使用60天后 电池刚投入使用初期 胶体电池的时效和气体反应效率2V固定型胶体电池结构剖图.2V胶体电池与2VAGM电池的主要区别 胶体电池 AGM电池电解液量的设计D1.24gcm3,富液量，电解液不分层，PVCSiO2隔板D1.301.32gcm3,贫液量，使用中电液有分层(立式摆放明显)。玻毡隔膜正极板 管式，压铸成型，骨架结晶致密，有较高高的耐腐性。 平板式。重

9、力浇铸成型。耐热失控非紧装配，槽中空间较大，热容大，散热性好，无热失控。必须紧装配，槽内热容小，易发生热失控。浮充电浮充电压Vf2.23V，浮充电流小，在0.080.28mAAh.浮充电压Vf2.252.27V，浮充电流在在0.20.7mAAh.气体反应效率需经时效胶体电液中形成氧穿透裂隙后开始，初期效率较低氧的穿透是直接通过隔膜中的自由孔，开始时效率较高。充电接受能力深放电恢复能力，以0.55C10A放电，以2.3V恒压限流1.0I10A充9h容量95%，充10 h 100%用同容量电池做平行试验表明，充电达13 h 后C10容量95%。 胶体电池 AGM电池电池组电压一致性开路电压20mv

10、.浮充时电池间压差不大于50 mv.电池使用前期浮充压差不大于50 mv.后期电池间压差波动。预期寿命浮充运行大于15年（20）循环寿命60%深度放电1500次，80%深度放电800次，浮充运行寿命68年。. 2V胶体电池不同放电率放电曲线.2V胶体电池与2VAGM电池浮充状态下失水对比(胶体500Ah和AGM500Ah在常温下以2.23V和2.25V浮充60周累计失水量.胶体电池 60克, AGM电池126克). 2V胶体电池浮充寿命和循环寿命 2V系列胶体电池用于浮充的寿命大于15年和良好的循环寿命是基于下述理由:管式极板结构,总厚度是9.6mm;高压压铸成型的正骨架及管式正极板，活性物质

11、包容管内;足够的酸量和较少的失水.均充状态两种电池的循环能力的比较AGM2V 500Ah胶体2V 500Ah循环次数电池组放电时间与首次容量比（%）循环次数电池组放电时间与首次容量比（%） 1 5 10 15 20 25 30 34 11:2011:3611:3010:5910:259:519:199:02100102.35101.4796.9191.9186.9182.2179.71 1 10 20 30 40 50100 15020025034710:5710:089:519:479:489:409:339:259:038:378:0710092.5489.9589.3589.5088.2

12、887.185.983.578.774.1试验方法(中国移动循环)1、10小时率至终压10.80V/组; 2、恒压2.35V/只，限流2I10充电16h ;3、当10小时率容量低于首次容量的80%时试验结束。从社会效益上看:电池剩余容量达82%时胶体电池200次，AGM电池为30次。胶体电池是AGM电池的7倍以上。按浮充使用年限，胶体电池为AGM电池22.5倍。按2倍计算：50万组全国都选用AGM电池6年8.33万组年，以500Ah为例（30kg)，年需更换电池总重为： 8.33万组24只30kg5.9万吨，(每年的更换费用也是一笔不小的支出)处理5.9万吨电池耗电：100KWhT590005

13、900000KWh处理5.9万吨电池耗煤；130kg T 590007670 T 胶体电池12年4.17万组年，以500Ah为例（40kg) 4.17万组24只40kg4万吨处理4万吨电池耗电：100KWhT400004000000KWh处理4万吨电池耗煤；130kg T 400005200T 使用胶体电池全国可节省旧电池处理耗电1900000KWh，耗煤2470T。同时冶炼过程排放铅尘、铅蒸气及二氧化硫污染物等 相应减少。2V胶体电池与2VAGM电池在相同条件下充电效率对比根据中国移动均充循环方法进行的GFMJ-500和GFM-500电池充电接受能力对比，电池过程放电10小时30分。GFMJ

14、-500在充电10小时时电流为2.88mA/Ah,已经充足电；GFM-500在充电10小时时电流为8.4mA/Ah。两种电池在不同限流值时恒压充电试验(试验方法;先以0.1C10放电到1.80V/单体.然后,分别以限流0.1C10、0.15C10，恒压2.35V/单体充电。当充电到设定的恒压值2.35V/单体时,再继续充电10h结束)充电电流（A）0.10 C100.15 C10电池类别胶体500AGM500胶体500AGM500首次放出容量Ca （Ah）500.9578.3 496.4581.6 达到设定的恒压值时的充电时间9h04min8h56min5h44min5h52min充入的电量C

15、b（Ah）453.4 447.2 430.9 441.1 CbCa （%）90.5277.3386.8175.84 到恒压值后再充10h充入的电量（Ah）76.90141.795.40160.0充入的总电量（Ah）530.3588.9526.3601.1总入总出（%）105.87101.83106.02103.35两种蓄电池节能减排分析项目AGM500电池组均充后期项目AGM电池组浮充初期(第一年)胶体电池组浮充初期(第一年)多充时间6h均浮充电流5.25mA/Ah2.1mA/Ah6h内平均均充电流2.275A浮充天数350天/年350天/年一年均充以10次计电池组天耗电5.25*500*48

16、*24=3KWh2.1*500*48*24=1.21KWh耗电量2.275*48*6*10=6.552KWh年耗电3*350=1050KWh 1.21*350=423.5KWh 全国组数以500000组计全国组数以500000组计以500000组计总耗电量3276000KW/年总耗电量525000000KWh211750000KWh煤电厂排放CO2量0.000989T/KWh/年排放CO2量529225T 209421T 排放CO2量 3240T差值 319804 T 胶体电池在不同放电率放电后再充电的时间下表是3000Ah电池不同放电率放电后再充电的时间。 充电方法是以1I10A充至2.4V

17、，再以恒压2.4V限流0.5I10A充至放电量的100。.双登2V胶体电池与国外品牌长时率放电对比从C100的测试数据看，双登GFMJ比德国阳光A600系列要高处4.210，平均高出7。 双登胶体3000Ah电池与国外品牌同型号电池恒功率放电比较（终止电压1.75V）三、12V胶体阀控蓄电池12V前端子狭长胶体电池 12V管式胶体电池 12V胶体电池 12V胶体电池(美标尺寸、12V胶体电池局部解剖图 电池单隔间对焊12V胶体阀控电池正、负极板和板栅结构板栅选用铅钙锡合金，板栅耐腐性好，负极析氢电位高。板栅筋条放射状，极耳偏中设计。优选的铅膏配方设计。12V胶体阀控电池隔板的选择PVCSiO2

18、隔板采用进口胶体电池专用复合隔板。隔板孔率高，电阻低，电池内阻小。12V胶体电池与12VAGM电池不同使用特性的对比高温(50C)条件下循环时的容量对比AGM 12V100Ah胶体 12V100Ah循环次数放电时间循环次数放电时间1510152025295:214:414:133:453:283:152:46 10 20 50100150 200250300340350 5:42 4:19 4:08 4:17 4:07 4:15 4:20 4:17 4:03 3:40 3:05试验方法:(中达电通) 50以2I10A放电到1.75V/单体,然后以恒压2.275V/单体,限流2I10A充14h为

19、一个循环.当放电3h时终止(试品12V胶体100Ah)(12VAGM100Ah)欠充状态下的循环能力的比较AGM 12V100Ah胶体 12V100Ah循环次数放电时间循环次数放电时间首次 2 3 4 510152030508011011512: 5012: 1111: 3011: 0010: 25 9:00 8;19 7:35 6:59 6:15 5: 53 5:30 5:0505.9.26 2 3 4 510 1520305011020030006.7.238706.9.1541506.10.747006.11.2055007.1.18 10:23 10:30 10:29 10:29 10

20、:28 10:30 10:27 10:31 10:40 10:40 10:45 10:38 10:00 9:01 8:00 7:00 6:34 试验方法:(华为均充) 10h率放到1.80V/单格,限流1.5I10恒压2.35V充10h为一循环,放电5h终止循环.过欠充状态两种电池的循环能力的比较AMG12V100Ah胶体12V100Ah循环次数电池组放电时间循环次数电池组放电时间初始05.10.23 1 5 10 15 20 25 3105.11.14 11:24 7:52 7:26 6:57 6:24 6:02 5:37 5:08 初始05.9.27 1 10 50 100 200 300

21、 325 348 45206.9.2 10:22 7:45 7:49 7:49 7:46 7:45 7:30 7:00 6:01 5:28试验方法(华为浮充循环)用10小时率放电到1.80V/单格,终止;限流1I10A恒压2.23V/单格,充10h为一个循环,放电5h终止循环.(四只电池串联)AGM 12V100Ah和胶体12V100Ah过放电状态比较放C10至1.80V/cell的时间继续放至1.0V/cell的时间和每一分钟后的端电压及与前一分钟相比的电压降6-GFM100(AGM)6-GFMJ100(胶体)AGM12V100Ah胶体12V100Ah首次11h08(111.3Ah)首次10

22、h28分(104.7Ah)放电时间(分)端电压(V)电压降(mv)放电时间(分)端电压(V)电压降(mv) 1 2 3 4 5 10 15 171.7911.7741.7321.6751.6321.4861.1871.0201117425743357089 1 2 3 5 10 15 20 30 40 50 521.7971.7941.7911.7831.7641.7401.7171.6721.4651.0801.004 3 3 3 4 4 5 4 6 31 41 67C10放至终止电压1.80V/单格后,如继续深放,电池将出现严重不稳定状态(可观查AGM电池的电压降),胶体电池要稳定些胶体电

23、池50I10A连续10次冲击放电放电次数放前电压放后电压每次电压降结 论12345678910 13.361V 13.037V 13.009V 12.986V 12.965V 12,949V 12.935V 12.919V 12.905V 12.891V 9.935V 9.879V 9.815V 9.758V 9.704V 9.653V 9.603V 9.555V 9.504V 9.458V 0.056V 0.064V 0.057V 0.054V 0.051V 0.050V 0.048V 0.051V 0.046V第10次后9.0V将充满电的12V200Ah胶体电池以1000A放电10S，静止

24、60S；连续10次冲击放电，第10次后要求9.0V。AGM电池用50I10A连续10次冲击放电放电次数放前电压放后电压每次电压降结论 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13.325V 12.931V 12.913V 12.893V 12.875V 12.855V 12.835V 12.815V 12.794V 12.774V 9.461V 9.309V 9.163V 9.011V 8.870V 8.726V 8.552V 8.297V 7.848V 6.888V 0.152V 0.146V 0.152V 0.141V 0.144V 0.174V 0.255V 0.551V 0.960V

25、第5次时9.0V将充满电的AGM12V100Ah电池以500A放电10S，静止60S，连续10次冲击放电，第10次后要求9.0V双登12V胶体与阳光A400系列12V胶体恒功率数据比较终止电压1.80V/C不同时间放电功率比较阳光A412/50F10双登6-GFMJ-50阳光A412/65F10双登6-GFMJ-65放电时间标称功率放电功率放电时间放电时间标称功率放电功率放电时间5min113512108min15s5min1430157310min20s10min96999016min26s10min1158127417min22s20min77081024min23s20min834917

26、31min36s30min62665033min36s30min69075941min23s45min49351547min15s45min51656860min36s60min40041065min04s60min42046277min52s阳光A412/85F10双登6-GFMJ-85阳光A412/100F10双登6-GFMJ-100放电时间标称功率放电功率放电时间放电时间标称功率放电功率放电时间5min146316097min17s5min182820109min26s10min1276140311min01s10min1454159916min48s20min960105630min2

27、3s20min1112122327min55s30min80488538min29s30min935102836min32s45min63770153min15s45min71979053min40s60min52758067min55s60min59765768min32s12V胶体电池与12V贫液电池的高温浮充后C3容量变化对照表浮充循环次数12V胶体100Ah电池12V贫液式100Ah电池C3容量AhC3容量Ah试验前78.389.2第1次78.881.7第2次73.373.3第3次73.374.6第4次73.7564.58第5次63.7519.2第6次64.17第7次63.75第8次5

28、9.58试验方法：将电池放在602的水中进行。浮充电压为13.38V/只，经过30天后，将电池取出。在252的条件下，放置2436h，然后进行3h率容量检测，为一次循环. 反复进行循环,当3h率容量小于80%时，试验结束。 根据DIN43539进行两种品牌胶体电池的过放电试验（I10A电流放电30天，13.80V充电48h）双登12V胶体6-GFMJ-100Ah电池DIN43539标准要求阳光12V胶体蓄电池A412/120F10放电前C10114.1 AhC10120.2 Ah过放电时间30天30天30天充电量201.3Ah-213.5 AhC10放电量107.4 Ah75%放电前C1010

29、1.7 Ah容量恢复94.1%84.6%6-GFMJ-200胶体电池 (太阳能储能电池) 按BS EN61427-2002标准 循环方法：将完全充满电的电池先放出额定容量的90%，然后进入循环。一个大循环分A、B两段，A段为欠充循环50次，B段为较大电流放电循环100次。(以1.03I10充电3h,以I10放3h连续进行49次后再充满电;以1.25 I10放2h,以I10电流,恒压14.40V充电6h反复100次,进行容量检测)大循环次数C10容量检查放电时间C10容量检查放电(Ah)与额定容量比（）电池组所处环境温度 1 10h50min0s 216.67 108.34 43 2 11h02

30、min0s 220.67 110.34 43 3 10h56min13s 218.70 109.35 43 4 10h42min0s 214.00 107.0 43 5 10h17min0s 205.70 102.85 43 6 10h02min0s 200.70 100.35 43 7 9h48min0s 196.00 98.00 43 8 9h43min0s 194.30 97.15 43 9故障停试四、胶体阀控蓄电池的失效模式和使用维护无论是AGM还是胶体电池都必须严格控制充电制度。要能够根据电池的特性要求,合理地设置均充、浮充电压和电流值.要结合使用环境和电池温度变化,具有智能化的自动

31、调节充电电压变化的管理系统是延长电池组使用寿命的关键。充电电压高，使充电电流增大，产生的气体大于再化合效率。造成电池失水。充电电压低，将使负极盐化，降低充电接收能力，容量衰减，易出现落后电池。 2V胶体阀控电池不同放电深度时，均充电压、电 流、荷电量随时间变化曲线 12V胶体阀控电池不同放电深度时，均充电压、电流、荷电量随时间变化曲线 2V胶体阀控电池充电电压与环境温度的关系温度补偿系数的公式： VtcVnTcn(T20)式中，Vtc经温度补偿后的电压； Vn未经补偿的电压； Tc在监控模块前面板上设置的补偿系数，单位：-3 mV（cell）； N每组电池的数值，对于48V系统为24节； T温

32、度传感器指示的温度（单位：）。12V胶体阀控电池充电电压与环境温度（电池表面温度）的关系选择 温度补偿系数的公式： VtcVnTcn(T20)式中，Vtc经温度补偿后的电压； Vn未经补偿的电压； Tc在监控模块前面板上设置的补偿系数，单位：-72 mV（）； N每组电池的数值，对于48V系统为4只，； T温度传感器指示的温度（单位：）。胶体阀控电池主要使用参数 项目2V胶体阀控电池12V胶体阀控电池 说明浮充电压（20） 2.23V /只13.35V13.50V/只端子实际测量值均充电压 2.35 V /只14.10V/只开关电源设置值电池温度补偿系数 3mV/只 18mV/只控制温度补偿范

33、围电池组均充周期机房6个月，停电市电恢复转均充机房6个月，停电市电恢复转均充自动均充时间设定可根据供电实际情况周期均充时间 10h 10h该值并非实际充电时间均充转浮冲条件20mA10mA防止电池过充浮充转均充条件50 mA50 mA充电限流值0.10C10A0.15C10A根据实际缩短时间电池温度过高值 3535影响电池使用寿命 胶体电池在户外基站使用的注意要点安装及使用环节使用注意事项安装地点环境1.电池组安装位置要有遮阴棚，避免阳光照射。紫外线辐射使电池槽盖材料老化。(在北方使用要采用防寒措施,地埋或对电池组保温等)2.电池在柜内放置，电池柜要有通风散热孔。3.要考虑电池组的防水、防泥沙

34、、防雷和防盗。充电1.使用的开关电源输出的参数要保持稳定（电压、电流）2.使用太阳能系统的站，太阳能板的方阵面积和控制器的管理要能满足电池的要求。3.电池组均充时间10h，定期均充时间6个月；均充时.电池组温度高于40转浮充；停电后来电即转均充；当电流0.01C10A转浮充。放电根据使用条件和负载电流大小不同选择一次和二次下线电压。负载电流1/3I10A，应将二次下线电压提高到46V以上，防止电池组过放电。电池组的温度1.电池组温度过高为35。2.开关电源应具有对电池温度监控系统并开启运行，温度传感线要导入电池组中间电池大侧面上。开关电源管理参数建议定期（至少每6个月）对开关电源的设置参数与实

35、际输出参数进行检查及时进行修正。 2V胶体阀控电池在通信系统全浮充运行的电压与偏差全浮充运行时电池组中电池间压差小于50 mV，随着电池内胶体电解液氧的循环体系形成及平衡，压差会逐渐减小。在全浮充运行时，系统的浮充电压发生变化时，电池组的偏差也会发生变化，浮充电压越高偏差值增大，反之则减小。电池的剩余容量与浮充运行状态的电池端电压高低无直接关系，很难从中判断电池浮充端电压高低与电池实际剩余容量的关系浮充状态下电池间电压偏差形成的因素很多。有制造方面的，也有运行中的等原因。 胶体电池组的压差和维护电池型号使用地点运行时间电池组浮充电压2007.9.17和9.5日测各单电池浮充电压(V)GFMJ-3106GFMJ-8104GFMJ-8104GFMJ-200024GFMJ-1024江苏泰兴热电厂上海崇明电厂上海崇明电厂沈阳移动宁波移动2005年5月2003年10月2004年11月2005年10月2005年10月235V232V233V53.5V53.5V单只最高2.232V,最低2.207V,最大压差0.025V单只最高2.230V,单只最低2.210V,最大压差0.020V单只最高2.250V,