第4章 蓄电池及其充放电模式

第4章蓄电池及其充放电模式4.1蓄电池的基本概念与特性4.2蓄电池分类及工作原理4.3蓄电池充放电特性4.4蓄电池充放电控制学习要求重点内容：蓄电池的原理及充放电特性与控制了解内容：蓄电池的概念难点内容：蓄电池的充放电控制技术蓄电池的基本概念化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。电池放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池，也称二次电池。光伏发电系统对蓄电池的基本要求(1)自放电率低(2)使用寿命长(3)深放电能力强(4)充电效率高(5)少维护或免维护(6)工作温度范围宽(7)价格低廉蓄电池的基本结构蓄电池的实物结构铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，若每个单格电池标称电压为V,3格串联为3V蓄电池的内部结构蓄电池内部组成概念图蓄电池的正负极板极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。极板分正极板和负极板，由栅架和活性物质组成。板栅栅架一般由铅锑合金铸成，具有良好导电性、耐蚀性和一定机械强度。铅占94%，锑占6%。加入锑是为了改善力学强度和浇铸性能。为了增加耐腐蚀性，加入0.1%~0.2%的砷，提高硬度与机械强度，增强抗变形能力，延长蓄电池使用寿命。板栅的作用：（1）支撑活性物质(粉末状)（2）传导电流，使电流分布均匀正负极活性物质

正极板上活性物质是二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极板上活性物质海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，在每个单格电池中，正极板的片数要比负极板少一片，每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。3格电池，总极板数45，算出正负极板数？蓄电池的正负极板结构国产蓄电池正极板2.2mm，负极板1.8mm，国外大多采用薄型极板。隔板防止正负极短路使电解质正负离子顺利通过阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震荡而损坏隔板有孔率高孔径小耐酸且不分泌有害物质在电解质中的电阻小具有化学稳定性要求隔板插放在正、负极板之间，防止正、负极板互相接触造成短路。隔板耐酸、具有多孔性，以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等电解液与活性物质表面形成界面双电层，建立相应的电极点位参加化学反应传导电流电解液是蓄电池的重要组成部分，它是由浓硫酸和净化水配置而成的，其纯度和密度对电池寿命有重要影响。一般工业用硫酸和普通水中，含有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入到蓄电池中，否则自行放电，损坏极板。作用电解液密度范围的选择因素凝固点硫酸溶液的凝固点随着浓度的不同而不同电阻率硫酸溶液的到点特性可用电阻率来衡量，电阻率随着温度和密度的增加而增加黏稠度与温度和浓度有关，温度越低黏度越大，浓度越低黏度越小纯度电解液的杂质不但引起自放电，而且引起极板腐蚀，是蓄电池放点容量下降和寿命缩短浓度体积大的蓄电池，容纳的电解液多，放电时密度变化小，可采用较稀且电阻率较低的电解液；对于体积较小的蓄电池，必须采用浓度较高的电解液，以防低温时电解液发生凝固电解液密度和浓度对蓄电池的影响⑴电解液的密度（比重）决定蓄电池的电动势⑵影响电解液粘度，因而影响离子的扩散速度⑶影响电解液的电阻⑷影响极板微孔内外的密度差

电解液密度过高时，不仅增加了电解液的电阻和粘度，还增加了负极板的局部放电和腐蚀，降低蓄电池容量及影响使用寿命。硫酸溶液的凝固特性硫酸溶液的凝固点随浓度的不同而不同，若将15C时的密度各不相同的硫酸溶液冷却，可测得他们的凝固温度，绘制出其凝固点曲线-60-50-40-30-20-100-701.01.11.21.31.41.5温度OC密度(kg/L)/(15OC)1.61.71.8蓄电池外壳壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，各单格之间用铅质联条串联起来。蓄电池的主要参数(1)电动势(2)工作电压、开路电压、终止电压(3)蓄电池的内阻(4)蓄电池的能量(5)蓄电池的容量(6)输出效率(7)使用寿命(8)蓄电池的放电深度(9)自放电率(10)放电速率蓄电池的电动势电动势体现了电源把其他形式的能量转化成电能的本领，电动势使得电源两端产生电压，电动势的大小决定了开路电压和工作电压的大小。电动势的测量（1）简易测量（2）精确测量蓄电池电动势的测定原理：闭合电路欧姆定律E=IR+IrI—R法E=I1（R1+r）E=I1（R2+r）ASRErU—R法ErSRV伏安法（U—I法）

电流表内接法电流表外接法AVS甲RAVS

乙R开路电压定义：蓄电池在开路状态下的电压酸铅蓄电池的开路电压基本上等于电动势其大小可由如下经验公式计算：U开=0.85+d15(V)150C是极板微孔中与溶液本体常数的电解液密度相等时的密度开路电压与电解液密度的关系1.901.952.002.052.102.152.201.851.051.101.151.201.251.30开路电压/V电解液密度/（g/cm3）开路电压在充放电过程中的变化由于极板微孔中的密度大于溶液本体的密度，故充电结束后，开路电压随着微孔中的硫酸逐渐向外扩散而逐步降低，当极板微孔中的密度与溶液本体中的密度一致时，开路电压也就固定下来了。由于极板微孔中的密度小于溶液本体的密度，故放电结束后，开路电压随着溶液本体中的硫酸逐渐向微孔中扩散而逐渐增加，当极板微孔中的密度与溶液本体中的密度一致时，开路电压也也保持固定。放电过程充电过程工作电压定义：电池工作电压是指接通负荷后现实出来的电压，即放电端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。工作电压在整个放电过程中会不断下降。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。原因工作电压的变化初始阶段，端电压急速下降1.82.02.22.42.62.83.01.6012345端电压/V时间/h6789oabcde端电压缓慢下降(稳定工作)当接近放电终止期时，端电压又在很短时间内急速下降当电压降到一定值时，必须停止放电，否则端电压很快降到零端电压定义：指电池与外电路相连接且电极上有电流流过时正负极两段的电位差。蓄电池的端电压与电动势、内阻、电流及电解液的密度等均有关系。当用恒定的电流进行充放电时，端电压可由如下公式表示：充电过程端电压的变化用恒定电流对铅酸蓄电池进行充电时，其端电压会随充电时间放生变化，这种变化曲线称之为充电特性曲线。1.82.02.22.42.62.83.01.6012345时间/h6789a’b’c’d’e’o’端电压/V终止电压当端电压下降到c点后，若继续放电，端电压下降速度更快，这是因为微孔中硫酸的浓度由于得不到补充已降至很低，使放电反应无法进行。所以c点为放电终止电压。当蓄电池停止放点后，放电反应不再发生，使得微孔中的溶液逐渐上升，并最终与本体溶液的浓度相等，使得电池的开路电压逐渐上升并稳定下来。1.82.02.22.42.62.83.01.6012345端电压/V6789a’b’c’d’e’o’oabcde时间/h终止电压影响端电压的因素温度因素电流（充放电率）端电压与温度的关系，与温度对电解液黏稠度和电阻的影响密切相关放电率因素充电率因素温度因素温度升高，充电端电压下降，放电端电压升高温度降低，充电端电压升高，放电端电压下降温度升高，硫酸的黏稠度减小，溶液中硫酸根离子和氢离子扩散的速度加快有利于化学反应温度降低，硫酸的黏稠度增大，影响了溶液中硫酸根离子和氢离子的扩散，从而降低了化学反应的速度原因原因电流（充放电率）因素充放电率定义：蓄电池充电或放电至终止电压的速度，成为充电率或放电率。小时率：蓄电池在多长时间内冲进或放出额定容量值(I=C额/H，H为充放电率)倍率：放电电流的的数值为额定容量数值的倍数(I=KC额，K为倍率系数

)某蓄电池的额定容量为60A*h，若用10h率充电，然后用5h率放电，则充放电电流分别为多少？某蓄电池的额定容量为60A*h，用0.2C充电和3C放电，则充放电电流分别为多少？电流（充放电率）因素放电率的影响：放电率块，即放电电流大，其端电压下降的速度也快；放电率慢放电电流小，其端电压下降速度慢。充电率的影响：充电率块，即充电电流大，其端电压越高且上升速度快；充电率低，充电电流小，其端电压越低且上升速度慢大电流放电时，因极化引起的超电压和电池的欧姆电阻压降增大，故端电压下降速度块；小电流放电时，因极化引起的超电压和电池的欧姆电阻压降小，故端电压下降速度慢。原因大电流充电时，极化电阻增大，电池的电阻压降增大；小电流充电时，极化电阻减小，电池的内阻压降小。原因充放电端电压变化曲线1.82.02.22.42.62.83.01.6012345端电压/V时间/h6789a’b’c’d’e’o’oabcde铅酸蓄电池的内阻欧姆电阻等于极板、电解液和隔板的电阻之和极化电阻当电池在充放电时，由于电极上有电流通过，引起极化现象而随机出现的电阻极化电阻的大小与电流有关，随充放电电流的增大而增大影响内阻的因素电解液浓度蓄电池的内阻随电解液密度的变化而变化硫酸溶液的电阻系数随密度的增加而减小充放电电流充放电电流主要影响极化电阻小电流充放电时，极化电阻小，特别是在负载电阻较大情况下极化电阻对端电压的影响可忽略不计大电流充放电时，极化电阻大，蓄电池圈内组明显增大电解液温度电池内阻随温度的升高而减小，温度降低时，其内阻逐渐增大电池的容量内阻随电池容量的增大而减小，电池容量越小，其内阻越大欧姆定律，导体长度与横切面积对电阻的影响内阻的测定公式作近似计算：蓄电池充放电过程中的内阻可由如下公式求出E为电动势；U充/放为充放电端电压；I充/放为充放电电流；r充/放为电池的全内阻举例：某蓄电池接上负载后，通过路线的电流为12A，放电至端电压为1.95V，将电路断开，测得开路电压为2.05V,则该蓄电池放电至此时的内阻为多少?蓄电池的容量定义：蓄电池的电池容量是指电池储存电量的数量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）。根据不同的计量条件，蓄电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量定义：指极板上的活性物质全部参加电化学反应所能放出的电量，它可以根据活性物质的质量，按法拉第电解定律来计算在电解过程中，阴极上还原物质析出的量与所通过的电流强度和通电时间成正比M=KQ=KItM——析出金属的质量；K——比例常数（电化当量）Q——通过的电量；I——电流强度；t——通电时间。理论容量的计算根据法拉第电解定律，铅酸电池每放出或充入1法拉第（96500库伦或26.8安时）的电量，正极板上要小号或生成1g当量的PbO2(119.6g)，负极板上要消耗或生成1g当量的Pb(103.6g)根据铅酸蓄电池的化学反应可知，为了同时满足正负极电化学反应的需要，电解液中要消耗或生成2g当量的硫酸（2*49g）理论容量的计算铅酸蓄电池正负极板物质的电化学当量分别为：正极：KPbO2

=119.6/26.8=4.46(g/Ah)负极：KPb=103.6/26.8=3.87(g/Ah)而两级要消耗或生成硫酸的当量分别为：KH2SO4

=49/26.8=1.68(g/Ah)理论容量的计算故每千克活性物质具有的理论容量为：理论容量的计算正极需要硫酸的质量为：MH2SO4

=224.2*1.68=410.3(g)负极需要硫酸的质量为：M’H2SO4

=258.4*1.68=472.9(g)额定容量定义：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。额定容量是在制定放电条件下电池应能放出的最低限度的电量，比理论容量要小。实际容量电池的实际容量比理想容量要小，在最佳放电条件下，铅酸蓄电池的实际容量也只有理论容量的45%——50%左右，这与活性物质的利用有关。放电时，电极上生成的硫酸铅充的密度小于PbO2和Pb的密度，体积变大，使极板上的微孔逐渐减小甚至堵塞，影响了电解液的扩散和电化学反应，使活性物质得不到充分利用。正极活性物质的利用率地狱负极，其主要原因是正极的浓度差极化大于负极的浓差极化，因为正极反应使微孔中除硫酸根离子变化外，氢离子浓度也发生变化，同时也有H2O的消耗与生成另外影响容量的因素影响蓄电池容量的因素很多，主要取决于活性物质的量和活性物质的利用率。而活性物质的利用率又与极板的结构形式、放电制度(放电率、温度、终止电压)、原材料及制造工艺等因素有关影响蓄电池容量主要有一下因素：1、放电率2、温度3、终止电压放电率对容量的影响放电率块，即放电电流大时，电池的放电容量小大电流放电时，极板反应快，极板中与溶液本体的硫酸浓差极化增大，电极反应优先在电极表面进行，放电产物硫酸铅堵塞极板外部的微孔，电解液不能充分扩散到电极深处，是内部活性物质不能进行化学反应，这种现象在放电后期尤为严重。所以大电流放电时，极化现象严重，活性物质利用率低，放电容量也随之降低。原因放电率对容量的影响放电率慢，即放电电流小时，电池的放电容量大小电流放电时，极化作用小，使活性物质的利用率提高，从而使得蓄电池的放电容量增大。值得注意的是，小电流放电时，可能是电池过量放电，引起电池损坏，必须严格控制放电终止电压。原因放电率与容量百分数的关系40506070809010030012345容量百分数/%小时率/h6789温度对容量的影响温度对铅酸蓄电池容量的影响很大，主要是由于温度变化引起电解液性质(黏稠度和电阻)发生变化，从而影响电池的容量。温度较高时，扩散速度增加，有利于活性物质反应，提高活性物质利用率，因而容量较大温度较低时，刚好相反，故而容量较小。尤其实在零下温度下，电解液的黏稠度极具增大，严重影响离子扩散，电化学反应严重受阻，导致电池的容量降低。电解液温度与容量的关系曲线405060708090100-20-1001020容量百分数/%小时率/h3040110终止电压对容量的影响有蓄电池放电曲线可知，当放电至某一电压是，电压极具下降，若此时继续放电，已不能获得多少容量，反而会对电池的寿命造成影响在一定的放电率条件下，放电终止电压规定的越高，电池放出的容量就越小；反之，放电终止电压规定的越低，电池放出的容量就越大。如果放电终止电压规定的过低，就会造成电池的过量放电，是电池过早损坏。终止电压对容量的影响在不同放电率下，必须规定不同的终止电压。大电流放电是，活性物质利用率低，放电容量小，可适当降低终止电压；小电流放电是，活性物质利用率高，放电容量大，可适当提高终止电压，否则会引起电池的过量放电放电率/h105310.50.25普兰特式极板1.871.801.781.751.701.65涂膏式极板1.791.761.741.681.591.47管式极板1.801.751.701.60放电率与终止电压的关系电池连接方式与容量的关系电池在制造或使用时，需要将其连接起来成为电池组。电池的连接方式主要有一下几种：1、串联2、并联3、先串联后并联4、先并联后串联串联单体的电池电压很低，铅酸蓄电池的电压为2.0V/只，而用电设备通常需要较高的电压，故为了提高电池电压，必须将其串联成电池组后在供电。U串联=U1+U2+U3+。。。+Un

串联电池组可以提高电压，但电池组的容量与单体电池的容量是相等的。C串联=C1=C2=C3=。。。=Cn并联为了提高电池电压，可将其并联成电池组后在供电。实际使用中，若用电设备需要大容量电池，则直接选用大容量的电池，而不是将小容量电池并联起来以提高容量；只有当所需容量太大，有没有响应型号的电池时，才通过将电池并联起来以提高容量U并联=U1=U2=U3=。。。=UnC并联=C1+C2+C3+。。。+Cn蓄电池并联供电可能出现的问题通常情况下不采用并联方式的原因：并联电池的各只电池在制造过程中，受技术、材料、工艺等因素的影响，个电池的性能参数不可能完全一致，是电池在运行过程中，会出现个别异常电池。并联电池组异常分析1、充电分析IaIbIcI1I1abc并联电池组异常分析2、放电分析IaI环IcI2I2abcI环串并联结合电池的串并联结合通常用于没有通信设备所需的大容量电池时。根据上面关于电池并联方式的分析可知，一旦并联电池组中出现一只落后的电池，就会影响电池组中的其他电池，所以只是在万不得已的情况下才使用并联与串联相结合的电池连接方式。蓄电池的能量定义：指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时（Wh）表示。蓄电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理可用理论容量C理和电动势E的乘积表示，即：W理=C理

×E式中，理论容量C理是蓄电池中活性物质的质量按法拉第定律计算得到的最高理论值。蓄电池的能量蓄电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积，即W实=C实×U平

式中，实际容量C实是蓄电池在一定放电条件下实际所输出的电量，数值上等于放电电流与放电时间的乘积，其数值小于理论容量。比能量定义：比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。一般常用比能量来比较不同的蓄电池系列比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量为1kg电池反应物质所能输出的实际能量。比能量由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下：W实=W理×KV×KR×Km式中，KV

是电压效率，是指电池的工作电压与电动势的比值；KR

是反应效率，表示活性物质的利用率；Km为质量效率；蓄电池的输出效率蓄电池是可逆电池，但是实际的蓄电池在工作过程中必有一定的能量损耗，通常用输出效率来表示。容量输出效率能量输出效率容量输出效率ηc容量输出效率ηc是指电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比：式中，Cdis是放电时输出的电量；Cch

是充电时输入的电量。能量输出效率ηQ能量输出效率ηQ是指放电输出能量与充电输入能量之比：Qdis是放电时输出的能量；Qch

是充电时输入的能量。影响蓄电池输出效率的主要因素是蓄电池存在内阻，内阻消耗的能量以热的形式释放蓄电池的自放电率自放电率用单位时间容量降低的百分数表示：式中，Ca是电池存贮前的容量（Ah）；Cb表示电池存贮后的容量（Ah）；T─电池贮存的时间，常用天、月计算。引起蓄电池自放电的三种作用化学作用主要活性物质的性质，活性物质或电解液的杂质有关电化学作用正负极自溶解、杂质参加化学反应或形成局部为电池而发生化学反应电作用内部短路(活性物质脱落、铅枝晶析出、隔膜腐蚀损坏等)负极的自放电铅的自溶解Pb+H2SO4====PbSO4+H2形成为微电池负极上存在不活泼金属(活性物质和电解液中的杂质如Cu和Ag等)，不活泼金属与Pb形成为电池溶解氧引起2Pb+O2+2H2SO4====2PbSO4+4H2OFe3+引起2Fe3+

+Pb+SO42+

====PbSO4+2Fe2+正极的自放电正极的自溶解2PbO2+2H2SO4====2PbSO4+2H2O+O2形成为微电池主要是正极活性物质与板栅形成微电池杂质离子引起Cl-与Fe2+等与电解液中的硫酸反应有机物引起如淀粉、葡萄糖、酒精等杂质，在充电时被氧化成醋酸，在与铅生成醋酸铅，而醋酸铅又会与硫酸反应影响自放电的因素引起蓄电池自放电的因素主要有一下三种：杂质的影响发生化学反应，形成微电池等引起蓄电池的自放电板栅合金的影响合金与硫酸反应或形成微电池引起自放电，并随着使用时间或循环次数的增加，自放电也会越来越严重温度的影响电池储存温度越低，自放电率也越低，但也应注意温度过低或过高均有可能造成蓄电池损坏而无法使用，常规电池要求储存温度范围为-20℃～45℃减少自放电的措施改进工艺负极添加剂降低负极自溶解速度（抑制氢的析出和Pb的自溶解）板栅合金材料可采用含Sd较低的材料严格控制原材料的纯度，避免引杂做好维护工作加水加硫酸维护保证纯度正当使用避免铅枝晶的生长使正负极板间发生微短路蓄电池的放电深度在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度。放电深度的高低和二次电池（蓄电电池或充电电池）的充电寿命有很深的关系，因此在使用时应尽量避免深度放电。在无市电情况下，用电负载很小时，会导致深度放电的情况发生，正常负载情况下不太可能存在蓄电池深度放电的问题。蓄电池的使用寿命在规定条件下，蓄电池的有效寿命期限成为该电池的使用寿命。影响寿命的主要因素有：放电深度、过充电程度、硫酸浓度、放电电流密度。010203040寿命/年温度/OC50601064蓄电池的寿命特性铅酸蓄电池在启用后，在初期的充放电循环中，容量逐渐增大，达到最多之后又会逐渐下降，在使用后期容量下降速度有所加快，当下降到额定容量的75%~80%时，被认为是到了寿命终期。0100200300400放电容量Ah小时率/h500600电池循环寿命与放电深度的关系反复的充电和放电循环，容易引起活性物质脱落和极板栅腐蚀放电深度越深，循环次数越少，寿命越短40506070809010030012345放电深度/%循环次数/百次6789蓄电池的基本特性蓄电池在使用过程中，同型号的蓄电池可以进行串联、并联或串并联使用。蓄电池的运行方式有三种：循环充放电连续浮充定期浮充循环充放电循环充放电属于全充全放型方式，该循环方式使得蓄电池寿命减短。光伏电池直接向蓄电池供电，再由蓄电池向外部负载放电。循环制充放电多用于行动型，其工作电路简单，直流电流中无脉动交流成分，如蓄电池车、矿灯、手提灯等。浮充浮充是指光伏电池输出的电压大体上是恒定的，略高于蓄电池组的端电压，由少量电流来补偿蓄电池组的损耗，以使蓄电池组能经常保持在充电满足状态而不致过充电。连续浮充是全浮充，当蓄电池的电压低于光伏电池输出的电压时，蓄电池被充电定期浮充定期浮充是半浮充。部分时间由蓄电池向负载供电，部分时间由光伏电池输出的直流电向负载供电，蓄电池定期补充放出的容量。

蓄电池联续浮充和定期浮充的使用寿命，比按循环充放电方式的使用寿命长，连续浮充方式比定期浮充方式合理。蓄电池的充电恒流充电恒压充电恒压限流充电快速充电恒流充电恒流充电是指以恒定的电流进行充电其不足之处是开始充电阶段恒流值比可充值小，充电后期恒流值比可充值大。恒流充电适合蓄电池串联的蓄电池组。分段恒流充电是恒流充电的改进方式，在充电后期把充电电流减小。恒压充电恒压充电是指以恒定的电压进行充电，充电初期电流较大，随着充电进行，电流减小，充电终止阶段只有很小的电流这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废恒压限流充电恒压限流充电是指在充电器和蓄电池之间串联一个电阻，当电流大时，电阻上的压降也大，从而减小了充电电压；当电流小时，电阻上的压降也小，充电输出压降损失就小，从而自动调整了充电电流快速充电快速充电是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。实现快速充电目的。脉冲式充电曲线铅酸蓄电池的工作原理蓄电池基础知识日常维护参数设置使用前、中、后维护重点铅酸蓄电池充电阀控密封蓄电池（VRLA）基本概念（1）“密封”设计的概念(超细玻璃棉隔板内阻低、高效率放电向能好)，安全阀：调节电池内外压力、过滤酸雾、防电池内部污染（2）固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）基本原理和反应酸性二次可逆电池；（固定、阀控、密封

GFM

、GFMJ胶体）氧化还原得失电子反应（在各自不同的区域里进行)AGM——阴极吸收式（贫液式）GEL——胶体式组成阀控密封电池的必要条件1)专门的正极板板栅铅合金；板栅的作用及正板栅的技术要求2)负极活性物质过量设计原则；3)专门设计功能型单向安全排气阀；4)专门设计功能的超细玻璃纤维；5)专门设计的充电方式；VRLA电池具有以下主要优点★不漏液、无酸雾、不腐蚀设备；★自放电小，25℃下自放电率小于3%；★电池寿命长，25℃下浮充状态使用可达10年（理论寿命15年）；★结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小；★电池的高低温性能较好，可在-15℃—40℃范围使用；★没有“记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）；★比能量较高，大电流放电性能好。VRLA电池放电原理阴极吸收原理的反应过程示意图

让负极活性物质过量，同时能很好吸收正极放出的O2，就实现了阴极吸收的设计。放电中的化学变化

蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应

,

生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。充电中的化学变化

由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸

、

铅及过氧化铅

,

因此电池内电解液的浓度逐渐加

,

亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束。双登蓄电池产品特点及改进措施★采用双合金制作极板，蓄电池具有深放电及深循环能力好，耗水量低，耐蚀性能优★专利组合端子。★极群自动焊接。★外壳本体材料热封焊。★短路检测考核充放电效率及容量恢复能力★充放电时电压、电流特定要求的说明。★均充退出动作要可靠。★使用后期浮充电压正常时要有浮充电流。阀控密封蓄电池的结构特点采用玻纤隔板预压缩紧装配贫电液结构设计结构特点阀控铅酸蓄电池基本性能（1）标称电压2伏；实际电压2.15伏左右。

新电池的荷电状态可根据电池的开路电压测量来判断，新电池的开路电压应在充电后20℃下静置24小时测量。（此法不适用于旧电池）荷电状态（StateofCharge）开路电压/单体（V/cell）100%2.1580%2.1060%2.0740%2.0420%2.00阀控铅酸蓄电池基本性能（2）V开＝2.15(51.6V)

V浮＝2.23(53.5V)

V均＝2.3V(55.2)

（3）V开～C新

新电池容量与开路电压成正比

（4）V开～d液电解液比重与开路电压成正比

（5）DOD（放电深度）～循环次数成反比。

★放出电量越大，充放次数越少；国内较好指标：80％DOD，循环次数约1000次。

（6）充电量/放电量应大于1.2倍(充电量120％）

（7）℃～d液电解液比重配置与温度成反比。

阀控蓄电池基本性能（8）虽无记忆效应，但不能亏电。

Pb＋PbO2＋H2SO4↔

PbSO4＋H2O

正极负极

电解液

以上反应中关键是由右至左的充电反应要得到保证，且越完全越好。即：理论上充电越完全，硫酸铅反应越彻底。可以认为：阀控密封铅酸蓄电池维护工作的重点，是如何保证蓄电池的充电效果和建立并完善蓄电池行之有效的充电方法。

阀控蓄电池基本性能（9）单体电池充电电压＜2.40伏。

2.40伏为阀控电池体系的水解电位。国产蓄电池单体充电电压不要超过2.38伏（即48伏系统充电电压不要超过57伏）。阀控密封电池的失效模式（1）板栅的腐蚀与极板的增长

由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生（2）电池内部不正常干涸失水（3）负极板表面硫酸盐化

在电池的循环使用过程中，由于维护不当，如浮充电压设置的不合理，或“小马拉大车”，或环境温度的影响等原因，使得电池极板内部一些活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅间形成高电阻层，内阻增大，放电后又充不进电，长此以往，容量下降。阀控密封电池的失效模式（4）热失控

当充电电流增大时，造成了蓄电池失水、内阻增大、容量衰减和在充、放电过程中产生大量的热量。这些热量如来不及扩散使温度剧增，就会形成热失控。

热失控产生的原因还有没及时减小浮充电压、安全阀不严或开阀压过低等等。（5）早期容量损失（快速容量损失（PCL-1）,较慢的容量损失(PCL-2)和负极影响的一般容量损失(PCL-3)负极板硫酸盐化原因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。长期充电不足经常进行深度放电（电池电压放电至≤1.75V-1.80V)（42V-43.2V）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。

★温度补偿对使用的影响在环境温度为30℃时VRLA电池的寿命将减少一半

温度上升影响使用寿命。温度下降影响放电容量。温度补偿必须注意补偿范围：例：－20℃以下≤25℃≥45℃以上,

按3mv/℃/cell～5.5mv/℃/cell;

★

温补上限不能超过57伏高压告警值，即：单体电压不能超过2.38伏；

★温补下限不能低于52伏系统开路电压即：单体电压不能低于2.16伏；

★问题：无法预先设定温补范围，谨慎使用。★安全性的问题（1）大容量电池组推荐采用系统外并结构。

a、单体结构；

b、不同容量（大小）组合的利弊（安全合理性、占地、承重；

c、容量的组合配置建议；（2）设定退出均充（转浮充）的动作要可靠。（3）容量离线放电后，需先尽可能充满再并入。（4）电池外壳材料的阻燃问题。（5）UPS系统蓄电池使用现状（方式、边际网等）（6）放电电流小于10小时率电流1/3以下时必须控制放出容量或控制放电时间。小电流：Ι10/3;（小电流定义的依据）电流小于Ι10三分之一以下，电压与时间的关系与标准曲线不对应。举例说明：……300AH终止电压47V(1.96V）一次下电10小时放电39小时390AH终止电压44V（1.83V）二次放电3.5小时35AH合计：390＋35＝425AH小电流充电15天90％★维护工作中易忽略的问题（1）交流三项严重不平衡的影响；（2）使用后期浮充电压正常，无浮充电流的问题(调高电压）；（3）标称容量与实际容量严重不符的问题。（4）长期在线备而不用的蓄电池组的维护（负极板硫酸化）；（5)蓄电池组补水的注意事项和要求（1ML/AH)；

(6)单体电池更换数量的影响(《8只）；（8）在线使用电池容量低于80％注意事项（监测、加水）；(7)新旧电池配合使用的基本原则（尽量不要）；（9）废旧电池的处理要求（短路、自燃）；★开关电源相关参数设置表参数规范值双登电池参数说明★浮充电压2.23~2.27V/cell2.23V/cell端子实际测量值★均充电压2.30~2.35V/cell2.30V/cell开关电源设定值★充电限流值0.1C100.1C10缩短充电时间上限1.5Ⅰ10

高压警告值57/2.38/cell57V排气、失水严重低压警告值45(1.875)，高于LVDS脱离电压47V(1.95)防止小电流过放电池温度补偿系数3mV/cell3mV/cell控制温补范围不建议使用★电池温度过高值35℃35℃影响使用寿命开关电源相关参数设置表（续）参数规范值双登电池推荐参数说明LVDS脱离电压44V/22V综合放电率44.4V1.85V/单体LVDS复位电压47V/23.8V考虑回路压降47V1.958V/单体48v系统蓄电池组复位工作电压48v48v防止由于蓄电池电压多次反弹，达到工作电压继续造成工作造成蓄电池深度过放电均充周期6个月6个月自动均充周期设定根据交流供电情况而定周期均充时间1～10H10H（最大值）复电均充起始条件市电一恢复即对电池进行均充该功能参数切勿附加启动运行条件(频繁停电）浮充转均充条件≥50mA/AH≥50mA/AH开关电源相关参数设置表（续）参数规范值双登电池具体参数说明★退出均充条件≤5mA/AH≤5mA/AH退出均充电流尽可能小确保充满的必要条件继续均充时间3H1~3H★充电容量倍数不小于1.2倍不小于1.2倍电流大确保1.2倍电量★电池分流器容量设定根据电池容量根据实际电池容量按实际电池容量设定电池连接先串后并先串后并电池报废指标不小于额定容量的80％不小于额定容量的80％小于80％后，容量下降速度加快。电池端电压50mV/20mV回路/开路50mV/20mV回路/开路按标准执行均充时间的设定均充条件均充时间1蓄电池安装调试结束后投入使用前1~10h，具体时间根据退出均充条件电池组均充电流小于10mA/Ah，自动转入浮充（并联时<10mA/Ah*电池组并联数）2停电后蓄电池充电>50mA/Ah（并联>50mA/Ah*电池组并联数）3蓄电池容量检测后经行充电4蓄电池在使用过程中单体浮充电压低于2.18v时应进行均充10h均充时间达到10h后转入浮充5基站电池一般为6个月进行一次定期均充温度对蓄电池的影响一般情况下，温度越高，放电容量越大。蓄电池的环境温度保持在24-25度，蓄电池将有最佳的使用寿命和性能。温度高于25度，电池的寿命将缩短，参考数据如下：电池平均温度寿命讲的率（%）25.C030.C3035.C5040.C6645.C7550.C83不同放电时率的容量等效关系以1000Ah蓄电池为例：10h100A(0.1C)10hV终＝1.80伏8h(0.96)120A(0.12C)8hV终＝1.80伏5h(0.80)160A(0.16C)5hV终＝1.80伏3h(0.75)250A(0.25C)3hV终＝1.80伏1h(0.55)550A(0.55C)1hV终＝1.75伏★国产阀控密封铅酸蓄电池产品现状现行标准产品检测均合格无法判别优劣现行标准检测内容中相当指标用户无法考核（如：寿命；自放电；均衡性等）产品生产制造短期内很难规范和统一（技术来源；材料选用；生产现状；）产品设计本身有待于不断完善（失水；排气阀精度与寿命；外壳材料；连接可靠性；均衡性；）无系列分类（如：UPS系统,电力系统，太阳能系统；室外使用；）2002标准部分指标的讨论环境温度5.2;－15℃～45℃－20℃～40℃阻燃性能5.5；必须阻燃。明火检测。电池重量5.7；＜500Ah，8Kg/100Ah；＞500Ah(含),7Kg/100Ah；电池容量5.8初容量≥100％容量保存率5.10电池组平均不低于96％（28天）密封反应效率5.11；95％；≥99％排气阀压力范围5.13；压力值的稳定性（寿命）端电压均衡性5.16.22伏系列±50mv；单体间连接压降5.17；＜10mv(1小时率)＜5mv;(1小时率电流)封口剂5.19；老化寿命不低于5年；内阻值无要求误差＜10％；★阀控密封铅酸蓄电池使用环境★物理参数：温度；湿度；大气压力；通风换气；温差波动；★维护基本条件；维护间距、通道；安装结构与地面承重；★供电条件：交流要有保证，三相要均衡；根据交流供电状况选配电池组数；（交流电流、温度）★使用条件：保证充满；充电方式（电流，电压）防止过放：(小电流过放难以恢复)

使用均衡充电可缩短充电时间，但充电电压要安全退出必须可靠(旧电池适当提高）；充入电量要保证，不低于放出电量的120％；后期正常浮充状态下，必须有浮充电流；★安装使用初期的维护工作重点★使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护工作重点★使用过程中及使用后期的维护工作重点★国产阀控式密封铅酸蓄电池维护工作的重点使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护工作重点1、检查连接是否可靠；2、检查浮充电压的一致性，检查落后电池；3、检查设定参数有无变化，是否稳定，特别是充电电压值和充电电流值必须稳定可靠；4、检查单体电池有无泄漏，反极；5、检查排气阀工作是否正常（常闭或常开）。使用过程中及使用后期的维护工作重点1、系统连接检查；2、做好安全隐患的排除；3、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖间的密封检查；4、设置参数和实际参数的校对；5、浮充电压与浮充电流的检查及调整；6、定时换气、通风，将酸雾排出；7、做好定期容量检查，使用前三年，容量检查放出50％即可。三年后每年做全容量检查。日常维护中蓄电池定期容量检查的操作步骤A、分组离线，降低开关电源充电电压，断开至蓄电池组的电缆；B、设定好负载电流，将蓄电池组接入放电负载放电并做好详细记录；C、放电结束后将蓄电池组接入小型移动式直流充电装置，尽量将蓄电池组容量充电恢复至80%左右；D、将充电后的蓄电池组接入开关电源，设定好充电参数；E、将第二组蓄电池离线，重复以上过程；VRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨1、负极板表面硫酸化的问题；2、反极、实际容量不足的问题；3、压降、压差太大的问题；4、泄漏的问题；5、标称容量与实际容量相差较大的问题；6、小电流长时间放电后难以恢复的问题；VRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨7、大容量电池组结构上的设计安全性问题；8、容量检查的可操作性问题；9、确保电池充满的必要条件—退出均充电流要尽可能小；（确保退出均充保护功能）前提是满足现行检测标准YD/T799-2002(1)考核产品工艺水平稳定性（包括硬件、软件）(2)生产材料的选用和控制手段及检测指标；(3)总体设计的可靠性和可操作性评价

a、开路电压在2.16伏左右，不能太高。

b、能够检测到的指标均衡性要尽可能好。如：内阻，自放电，充电时间－充电接受能力和充电效率等。

C、零部件的使用寿命要和蓄电池整体寿命同步。

★阀控密封铅酸蓄电池选购注意事项d、系统件（安装连接系统）的设计制作精度要合理可靠，便于操作。尽可能做到通用。e、由于现阶段产品一般无系列分类，要根据具体使用条件在招标时向厂家提出针对性供货要求（如局房、基站、UPS、电力、太阳能系统、室外使用等等）。该要求经一段时间的整理逐步完善为一种相当于标准的采购规范f、安装工作及废旧电池回收尽可能交给厂家去完成。g、系统件（如排气阀）尽可能索取备品。H、品质好的产品标准。

1、总体设计（合理性、可靠性、）；2、均衡性（工艺稳定水平）；

3、充放电效率（安全，高效、便捷、可靠）

4、容忍性（可恢复性等）5、后期稳定性（容量保持、均衡性等）★阀控密封铅酸蓄电池选购注意事项充放电中的电流规律如果蓄电池始终按照可接受的电流进行充电，那么充入电池的电荷量的值如下：其中，为初始充电电流

为电流接受比三大定律铅酸蓄电池充放电过程必须满足3个基本定律第一定律第二定律第三定律第一定律对于任意大小的放电量，蓄电池充电电流接受比与放电电流的对数成正比Idis为放电电流K、k为常数第一定律由I0=Qα，可得第一定律表示为：蓄电池接受充电电流的能力与蓄电池的充放电电流有关，放电电流越大，则可接受充电电流的能力越大第二定律对于任意给定的放电电流，蓄电池充电电流接受比与放电容量C的平方根成反比该公式表示，蓄电池可接受的初始充电电流I0与蓄电池的容量有关，蓄电池的容量越大，可接受的初始充电电流越大第三定律电流的可加性原则总充电电流接受比总的可接受充电电流蓄电池放出的总容量三大定律的意义三大定律为蓄电池的充放电奠定了理论基础，揭示了充电电流与放电量之间的内在关系，指明了在充电过程中实施恰当的放电是提高充电电流可接受比的有效途径，从而有效的缩短充电时间，加快充电进程。蓄电池充放电中的极化过程蓄电池可接受充电变化曲线0tiI0极化现象从可接受充电变化曲线可看出衰减现象减少衰减，提高充电效率，缩短充电时间引起衰减现象的原因是蓄电池充电中的极化现象浓差极化电化学极化欧姆极化浓差极化定义：电极表面到中部电解质浓度的不均匀现象成为浓差极化。不放电浓度均匀，放电时生成物及时极板，反应物及时补充，但…………始终保持对电解质的搅拌，促使粒子迁移扩散的速度与化学反应的速度相同2.防止浓差极化的措施是什么？1.浓差极化的原因是什么？提示措施电化学极化什么是充放电过程极化、电化学极化？电极反应总是分若干部进行，反应较慢的步程需要较高的活化能，为了使电极反应顺利进行，所额外施加的电压称为电化学超电压（如充电过程的浮充）。这种由超电压引起的促进负面化学反应的现象称为电化学极化现象电化学极化根据法拉第定律，若通过电解质的电流强度为I，不论是正极还是负极，反生氧化还原反应物质的摩尔数均为：M=KQ=KItM——物质摩尔数；K——比例常数（电化当量）Q——通过的电量；I——电流强度；t——通电时间。电极反应速度v=KI电极反应速度v与充电电流成正比，电流越大电极化学反应越块，从而加剧了浓差极化和电化学极化，