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鉛酸蓄電池介紹

2013-06-25   |  來源:煒業(yè)通科技

如何理解免維護鉛酸蓄電池

人們常說的免維護蓄電池正規(guī)名稱叫做閥控式密封鉛酸蓄電池。閥控式密封鉛酸蓄電池從外表看,有外殼、閥蓋、接線端子。接線端子周邊的密封材料分別用紅色和黑色(或者藍色)來表明正極和負極。 12V的電池內(nèi)部分為6個獨立的相互隔絕的單格,每個單格內(nèi)有用各自的匯流導(dǎo)體連接的正極板群和負極板群。鉛酸蓄電池的極板猶如鋼筋水泥的結(jié)構(gòu),是在合金絲的篩網(wǎng)狀的骨架上涂敷(或者軋制)活性物質(zhì)形成的:正極板上的物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),負極板上的物質(zhì)是絨狀鉛(Pb)。每一個正、負極板之間都隔著多孔的超細纖維物質(zhì)(也有使用二氧化硅膠物質(zhì)填充的),其中吸附著硫酸(H2SO4)電解液,這個纖維物質(zhì)(或硅膠物質(zhì))是電化學(xué)反應(yīng)過程中液相傳輸和氣相傳輸?shù)耐ǖ?,它和正、負極板群被緊密地裝配在一起,形成一個2V的電池單體。由于鉛酸蓄電池在充電時極板不可避免的會產(chǎn)生氫氣和氧氣,當它們產(chǎn)生的過多并且來不及化和成水的時候就會在單格內(nèi)形成壓力。為了保證蓄電池正常安全的工作,每個單格都設(shè)有自己的溢氣閥,當壓力過量時讓氣體自動逸出。相對于電池槽里裝滿電解液體的富液電池而言,閥控式密封鉛酸蓄電池內(nèi)部只蘊含著很少的電解液,屬于貧液電池。盡管如此,由于設(shè)計時電解液有一定的冗余,并且在溢氣閥壓力的保護下只要使用合理,由氣體逸出造成的水損失極小,以至閥控蓄電池的電解液在壽命過程中基本不用補充,因此閥控式密封鉛酸蓄電池也被稱為免維護蓄電池。    

蓄電池的電壓多少伏算正常?

人們常說:這個蓄電池電壓是12V的。這里所說的12V是指蓄電池的最基本參數(shù)——標稱電勢(單位V)。一個鉛酸蓄電池單格標稱電勢為2V,由6個單格串連起來的蓄電池標稱電勢就是12V。電動車使用的電源一般都是用2到5個12V的蓄電池串連組成24V、36V、48V、60V電池組,這里都是指蓄電池組的標稱電勢,它是由蓄電池所采用活性物質(zhì)的特性決定的理論值。實際上,不同的狀況下蓄電池的電壓和標稱電勢存在差異。比如:一個標稱電勢為12V的正常的鉛酸蓄電池在充電過程的末期,充電極化達到最大值,電壓可以達到14.4V或更高一點;在放電將終了時,放電極化達到最大值,電壓可以低到9V左右。而充電或者放電停止并且靜置數(shù)小時后,極化電壓(濃度極化)完全消失,這個12V的蓄電池的電勢可以在13.8V(充滿后)至11V(放完后)之間,此時的差異是蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)狀態(tài)的改變造成的。    

電池容量(Ah)的含義是什么?

蓄電池的額定容量C,單位安時(Ah),它是放電電流安(A)和放電時間小時(h)的乘積。由于對同一個電池采用不同的放電參數(shù)所得出的Ah是不同的,為了便于對電池容量進行描述、測量和比較,必須事先設(shè)定統(tǒng)一的條件。實踐中,電池容量被定義為:用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所給出的電量。也可以說電池容量是:用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所經(jīng)歷的時間和這個電流的乘積。為了設(shè)定統(tǒng)一的條件,首先根據(jù)電池構(gòu)造特征和用途的差異,設(shè)定了若干個放電時率,最常見的有20小時、10小時時率、電動車專用電池為2小時率,寫做C20、C10和C2,其中C代表電池容量,后面跟隨的數(shù)字表示該類電池以某種強度的電流放電到設(shè)定電壓的小時數(shù)。于是,用容量除小時數(shù)即得出額定放電電流。也就是說,容量相同而放電時率不同的電池,它們的標稱放電電流卻相差甚遠。比如,一個電動自行車用的電池容量10Ah、放電時率為2小時,寫做10Ah2,它的額定放電電流為10(Ah)/ 2(h)=5A;而一個汽車啟動用的電池容量為54Ah、放電時率為20小時,寫做54Ah20,它的額定放電電流僅為54(Ah)/ 20(h)=2.7A!換一個角度講,這兩種電池如果分別用5A和2.7A的電流放電,則應(yīng)該分別能持續(xù)2小時和20小時才下降到設(shè)定的電壓。上述所謂設(shè)定的電壓是指終止電壓(單位V)。終止電壓可以簡單的理解為:放電時電池電壓下降到不至于造成損壞的最低限度值。終止電壓值不是固定不變的,它隨著放電電流的增大而降低,同一個蓄電池放電電流越大,終止電壓可以越低,反之應(yīng)該越高。也就是說,大電流放電時容許蓄電池電壓下降到較低的值,而小電流放電就不行,否則會造成損害。電池在工作中的電流強度還常常使用倍率來表示,寫做NCh 。N是一個倍數(shù),C代表容量的安時數(shù),h 表示放電時率規(guī)定的小時數(shù)。在這里h的數(shù)值僅作為提示相關(guān)電池是屬于那種放電時率,所以在具體描述某個時率的電池時,倍率常常寫成NC的形式而不寫下標。倍數(shù)N乘以容量C就等于電流A。比如20Ah電池采用0.5C倍率放電,0.5×20=10A。換一個角度舉例:某汽車啟動蓄電池容量54Ah,測得輸出電流為5.4A,那么它此時的放電倍率N為5.4 / 54=0.1C 。    

鉛酸蓄電池的工作原理

1、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生  

鉛酸蓄電池充電后,正極板二氧化鉛(PbO2),在硫酸溶液中水分子的作用下,少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛(Pb(OH)4),氫氧根離子在溶液中,鉛離子(Pb4)留在正極板上,故正極板上缺少電子  鉛酸蓄電池充電后,負極板是鉛(Pb),與電解液中的硫酸(H2SO4)發(fā)生反應(yīng),變成鉛離子(Pb2),鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中,負極板上留下多余的兩個電子(2e)?! 】梢?,在未接通外電路時(電池開路),由于化學(xué)作用,正極板上缺少電子,負極板上多余電子,如右圖所示,兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差,這就是電池的電動勢?!?   

2、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)  

鉛酸蓄電池放電時,在蓄電池的電位差作用下,負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流I。同時在電池內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)?! ∝摌O板上每個鉛原子放出兩個電子后,生成的鉛離子(Pb2)與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應(yīng),在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)?! ≌龢O板的鉛離子(Pb4)得到來自負極的兩個電子(2e)后,變成二價鉛離子(Pb2),,與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應(yīng),在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。正極板水解出的氧離子(O-2)與電解液中的氫離子(H)反應(yīng),生成穩(wěn)定物質(zhì)水?! ‰娊庖褐写嬖诘牧蛩岣x子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極,在電池內(nèi)部形成電流,整個回路形成,蓄電池向外持續(xù)放電?! 》烹姇rH2SO4濃度不斷下降,正負極上的硫酸鉛(PbSO4)增加,電池內(nèi)阻增大(硫酸鉛不導(dǎo)電),電解液濃度下降,電池電動勢降低。    

3、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng) 

充電時,應(yīng)在外接一直流電源(充電極或整流器),使正、負極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì),并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來?! ≡谡龢O板上,在外界電流的作用下,硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO4-2),由于外電源不斷從正極吸取電子,則正極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)不斷放出兩個電子來補充,變成四價鉛離子(Pb4),并與水繼續(xù)反應(yīng),最終在正極極板上生成二氧化鉛(PbO2)?! ≡谪摌O板上,在外界電流的作用下,硫酸鉛被離解為二價鉛離子(Pb2)和硫酸根負離子(SO4-2),由于負極不斷從外電源獲得電子,則負極板附近游離的二價鉛離子(Pb2)被中和為鉛(Pb),并以絨狀鉛附著在負極板上?! ‰娊庖褐?,正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子(H)和硫酸根離子(SO4-2),負極不斷產(chǎn)生硫酸根離子(SO4-2),在電場的作用下,氫離子向負極移動,硫酸根離子向正極移動,形成電流?! 〕潆姾笃?,在外電流的作用下,溶液中還會發(fā)生水的電解反應(yīng)?!?   

4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 

從上面可以看出,鉛酸蓄電池放電時,電解液中的硫酸不斷減少,水逐漸增多,溶液比重下降?!纳厦婵梢钥闯?,鉛酸蓄電池充電時,電解液中的硫酸不斷增多,水逐漸減少,溶液比重上升?!嶋H工作中,可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度。免維護鉛酸蓄電池的使用與維護近年來,隨著電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造的深入,使用開關(guān)電源技術(shù)制造的高頻開關(guān)電源和免維護鉛酸蓄電池有了較廣泛的應(yīng)用。但由于運行經(jīng)驗不足,對直流電源尤其是蓄電池的維護不到位,使得直流電源的可靠性得不到有效保證。    

存在問題 2010年8月,某單位110kV變電所發(fā)生火災(zāi),高壓室嚴重?zé)龤?。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),當交流失壓后,二次系統(tǒng)失去電源,保護裝置無法動作,后經(jīng)檢查直流電源系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)有8只蓄電池的端電壓幾乎為零,這8只蓄電池內(nèi)阻很大,直流無法輸出,使事故擴大。直流電源裝置中的關(guān)鍵設(shè)備是蓄電池組,事故暴露出運行人員在直流電源,尤其是蓄電池維護方面知識的欠缺,錯誤地認為免維護蓄電池就不必維護,因而沒有定期對蓄電池進行均衡充電,使電池一直工作在浮充狀態(tài),單體電池的電壓和容量出現(xiàn)的不平衡現(xiàn)象沒有得到及時處理,致使電池損壞,直流裝置如同虛設(shè)。

(2)免維護蓄電池的含義

閥控式鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點是在充電時正極板上產(chǎn)生的氧氣,通過再化合反應(yīng)在負極板上還原成水,使用時在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護,所以又稱為免維護鉛酸蓄電池??梢?,免維護只是與普通蓄電池相比,運行中免去了添加純水或蒸餾水,調(diào)整電解液液面的項目,并非免去一切維護工作。

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