铅酸蓄电池介绍课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,10/24/2011,#,阀控式铅酸蓄电池介绍,Chris,2019.1.5,1,阀控式铅酸蓄电池介绍Chris1,电池的基本知识,铅酸蓄电池的简介,阀控式铅酸蓄电池,(VRLA),如何正确使用,VRLA,VRLA,的安全问题,2,电池的基本知识2,电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置,3,一次电池：不可充电，如锌锰、碱性、锂电池,二次电池：可充电，如铅酸、镍氢、锂离子电池,高级电池：结构特殊，性能卓越，如锌空电池，以空气做正极，体积很小，用于助听器,什么是电池？,电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置3一次电池：不可充,燃料电池：,Fuel Cell,FC,将存在于燃料,(,氢气,),和氧化剂,(,氧气,),中的化学能转化为电能的装置,不是蓄电池，是发电机,1839,年由英国的,Grove,发明,4,太阳能电池：物理电源，通过光电效应或光化学效应直接把光能转化为电能的装置,1883,年,Charles,发明首块太阳能电池,前景广阔，目前成本高，限制了应用,什么是电池？,燃料电池：Fuel Cell,FC,将存在于燃料(氢气),5,1800,年,Vote,伏打电堆,1859,年,法国,Plante,铅酸蓄电池,丹尼尔电池,英国,Daniel,1835,年,锌锰电池,法国,Leclanche,1866,年,1899,年,瑞典,Jungner,镍镉电池,碱性电池,Urry,1950,年,1990,年,索尼公司,锂离子电池,电池的历史,51800年1859年丹尼尔电池锌锰电池1899年碱性电池1,电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成,6,电池结构示意图,外壳：一般是塑料或金属材质,正极：电流的流出端,负极：电流的流入端,端子：内部与活性物质相连，外接用电器,隔膜：防止 正、负极短路，并提供电子的内部传递通道,电池的结构,电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成6电池结构示意图外壳,电池的基本知识,铅酸蓄电池的简介,阀控式铅酸蓄电池,(VRLA),如何正确使用,VRLA,VRLA,的安全问题,7,电池的基本知识7,铅酸蓄电池,(Lead-Acid Battery,LAB),，是指正负极活性物质分别 是铅和二氧化铅、由硫酸水溶液做电解液的二次电池,分富液式和贫液式两大类，贫液式就是目前广泛应用的阀控式密闭铅酸蓄电池，事实上它不并是完全密闭的,主要应用于交通、通信、后备电源等领域,具有价格低廉、可靠性高、维护简单等优点,由于铅对人体有害、硫酸污染环境、腐蚀设备，因此应用领域受到限制,虽然有被镍氢、锂离子电池等取代的趋势，但由于价格、安全、可靠性等原因仍将长期占据二次电池的大部分市场,8,什么是铅酸蓄电池？,铅酸蓄电池(Lead-Acid Battery,LAB)，,9,1859,年,法国,Plante,发明铅酸蓄电池,AGM,隔离板,美国,Gate,公司,1971,年,PSOC,技术,NorthStar,2019,年,卢森堡第一座铅蓄厂,Trible,双极硫酸盐化理论,1882,年,1957,年,德国阳光公司,胶体技术,1890,年,Phillipart,管式极板,铅钙合金,Haring,1935,年,铅酸蓄电池的历史,91859年AGM隔离板PSOC技术卢森堡第一座铅蓄厂195,富液式：不能卧式放置，需经常加水加酸和调整酸的浓度等复杂维护；酸液挥发会污染环境并腐蚀设备,涂膏式极板：工艺简单，,是最古老的铅蓄,管式正极板：寿命长,主要是,OPzS,型,10,阀控式：也叫贫液式，电池以安全阀密封，内压过大时开阀排气，内部无游离酸,AGM(Absorbed Glass Mat),：目前使用最广的技术，吸附电解液的,AGM,做隔离板,胶体,(Gel),：低温性能更好，寿命更长,铅酸蓄电池的分类,富液式：不能卧式放置，需经常加水加酸和调整酸的浓度等复杂维护,电池的基本知识,铅酸电池的简介,阀控式铅酸蓄电池,(VRLA),如何正确使用,VRLA,VRLA,的安全问题,11,电池的基本知识11,阀控式铅酸蓄电池,(Valve Regulated Lead-Acid Battery,VRLA),，广泛使用的一种铅酸蓄电池，主要特点是：,电解质吸附于,AGM,隔板中或者变成胶体状态，内部无游离酸,每个单体有一个安全阀，大部分时间处于密封状态，内压过大时开阀排气降压,1938,年,Dassler,提出的气体复合原理是,VRLA,的理论基础,1957,年德国阳光公司的胶体,(GEL),技术和,1971,年美国,Gates,公司的,AGM,技术是,VRLA,的实践基础,目前主要有,AGM,技术和,GEL,技术两种,12,什么是阀控式铅酸蓄电池？,阀控式铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead-,阀控式铅酸蓄电池：通过安全阀排出内部生成的多余气体的铅酸蓄电池,13,铅酸蓄电池结构示意图,外壳：一般是塑料外壳如,ABS,，,PP,等，也有外部再加钢壳的,正极：主要是红棕色氧化铅,(PbO,2,),负极：主要是海绵状的金属铅,(Pb),端子：铅或铜质，铜端子更常见,隔膜：,AGM,或胶体，吸附硫酸水溶液,安全阀：内部气体溢出通道，一般加防爆石和滤酸器,高端电池有时配备排气孔和导气管，保证电池柜内氢气的零积累,阀控式铅酸蓄电池的结构,阀控式铅酸蓄电池：通过安全阀排出内部生成的多余气体的铅酸蓄电,卷绕式极板结构特点,装配紧密,极板更薄,优点,较宽的工作温度范围,(-5070,),大电流充放电性能更好,搞震性能良好,可靠性高,缺点,工艺复杂，造价高,不适用于浮充,适用范围,国防，医疗器械，仪表,14,特殊的阀控式铅酸蓄电池,卷绕式极板结构特点14特殊的阀控式铅酸蓄电池,板栅：占蓄电池总质量的,20%30%,，主要作用是：,活性物质的载体：铅膏靠板栅保持和支撑,集流体：担负着电流的传导、集散作用并使电池分布均匀,性能要求：导电性好，耐腐蚀，与活性物质结合性好，足够的强度,15,阀控式铅酸蓄电池的结构,目前最广泛使用的,Pb-Sb,和,Pb-Ca,合金：,Pb-Sb,合金循环性能好，但易失水，正极板栅腐蚀快,Pb-Ca,合金浮充性能好，板氢电位高因此失水率低，导电性能好，但易出现,PCL-1,及板栅膨胀而导致的活性物质脱落,Pb-Ca-Sn-Al,合金：铅钙系合金的代表，目前使用最广泛,其它：德国曾生产用于军事的镀铅的铜板栅以及导电塑料板栅，成本高昂,板栅：占蓄电池总质量的20%30%，主要作用是：15阀控式,正极：由网格状金属板栅上涂覆铅膏组成，铅膏是正极活性物质，主要成分是氧化铅，红棕色,正极活性物质的泥化失效以及正极板栅的腐蚀是,VRLA,失效的重要原因,正极板一般较厚，以应对活性物质的泥化脱落，而且比负极板少一片,常温低率放电时，电池容量受限于正极,16,阀控式铅酸蓄电池的结构,二氧化铅有,-PbO,2,和,-PbO,2,两种晶体：,-PbO,2,是斜方晶系，晶粒较大，可以形成网络或骨骼，使正极活性物质的结构完整从而有较长的寿命,-PbO,2,是正方晶系，晶粒较小因此有更大的比表面积，放电时给出的容量是,-PbO,2,的,1.53,倍,正极：由网格状金属板栅上涂覆铅膏组成，铅膏是正极活性物质，主,电池寿命初期，活性物质以,-PbO,2,为主，寿命末期以,-PbO,2,为主：,电池寿命初期，正极活性物质以为,-PbO,2,主,放电时,-PbO,2,生成,PbSO,4,，充电时,PbSO,4,生成,-PbO,2,，因此在初期循环中电池的容量越来越高,随着循环的进行，,-PbO,2,的比例增加，活性物质间的结合慢慢减弱，充电过程中在析氧的冲击下，正极活性物质密度下降，最后软化成泥状物脱落，导致寿命终止,由于,-PbO,2,有较好的机械强度和结构，由其形成的多晶网络可作为活性物质的骨骼，而,-PbO,2,有较小的尺寸和较大的比表面积，可给出较大的比容量，二者最优的比例是,0.8,，此时电池有最好的深放电性能,17,阀控式铅酸蓄电池的结构,电池寿命初期，活性物质以-PbO2为主，寿命末期以-Pb,负极：由负极板栅及涂覆其上的负极活性物质组成，负极活性物质主要是海绵状金属铅，呈金属灰色,低温,(-15,),、高率,(1HR),放电时，电池容量受限于负极，原因是铅电池的钝化即生成的硫酸铅将电解液与活性物质隔离,18,阀控式铅酸蓄电池的结构,负极添加剂主要包括膨胀剂、阻化剂：,膨胀剂：防止在循环过程中负极活性物质表面积收缩，同时起去钝化作用，常用的无机膨胀剂是硫酸钡、乙炔黑等，有机膨胀剂腐殖酸、木质素等,阻化剂：提高析氢过电位，阻滞铅电池在制造过程中的氧化,负极的不可逆硫酸盐化是电池提前失效的重要原因之一,负极：由负极板栅及涂覆其上的负极活性物质组成，负极活性物质主,不可逆硫酸盐化：简称硫化，是负极活性物质在一定条件下生成坚硬而粗大的、几乎不溶解的硫酸铅，所以在充电时不能转化为海绵状铅，使电池容量大大降低的现象,原因：通常是长期充电不足或放电状态下长期储存等使用或维护不当造成,防止：及时充电，不要过放电,19,不可逆硫酸盐化,正常的负极活性物质,粗大的硫酸铅晶体,不可逆硫酸盐化：简称硫化，是负极活性物质在一定条件下生成坚硬,额定电压,最常见的是,12V,系列，,2V,的主要应用在工业上，,6V,的不常见，用于某些设备如医疗设备等,额定容量,在一定标准下，由生产厂商定义的电池的容量,通信用铅酸电池的额定标准标准是,25,时以,10HR,放电至,1.80VPC,实际容量因温度、放电率和终止电压的不同而不同,终止电压,Final Voltage,F.V.,，为了保护电池，放电至,F.V.,时应停止放电,终止电压与放电电流大小有关：电流越小，终止电压越高,0.1C,放电的,F.V.,一般为,1.80VPC,20,铅酸电池的相关定义,额定电压20铅酸电池的相关定义,充电电压,分均充,(Boost),和浮充,(Float),，充电电压值主要跟电解液浓度有关,均充电压：,25,时约为,2.35VPC,，充电速度快，根据电流不同，可在,510,小时内充满电,浮充电压：,25,时一般为,2.232.27VPC,，在该电压下充电速度和自放电速度相当,温度不同时，电压应做相应的调整，叫做温度补偿,放电深度,是指放出电量占电池额定容量的百分比,(Depth of Discharge,DOD),；,不同放电深度下，电池的循环寿命差异较大，放电深度越深，寿命越短,温度补偿系数,环境温度变化,1,时充电电压的改变值叫温补系数，通常为,-24mV/,该值为负表示温度升高时充电电压降低,温度补偿范围一般为,050,21,铅酸电池的相关定义,充电电压21铅酸电池的相关定义,重量,可以用来衡量电池的含 铅量,VRLA,含铅的质量分数约,60%,12V100Ah,电池质量约,33,千克,内阻,一般在充满电的状态下以,1000Hz,的交流电测量,内阻反映了电池用料的纯度,内阻小的电池寿命长,12V100Ah,电池的内阻约,3.56m,2V,系列的、容量大的电池内阻更小,一致性,串联使用时，某些落后电池会使整组电池容量降低、使用寿命缩短,先进的制造工艺提高电池的一致性,22,铅酸电池的相关定义,重量22铅酸电池的相关定义,开路电压,(Open Circuit Voltage,OCV),最大意义在于能衡量电池的荷电状态,(State of Charge,SOC),需要在充电或放电结束后两小时测量,因厂商、应用领域、技术等因素，,100%SOC,的电压不同,23,铅酸电池的相关定义,某国外品牌,VRLA,开路电压和荷电状态关系图,开路电压(Open Circuit Voltage,OCV,双极硫酸盐化理论：,1882,年由,Tribe,和,Gladstone,