蓄电池综合培训课件.ppt
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1、2022-8-13蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料(1)提提 纲纲Part I:概述:概述Part II:VRLA 电池工作原理Part III:VRLA 电池结构、组 件与制造蓄电池综合培训资料(1)1.电池基本概念电池基本概念电池是一种电的存储装置,可以有各种形状、大小、电压和容量的电池电能 化学能当两种金属(通常是性质有差异的金属)浸没于电解液之中,它们可以导电,并在两极之间产生一定电动势蓄电池综合培训资料(1)2.铅酸蓄电池原理铅酸蓄电池原理铅(Pb)(负极)与二氧化铅(PbO2)(正极)浸入硫酸(H2SO4)
2、溶液(电解液)构成。每个单体具有2V电动势。蓄电池通过串联获得所需电压;通过并联获得所需容量。蓄电池综合培训资料(1)3.铅酸蓄电池的发展(铅酸蓄电池的发展(1)1859年:G.Plante发明铅酸蓄电池。1881年:C.Faure发明涂膏式极板。1957年:西德Sonnenschein公司首次将凝胶电解质技术用于铅酸蓄电池,制成接触变性凝胶工业电池并投入市场。1971年:美国Gates公司首次将超细玻璃纤维用于密封铅酸电池中,第一次把氧气复合原理在商品电池中实施,实现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。蓄电池综合培训资料(1)70年代末期:美国GNB公司,英国Chloride公司,日本 YUASA
3、株式会社等先后申请了吸收式密 封铅酸蓄电池技术专利。80年代:欧洲电信部门数据通信网络启用分散式供电方 案,要求基础电源设备与通信设备同装一室,刺激了密封铅酸蓄电池的发展。铅酸蓄电池的发展(铅酸蓄电池的发展(2)蓄电池综合培训资料(1)铅酸蓄电池的发展(铅酸蓄电池的发展(3)我国VRLA电池的研制和生产始于80年代末,到1996年已有大小厂家400多家,具有较大规模的有40多家。现状:1、实力相差悬殊 2、质量鱼龙混杂 3、国产品牌占绝对优势蓄电池综合培训资料(1)4.铅酸蓄电池两种基本类型铅酸蓄电池两种基本类型 阀控式(密封)铅酸蓄电池(VRLA Battery-Valve Regulate
4、d Lead-Acid Battery)注:术语SLA-Sealed Lead-Acid Battery 已不再使用 开口排气式(富液式)(Open Vented)蓄电池综合培训资料(1)5.两类蓄电池比较两类蓄电池比较 开口排气式 阀控式VRLA 较早的技术 氧气复合技术 需要单独的电池房 可直接在办公环境中使用 定期维护 低维护“免维护”需要额外的安全防护 滤酸防爆,较安全 贮存使用保持直立状态 贮存使用可为任意方向 接线数量可能较大 可在负载内部或邻近使用 阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式蓄电池综合培训资料(1)6.VRLA
5、电池分类比较电池分类比较AGM电池 高比能(按体积或重量)可快速充电可适应低温运行环境中等深度放电高温影响GEL电池 适合深循环放电 可适应高温运行环境适于小电流放电模式早期无氧复合反应氧气通道的随机性 AGM-Absorbent Glass Mat蓄电池综合培训资料(1)7.VRLA蓄电池应用蓄电池应用 通信电源 电力操作电源 太阳能贮能系统 铁路机车起动 应急备用电源 UPS不间断电源 警报系统 安全装置 电子检测设备 三个基本应用 1、工业用 2、汽车起动用 3、牵引用(电动马达驱动,如电动汽车)蓄电池综合培训资料(1)提提 纲纲Part I:概述Part II:VRLA 电池工作原理电
6、池工作原理Part III:VRLA 电池结构、组件 与制造蓄电池综合培训资料(1)1.VRLA蓄电池工作原理蓄电池工作原理“双硫酸盐双硫酸盐”理论理论 放电PbO22H2SO4Pb PbSO42H2OPbSO4 充电(二氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)(硫酸铅)(水)(硫酸铅)正极活物质 电解液 负极活物质 正极活物质 电解液 负极活物质“Double sulfate”theory 电解液中硫酸不仅是导电用之电解质也是反应之反应物 阳极的PbO2与阴极的Pb于放电反应后皆产生PbSO4蓄电池综合培训资料(1)2.开口(富液式)电池充电后期电极反应开口(富液式)电池充电后期电极反应 正极板正极板(
7、Positive Plate)隔板隔板(Separator)负极板负极板(Negative Plate)氧气氧气(Oxygen Gas)氢气氢气(Hydrogen Gas)正极板(正极板(Positive Plate)2H2OO2 (oxygen gas)+4H+4e-负极板(负极板(Negative Plate)4H+4e-2H2 (hydrogen gas)蓄电池综合培训资料(1)正极板正极板(Positive Plate)玻璃纤维隔板玻璃纤维隔板(AGM Separator)负极板负极板(Negative Plate)氧气3.VRLA 电池氧气复合反应电池氧气复合反应 VRLA 电池内含
8、不流动电解液VRLA Cell with Immobalized Electrolyte当吸收正极板产生的氧气而消耗的海绵状铅的量与负极板充电生成海绵状铅的量二者达到平衡状态时,便实现了电池的密封蓄电池综合培训资料(1)VRLA 电池氧气复合反应电池氧气复合反应蓄电池综合培训资料(1)Part I:概述Part II:VRLA 电池工作原理Part III:VRLA 电池结构、组电池结构、组 件与制造件与制造 提提 纲纲蓄电池综合培训资料(1)电池壳端子排气孔排气三通上盖提手1.蓄电池外观结构蓄电池外观结构镀锡紫铜端子阻燃ABS电池壳蓄电池综合培训资料(1)2.铅酸蓄电池内部结构铅酸蓄电池内部
9、结构 电池槽、盖(container&cover)超强阻燃ABS塑料 端极柱(terminal)内嵌镀锡紫铜芯,使其电阻最小化,极柱采用三层特殊密封技术,完全阻止蓄电池漏液可能 汇流排(strap/group bar)防腐蚀抗氧化、耐大电流冲击 正负极群(Positive&negative plates)板栅采用特殊的铅钙锡铝四元合金,抗伸延、耐腐蚀、析氢过电位高 微细玻璃纤维隔板(AGM)粗细纤维合理配比,吸液力强、弹性持久 安全阀(safety valve)配备导气三通阀,采用防酸雾集气排气专利结构 蓄电池综合培训资料(1)3.板板 栅(栅(Grids)结构 放射状结构:利于大电流放电 栅
10、格结构:利于深度放电 厚度 薄板:大电流放电性能较好 厚板:浮充使用寿命较长蓄电池综合培训资料(1)正极板栅合金成份正极板栅合金成份 Pb(Lead)Pb-高Sb(Lead-High Antimony)Pb-低Sb(Lead-Low Antimony)Pb-Ca(Lead-Calcium)Pb-Sn(Lead-Tin)Pb-Ca-Sn-Al(Lead-Calcium-Tin-Aluminium)Pb-Ca-Sn-Ag(Lead-Calcium-Tin-Silver)蓄电池综合培训资料(1)正极板 涂膏:一氧化铅 (lead oxide PbO)化成:二氧化铅 (lead dioxide PbO
11、2)负极板 涂膏:一氧化铅 (lead oxide PbO)化成:铅(lead Pb)膨胀剂:木素/炭黑、硫酸钡(xylogen/carbon black and barium sulfate)4.活性物质活性物质蓄电池综合培训资料(1)保持正负极板绝缘防止铅枝短路(Dendrite Shorts)吸附、保持电解液气体通道压紧活性物质,延缓活物质脱落5.隔隔 板(板(Separator)正极板隔板负极板隔板材料 孔隙度 孔隙尺寸m 内阻/cm2微孔PVC 80 3 0.18微孔隙聚乙烯 63 1 0.15无纺聚乙烯 60 12 0.21无纺玻璃棉 65 20 0.18微细玻璃纤维棉 90 24
12、 0.1(AGM)蓄电池综合培训资料(1)组成:H2SO4 +H20 缓冲添加剂:Na2SO4 6.电解液(电解液(Electrolyte)u电解液既为导电物质又参与化学反应u电解液比重(Specific Gravity)与电池开路电压(Open circuit voltage)关系:OCVSG+0.84uSG 影响充电电压大小、电池“放电性能”uSG 影响电解液冰点(SG=1.300,冰点:-68.9)uSG 影响板栅腐蚀速度蓄电池综合培训资料(1)常用材料 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚丙烯(Polypropylene-PP)7.电池壳(电池壳(Container)ABSPP蓄电池综合
13、培训资料(1)8.安全阀(安全阀(Safety Valve)功能:单向调节蓄电池内压,防止空气进入电池内部。开阀压力:10-49Kpa闭阀压力:1-15Kpa蓄电池综合培训资料(1)9.蓄电池的制造流程蓄电池的制造流程蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料(1)极柱四周有白色晶体 极柱铜芯、连接条与端子接触部位发绿,周围出现电解液 电池槽盖间、电池阀体有电解液渗出 机械损伤:外力造成壳体、密封部位裂纹;制造原因:注液量过多,密封不严;使用原因:蓄电池达到寿命期,极柱腐蚀穿透,密封材料老化 常见问题常见问题1蓄电池漏液蓄电池漏液蓄电池综合培训资料(1)解决蓄电池漏液的对策解决蓄电池漏液的对策
14、“O”形密封圈极柱密封结构剖面端极柱热缩套管胶封层多层密封结构发展趋势维护:维护:注意到货验收、避免安装时磕碰如极柱漏液及时更换如安全阀渗液,量不大,使用一段时间后会消失设计:设计:蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题2蓄电池鼓胀蓄电池鼓胀热失控区域1、一组电池鼓涨-充电发生热失控环境温度过高、充电器故障等充电电流过大蓄电池发热量大蓄电池温度上升蓄电池损伤704060302.22.32.42.5环境温度充电电压(V/单体)50蓄电池综合培训资料(1)2、个别电池鼓涨-电池安全阀失效常见问题常见问题2蓄电池鼓胀蓄电池鼓胀内部压力超过一定限度蓄电池有发生破裂的危险蓄电池综合培训资料(1)解决蓄
15、电池鼓胀的对策解决蓄电池鼓胀的对策改善板栅合金配方 提高析氢过电位,抑制氢气的产生提高安全阀可靠性 确保长期使用的可靠性 减小初期充电电流 艾默生电源预限流功能,最大充电电流0.15C10,温度适应范围广采用温度补偿调整充电电压 高温条件下减小充电电流提高氧气复合反应效率是关键提高氧气复合反应效率是关键蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题3蓄电池过放电蓄电池过放电物质 分子重量 密度 相对Pb体积比Pb 207.2 11.34 1PbO 223.2 9.64 1.26-PbO2 239.2 9.37 1.32-PbO2 239.2 9.3 1.40PbSO4 303
16、.3 6.29 2.64超过电池放电终止保护电压之后的继续放电生成的PbSO4在充电时不能完全恢复成活性物质,导致电池容量下降蓄电池综合培训资料(1)针对过放电的针对过放电的对策对策1.设计深放电后具备良好回复充电特性的板栅合金、结构与铅膏配方 以12V100Ah为例,5次短接容量测试与初始容量比较,某国产合资品牌为55%,某进口品牌为65%,艾默生电池为95%蓄电池综合培训资料(1)2.根据负载电流调整放电终止保护电压。针对过放电的针对过放电的对策对策蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题4电池电压异常电池电压异常 内部存在短路的可能(渗透短路“铅枝搭桥”现象)内部存在断路(开路)的可能(
17、极群或串联连接存在虚焊,负极板极耳、汇流排产生泥状硫酸盐化)渗透短路负极汇流排硫酸盐化蓄电池综合培训资料(1)改善蓄电池电压异常的对策改善蓄电池电压异常的对策蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题5容量过早衰减,使用寿命短容量过早衰减,使用寿命短活性物质利用率下降 板栅腐蚀活性物质软化板栅有效面积减小板栅延伸活物质与板栅接触变松容量衰减蓄电池综合培训资料(1)正极板改进设计正极板改进设计蓄电池综合培训资料(1)硫酸盐化活物质利用率降低容量衰减 活性物质收缩硬化常见问题常见问题5容量过早衰减,使用寿命短容量过早衰减,使用寿命短蓄电池综合培训资料(1)设计:改进负极板铅膏添加剂设计:改进负极板铅
18、膏添加剂负极添加剂:特殊配比BaSO4、木素、短纤维 木素推迟电极钝化 BaSO4为PbSO4提供结晶成核中心 短纤维增强活物质之间结合力维护要点维护要点维护:维护:避免频繁放电造成硫酸盐积累。如多次放电间充电时间短于7天,则需要定期强制均充,恢复容量蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题5容量过早衰减,使用寿命短容量过早衰减,使用寿命短 蓄电池漏液水分损失电解液浓度上升容量衰减极间电阻增加正极板腐蚀电池故障 电解液重力分层蓄电池综合培训资料(1)设计:设计:改善电解液配方 降低电解液比重(电解液比重:1.29g/cm3,活物质利用率相对降低,使用寿命相对延长)添加剂:特殊配比Na2SO4、
19、硅质添加剂 Na2SO4:缓冲剂,抑制放电后PbSO4在电解液中的溶解;硅质胶体:阻止电解液重力分层,保持极板活物质性能稳定性。维护:维护:改善使用条件:保持常温下对电池进行充电;对充电电压进行温度补偿针对电解液故障的对策针对电解液故障的对策蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题5容量过早衰减,使用寿命短容量过早衰减,使用寿命短电池故障隔板贯通短路容量衰减隔板松散弹性减弱不能压紧极板保持湿润蓄电池综合培训资料(1)AGM隔板改进设计隔板改进设计 采用特殊配比粗细纤维多层交织搭配,起到如下重要作用:吸液力强保持电解液不流动;孔隙率高成为气体再化合良好通道;辅助提高极板装配压力,提高蓄电池循环使
20、用寿命 电池安装采用极板水平放置方式,自然压紧。蓄电池综合培训资料(1)电池故障密封性降低负极板容量衰减空气进入(吸收氧气)常见问题常见问题5容量过早衰减,使用寿命短容量过早衰减,使用寿命短蓄电池综合培训资料(1)壳体材料的改善壳体材料的改善采用:超强阻燃材料 抗老化、高强度的密封胶 抗老化、弹性恢复力好的安全阀常用材料 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)聚丙烯(Polypropylene-PP)蓄电池综合培训资料(1)常见问题常见问题6UPS级电池与电信级电池混用级电池与电信级电池混用UPS级蓄电池蓄主要针对短时间、大电流应用而设计电信级蓄电池主要针对长延时、深放电要求而设计UPS级蓄电池用于
21、长延时、深放电要求会严重影响其寿命电信级蓄电池用于短时间大电流放电会功率不足蓄电池综合培训资料(1)采用合适的蓄电池品种采用合适的蓄电池品种如通讯需要可采用电信级12V电池 满足小电流、长时间、深放电应用要求 使用寿命长 可靠性高(密封结构、内置应用防酸雾装置、超强阻燃材料)遵照标准:YD/T799-2002蓄电池综合培训资料(1)如长延时设备中选用了UPS级蓄电池,则需要提高电池放电保护电压。由于相应缩短了备电时间,需要提高充电响应速度。如在高功率设备中选用了电信级蓄电池,则要做好放电时间缩短的准备,或设立不同设备关机顺序,使功率尽快降低。蓄电池综合培训资料(1)蓄电池综合培训资料(1)提提
22、 纲纲1.概述概述2.通信应用蓄电池选型3、蓄电池工程设计蓄电池综合培训资料(1)“VRLA电池其它优点是GF型不能相比的,但当前在国内长寿命报道还未见有。北京市话局1997年著文反应,从1993年到目前,共用115组300500Ah阀控电池,最长使用寿命为3.5年,贵州黔南州报道他们只用29个月就没电了。现在全国有400多大小生产厂家3,鱼龙混杂,使用29个月的电池必然存在。我们了解几个UPS用户,他们反应VRLA只用3个月3年,没有超过3年的。邓昕聪论述VRLA电池可用5年4,解决一些问题后可用10年,此论点是比较实际的。但目前国内的生产厂家所用的材料、技术参等区别不大,短时间难以达到邓论
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