蓄电池原理及失效模式.ppt

阀控铅酸电池的原理结构 失效模式及其充放电特性,南都电源客户中心 2007年7月,报告提纲,铅酸蓄电池的发展历史 阀控式铅酸蓄电池的分类 阀控式铅酸蓄电池的基本结构 阀控铅酸蓄电池的基本原理 阀控铅酸蓄电池的充放电特性 阀控铅酸蓄电池的容量及影响因素 阀控铅酸蓄电池的失效模式,铅酸蓄电池的发展历史,1859年，普兰特发明了铅酸蓄电池 1881年，富尔发明了涂膏式极板 1882年，出现了铅锑合金作板栅，增强了硬度。 1938年，A.Dassler 提出密封铅酸电池的气体复合原理 1957年，德国阳光公司发明触变性凝胶的密封铅酸电池 1971年，美国Gates公司，发明了超细玻璃纤维隔板（AGM） 1984年，VRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用 二十世纪90年代，世界上VRLA电池用量大幅度增加,化学电源的定义和原理,定义 化学电源是一种把化学反应所释放出来的能量直接转换成低压直流电能的一种装置。 工作原理 化学电源就是一个能源转换的装置。放电时，电池内的化学能转变成电能，并将电能供应给负载；充电时，外界的电能在电池内部转换成化学能并储存起来。,阀控式铅酸蓄电池的定义和原理,阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Acid Battery(简称VRLA电池)，其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空气进入电池内部。,阀控铅酸蓄电池分类,AGM技术:美国的EXIDE、GNB、C&D； 日本的YUASA、GS Gel技术:德国Sonnenshein； 意大利FIAMM （交流时提到的电池，不作特殊说明一般指AGM技术）,AGM和Gel技术的比较,AGM技术： 内阻小，超细玻璃棉隔板吸收电解液，具有93以上的孔隙率，其中10左右作为O2的复合通道。,AGM电池氧气的复合,AGM和Gel技术的比较,Gel技术： 内阻较大，SiO2胶体吸收电解液，胶体的微裂纹作为O2的复合通道，使用初期有酸雾逸出。,胶体电池氧气的复合,VRLA电池一般结构及各组件的作用,负极板,板栅,正极板,隔板,安全阀,极柱,电池盖,电池槽,VRLA电池一般结构及各组件的作用,板 栅： 由铅合金经过模具铸造形成栅格状的物体，用于支撑活性物质、传导电流。 极 板： 板栅上涂膏后称为极板，它提供电化学反应的活性物质，是电化学反应的场所，电池容量的主要制约者。根据所涂铅膏性质的不同分为正极板和负极板。 隔 板： 储存电解液；作为氧气复合的气体通道；防止活性物质脱落；防止正负极之间短路。,VRLA电池一般结构及各组件的作用,槽 盖： 盛装极群，槽的厚度及材料直接影响到电池是否鼓胀变形。 极 柱： 直接焊接在汇流排上，用以连接连接条形成串联或并联回路，传导电流。 安全阀： 安全阀安装在电池盖上，由阀体和安全阀共同组成，使电池保持一定内压，提高密封反应效率；过充电或高电流充电时，安全阀打开排出气体，防止电池变形甚至发生爆炸；防止外界空气进入电池；防止电解液挥发,LSE系列产品特点 安全阀结构,阀控式铅酸蓄电池的基本原理 充放电过程中活性物质的转变,charge,discharge,charge,discharge,负 极,正 极,VRLA电池基本原理 充放电过程中电极的电化学反应,正负电极的主反应,正负电极的副反应,（充电达70时）,（充电达90时）,正 极： 负 极： 总反应：,discharge,charge,正 极： 负 极： 总反应：,VRLA电池基本原理 氧循环复合原理,VRLA电池实现密封的关键技术,高孔隙率的AGM隔板为O2的复合提供通道 电池极群的紧装配 过量的负极活性物质 正、负极板的容量比为1:1.1 高纯度的无锑板栅合金 提高析氢过电位 开、闭压可靠的安全阀 恒压限流的充电方式,VRLA电池的优点,在电池整个使用寿命期间，无需补加水，调整酸比重等，具有“免维护”的功能 不漏液、无酸雾、不腐蚀设备 自放电小，25下自放电率小于2（每月） 电池寿命长，25下浮充状态使用可达1015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4065范围内使用 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电池基本原理 与开口式电池比较,VRLA电池生产工艺流程,铅粒铸造 铅粉制造 和膏 涂板 固化切刷耳 板栅制造 (包极板) 配组 焊组热胶封 气密性 灌酸 活化 储存 装箱 复检 出厂,VRLA电池电性能介绍,1、工作电压 工作电压指电池接通负载后在充放电过程中 显示的电压，又称负载电压 2、浮充电压 3、均充电压,各厂家浮充电压的设置原则,浮充电流足以补偿电池的自放电损失 保护板栅不致于很快腐蚀 尽量减少O2与H2析出，并减少负极盐化 考虑其它的设计影响因素 浮充电压的温度补偿 浮充电压对VRLA电池使用寿命的影响 （具体值参考厂家各型号电池的用户手册）,阀控铅酸蓄电池的充放电特性,阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素,容量的定义 电池在一定放电条件下所能给出得电量称为电池的容量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（A.h）或毫安时（mA.h）。通常在C的下角处标明放电时率，如C10表明10小时率的放电容量；C3表明3小时率的放电容量。,影响实际容量的因素,放电率 放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上分布越不均匀，将减少电池输出的容量 终止电压 温度 ：温度与容量、寿命关系密切 电极的结构、制造工艺 等,温度与容量的关系,有 效 容 量,环境温度 （）,阀控铅酸蓄电池的失效模式,干涸失效模式 a 气体再化合的效率低； b 电池壳体中渗出水； c 板栅腐蚀消耗水； d 自放电损失水。,阀控铅酸蓄电池的失效模式,早期容量损失： a 不适宜的循环条件，诸如连续高速率放电、深放电、充电开始时低的电流密度； b 缺乏特殊添加剂如Sb、Sn、 H3PO4； c 低速率放电时高的活性物质利用率、电解液高度过剩、极板过薄等； d 活性物质视密度过低，装配压力过低等。,阀控铅酸蓄电池的失效模式,热失控的失效模式 电池工作环境温度过高/充电设备电压失控 充电量增加 内部温度升高 电池内阻下降 充电电流又升高 内阻进一步降低 恶性循环 措施： 充电设备应有温度补偿功能或限流； 严格控制安全阀质量，以使电池内部气体正常排出； 蓄电池要设置在通风良好的位置，并控制电池温度，排列不宜过于紧密（10MM以上）。,阀控铅酸蓄电池的失效模式,负极不可逆硫酸盐化 经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。 为了防止负极发生不可逆硫酸盐化，