镉镍碱性蓄电池讲义

中德财政合作青海太阳能项目电站管理人员培训教材中德财政合作青海太阳能项目电站管理人员培训教材 镉镍袋式碱性蓄电池原理与维护镉镍袋式碱性蓄电池原理与维护 青海省光明工程有限公司青海省光明工程有限公司 2005 年年 8 月月 一 一 电池的分类 电池的分类 电池的种类及其分类方法比较多 通常按电池的工作性质 电 解质以及电极材料来进行分类 但也存在着一定的局限性 不能反 映电池的全貌 目前主要分为四类 1 原电池 也称一次电池 其活性物质用尽后不能用充电的方 法使之恢复 只能废弃 如二氧化锰电池 锌 氧化汞电池等等 电液不流动的电池称 干电池 2 蓄电池 也称二次电池 其活性物质消耗尽后可利用充电方 法使之恢复 因此电池得以再生 电池内部反应自发发生并向电池 外部用电设备输出电流的过程称之放电 反之 向电池内输入电能 即有与放电电流方向相反的电流通过电池 电池内部发生与放电反 应相反的反应 此过程为充电 二次电池为电能贮存装置 故称蓄 电池 3 贮备电池 电池的某一重要组成与电池其他组成分开 这时 自放电排除 故电池可长期保存 通常是电解质被隔离 使用前迅 速加入电解液 电池即放电 4 燃料电池 将燃料 氧气 甲醇等 和氧化剂分别作为电池 两极的活性物质保存在电池主体之外 当反应物连续通入电池体时 即可连续放电 二 镉镍袋式碱性蓄电池的基本构造二 镉镍袋式碱性蓄电池的基本构造 1 一般结构 主要部件有正 负极板 隔膜 电解液 电池壳 另 还有一些零件 如端子 连接条等 2 镉镍袋式碱性蓄电池的结构 特点 镉镍袋式蓄电池具有优良的电性能 寿命长 结构坚固 耐过 充过放电 自放电小 可靠性高 维护方便 并用不同极板结构来 适应不同倍率电流的放电 可在 40 60 环境下使用 并且有良 好的荷电保持能力 可以在任何条件下长期贮存而无损坏 1 极板 正负极是由正 负极性活性物质包在穿孔镀镍 负极未 镀镍 钢带制成的袋子里 2 外壳 一般为塑料或镀镍钢外壳 3 隔板 通常是塑料栅或镀镍栅 4 4 电解液 以氢氧化钾为主体的水溶液 比重 1 20 20 时 三 镉镍袋式碱性蓄电池工作原理三 镉镍袋式碱性蓄电池工作原理 1 电池特性 袋式极板的基本原理是把粉末状的活性物质包在一个封闭的扁 平穿孔钢带袋里 并把这些袋叠放在一起制成电极 开口袋式电池 是由包于钢带盒中的氢氧化镍正极 隔板和与正极相同的包于钢盒 中的镉负极组成 它们均浸没在氢氧化钾的净化水溶液里 并装在 塑料或镀镍钢板制成的开口电槽里 2 充放电工作原理 它的基本电化学原理与其它各种镉镍电池相同 其充放电反应 如下 放电 2NiOOH 2H2O Cd 2Ni OH 2 Cd OH 2 充电 放电时 三价氢氧化镍消耗水并还原成两价氢氧化镍 金属镉 被氧化成氢氧化镉 充电时发生逆反应 电池的电动势是 1 29V 氢氧化钾电解液的比重和组成 在充放电过程中没有明显的变 化 这与铅酸电池中硫酸的变化情况正好相反 电解液的比重通常 为 2 2g ml 为了提高循环寿命和高温性能 通常电解液里还加入 氢氧化钾 四 蓄电池的容量四 蓄电池的容量 蓄电池的容量是在一定放电条件下 电池所能给出的电量 它 是放电电流 A 和放电时间 h 的乘积 单位一般为安时或毫安 时 蓄电池的容量计算公式 容量 电流 时间 即 C I h 式中 C 为蓄电池实际放电容量 安时 I 为放电电流 安培 h 为放电时间 小时 五 蓄电池的连接方式五 蓄电池的连接方式 蓄电池的连接方式分为串联和并联 要提高蓄电池组的电压则采用串联方式 串联是蓄电池的正极 端和相邻的蓄电池的负极端相连接 如 现有 1 2V 的蓄电池 而蓄 电池组所需电压为 60V 那么就需要 50 只 1 2V 的蓄电池串联 要提高蓄电池组的容量则采用并联方式 并联是蓄电池 或蓄 电池组 和相邻的蓄电池 或蓄电池组 的正极端和的正极端相连 接 负极端和负极端相连接 如 现有 1 2V 1000Ah 的蓄电池 而 所需蓄电池组为 1 2V 2000Ah 那么就需要 2 只 1 2V 的蓄电池串 联 例 现有 1 2V 1000Ah 的单体蓄电池 系统所需蓄电池组电压为 60V 容量为 2000Ah 那么就共需要只 100 只 1 2V 1000Ah 的 单体蓄电池 其中 50 只蓄电池分别串联后 2 组并联 六 蓄电池的充电方法六 蓄电池的充电方法 蓄电池的充电方法很多 随电池性能和使用情况的差别而差异 1 恒电流充电 以恒定的电流给蓄电池充电的方法 这种方法最方便也最普遍 通常对蓄电池的正常充电 初充电 或过充电 都是恒电流充电的 一种 2 恒压充电 以恒定的电压给蓄电池充电的方法 包括限流恒压充电 浮充 电 均衡充电等 3 阶段充电方法 开始用一定电流充电 达到预定值时改用较小电流充电的方法 4 快速充电 这种充电方法大都采用脉冲大电流进行智能充电 蓄电池一般采用正常充电 急用时 可采用快速充电 如遇蓄 电池过放电 反充电小电流放电 间隙放电或长期使用容量不足时 必须采用过充电进行充电 蓄电池充电后搁置 1 3 个月启用前 要 进行补充充电 蓄电池做为备用电源与负载并联工作时 须采用均衡充电 然 后转入浮充电进行充电 对长期处于浮充电的蓄电池 每年应进行 1 3 次的均衡充电 七 蓄电池的放电方法七 蓄电池的放电方法 蓄电池的放电方法有两种 即直接给负荷供电和人工负荷放电 人工负荷放电往往是用来检验电池的特性而使用的 通常以恒流方 式进行 八 镉镍袋式碱性蓄电池电性能和特点八 镉镍袋式碱性蓄电池电性能和特点 1 蓄电池的额定电压为 1 2V 只 这个电压与蓄电池的容量大小无 关 蓄电池组的额定电压为 n 1 2 伏 n 为串联的蓄电池的只数 2 碱性蓄电池的内阻要比铅酸蓄电池的小 3 自放电率较其它蓄电池低 4 寿命要比一般的铅酸蓄电池长 5 工作温度范围广 可在 40 至 45 之间工作 九 蓄电池使用维护注意事项九 蓄电池使用维护注意事项 1 使用过程的维护 1 1 蓄电池补加水 电解液由于水分蒸发与充电电解作用 密度增 大 因此要及时检查液面高度与调整电解液密度 恒流充放电连续 使用时 在充电前要检查并调整液面高度 恒压充电使用可每三个 月检查一次 浮充电使用可每半年检查一次 随着气温的升降可适 当增减补水次数 其水质要求按配电解液用水的标准 要求电站要求电站 管理人员每三个月检查一次单体蓄电池的液面高度 但平时如果发管理人员每三个月检查一次单体蓄电池的液面高度 但平时如果发 现蓄电池电解液达不到标准时 一定要及时通知我们相关人员 调现蓄电池电解液达不到标准时 一定要及时通知我们相关人员 调 整液面高度到标准高度 整液面高度到标准高度 1 2 电池在不同环境中使用 应选用相应配方的电解液 否则将影 响蓄电池的容量和寿命 1 3 低温下充电 将降低充电效率 最好是在常温下充好电 再到 低温环境中使用 这样才能保证电性能 如果确需在低温下充电 采用过充电进行充电 1 4 蓄电池贮存及使用室内要干燥通风 温度适宜 25 10 严 禁与酸性电池及其它酸类物质存放在同一房间 所有容器及工具不 允许与酸性电池混用 1 5 蓄电池不允许用金属工具撞击 拧紧螺母时 不得使工具同时 接触蓄电池正 负极柱 铁壳电池要避免外壳与负极柱接触 以防 短路 且在充电时严禁明火接近 1 6 蓄电池表面清洁 溢在蓄电池表面的电解液会形成白色结晶 影响绝缘性能 因此要保持蓄电池表面清洁干燥 铁质外壳及金属 零件上如有锈点应及时用布沾上电解液慢慢地擦掉 然后薄薄地涂 上一层防锈油或凡士林油 塑料壳电池的外壳清洗可以用 Na2CO3洗 涤剂 切忌用酒精和汽油清洗 以免外壳发生破裂 1 7 充电过程中 电解液温度不允许超过 45 如果超过 则应停 止充电或减小充电电流 或采取降温措施 待冷却后再进行充电 2 电解液的更换 2 1 电解液的更换 2 1 1 电解液的更换时间 在使用过程中 蓄电池内的电解液容易吸收空气中的二氧化碳 生成碳酸盐 增加了电池内阻 当碳酸盐的含量超过 60g L 时 或 发现电解液由于种种原因被污染 造成容量下降 均需更换电解液 浮充电使用时 每 1 5 2 年检查一次电解液中碳酸盐的含量 当其 含量超过规定时 则需要更换电解液 2 1 2 更换电解液的方法 将蓄电池放电到 1 0V 只后 打开气塞倒置并摇动蓄电池 使 内部沉积粉尘随电解液倒出 如倒出的电解液过脏 可用配电解液 的水冲洗蓄电池内部 2 3 次 把水倒干净后及时注入新配置的电解 液 2 2 性能检查 蓄电池组在使用过程中 如发现个别蓄电池容量下降或单体蓄 电池的电压较其它蓄电池差别太大则应更换 否则会影响蓄电池组 的性能 要求电站管理人员每个月用万用表测量一次蓄电池的单体要求电站管理人员每个月用万用表测量一次蓄电池的单体 电压 以便及时发现落后电池 测量时一定要注意测量时间 电压 以便及时发现落后电池 测量时一定要注意测量时间 2 3 蓄电池在使用时应有专人负责维护 特别在充电时应保证充电 电流的准确性和足够的充电时间 否则蓄电池充电不足会影响使用 3 主要故障与排除方法 故 障 原 因排 除 方 法 1 电解液使用时间过长 碳酸盐含量 太高 更换新电解液 2 使用电解液不当更换适当电解液 3 电解液用量过少 露出部分极板 补加蒸馏水 或低密度电解液 并调整密度 然后过充电 4 电解液中有害杂质过多清洗后 更换合格的电解液 5 充放电制度不当改用适当的充 放电制度 6 蓄电池内部短路或微短路 沉淀造成 则倒出电解液 清 洗电池内部 过滤或更换电解 液 然后过充电 如系其它原 因 应拆开电池 酌情修理 7 蓄电池外部短路或微短路 保持蓄电池周围干燥 加强绝 缘 清除造成短路的各种因素 8 使用仪表不正确检查校正所用电流表 电压表 容 量 下 降 9 蓄电池组中个别电池损坏更换新电池替补 1 蓄电池内部短路 断路或无电解液 仔细检查原因 清洗电池后 更换电解液或拆开修理 补加 电解液 2 蓄电池外部短路或断路 保持蓄电池周围干燥 加强绝 缘 检查清除造成短路 断路 的因素 电 压 不 正 常 3 接触不良或断开 检查各接触点包括跨接板 导 线接触情况 并予以修理 蓄电 池内 部析 出泡 电解液内含有机杂质更换合格电解液 沫 1 正极板膨胀不便修理 以不影响使用为原 则 2 气塞孔堵塞用热水清洗 使其畅通或更换 新气塞 外 壳 膨 胀3 蓄电池内部短路或电解液中有害杂 质过多 产生大量气体来不及排除 清除蓄电池内部短路因素 更 换新电解液 1 使用电解液液面过高吸出电解液至规定水平 2 极柱气塞密封不严更换密封零件 并拧紧 3 流出电解液过多经常擦洗 并保持通风干燥 4 凡士林涂抹不良及时清理并保持干燥 爬 碱 严 重 5 经常在较高湿度环境中使用或存放 注意调整环境湿度 经常使蓄 电池表面保持干燥 塑 料 外 壳 渗 漏 电 解 液 有砂眼或壳盖粘接处漏粘 运输 使用 过程中由于损伤造成的裂缝等 用 ABC 树脂溶于二氯乙烷或丙 酮配制的粘补剂 但粘补前一 定将该处的碱清洗干净 1 焊缝胀开或砂眼 倒出电解液 铁外壳蓄电池底 盖焊缝胀开可将电池浸入稀碱 液中 将焊缝胀开部位露出 10 15mm 用 4 号或 5 号焊嘴 小号气焊枪补焊 如果底部 倒置时将注液口密封 以防液 体进入蓄电池 蓄电池底盖部 位以外的焊缝漏液 则需要更 换外壳 铁 外 壳 渗 漏 电 解 液 2 铁外壳蓄电池使用过程中发生电化 学锈蚀致漏 如果是底 盖部位焊接缝锈蚀 可用小号焊枪补焊 如果是其 它部位锈蚀应更换外壳 并加 绝缘保持干燥 4 蓄电池 组 的保管与运输 蓄电池 组 保管的好坏和周围环境温度 空气湿度及蓄电池 保存前状态有关 按要求维护和保管可以延长使用寿命 4 1 长期保存 准备长期保存的蓄电池 组 在正常放电后倒出电解液 并立 即装上气塞 把表面清理干净 如气塞上有出气孔 需用医用胶布 密封 极柱等所有金属零件应均匀地涂上一层凡士林油 放在通风 干燥 没有酸雾 温度不大于 35 相对湿度不大于 75 的环境中保 存 4 2 短期保存 蓄电池 组 保存不超过一年 可带电解液保存 充 放电态 均可 但保存时必须调整电解液液面高度符合规定 将气塞拧紧 表面清理干净 将蓄电池 组 存放在湿度不大于 35 的干燥 通 风 无酸性污染的房间内 4 3 为了运输安全 将蓄电池放电后 倒掉电解液 避免因蓄电池 短路引起燃烧和漏出的电解液将器具腐蚀等事故的发生 镉镍碱性蓄电池在日常使用维护上的注意事项镉镍碱性蓄电池在日常使用维护上的注意事项 注意事项原 因结 果 设定电压高 寿命减少 液面降低则补水间隔 缩短 浮充电电压 设定电压低 容量降低 促进不活性化 导致 性能低下 忘记补水 露出极板使其氧化 发热直至烧 损 过补水溢液泄漏 补 水 使用了不纯净的水寿命减少特性低下