第4章 蓄电池及其充放电模式

1、南昌大学南昌大学第第4章章 蓄电池及其充放电模式蓄电池及其充放电模式南昌大学南昌大学学习要求学习要求 蓄电池的原理及充放电特性与控制 蓄电池的概念 蓄电池的充放电控制技术南昌大学南昌大学蓄电池的基本概念蓄电池的基本概念 化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。 电池放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池，也称二次电池。南昌大学南昌大学光伏发电系统对蓄电池的基本要求光伏发电系统对蓄电池的基本要求南昌大学南昌大学蓄电池的基本结构蓄电池的基本结构南昌大学南昌大学蓄电池的实物结构蓄电池的实物结构铅蓄电池一般由3个或

2、6个单格电池串联而成，若每个单格电池标称电压为V,3格串联为3V南昌大学南昌大学蓄电池的内部结构蓄电池的内部结构南昌大学南昌大学蓄电池内部组成概念图蓄电池内部组成概念图南昌大学南昌大学蓄电池的正负极板蓄电池的正负极板 极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。极板分质与电解液进行的。极板分正极板正极板和和负极负极板板，由栅架和活性物质组成，由栅架和活性物质组成。南昌大学南昌大学板栅板栅栅架一般由栅架一般由铅锑合金铅锑合金铸铸成，具有良好导电性、成，具有良好导电性、耐蚀性和一定

3、机械强度耐蚀性和一定机械强度。铅占。铅占94%，锑占，锑占6%。加入锑是为了改善力。加入锑是为了改善力学强度和浇铸性能。为学强度和浇铸性能。为了增加耐腐蚀性，加入了增加耐腐蚀性，加入0.1%0.2%的砷，提高的砷，提高硬度与机械强度，增强硬度与机械强度，增强抗变形能力，延长蓄电抗变形能力，延长蓄电池使用寿命。池使用寿命。南昌大学南昌大学正负极活性物质正负极活性物质 正极板上活性物质是二氧化铅（PbO2），呈棕红色；负极板上活性物质海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。 将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，在每个单格

4、电池中，正极板的片数要比负极板少一片，每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。3格电池，总极板数格电池，总极板数45，算出正负极板数？，算出正负极板数？南昌大学南昌大学蓄电池的正负极板结构蓄电池的正负极板结构 国产蓄电池正极板国产蓄电池正极板2.2mm，负极板，负极板1.8mm，国外大多采用薄型极板。国外大多采用薄型极板。南昌大学南昌大学隔板隔板南昌大学南昌大学隔板隔板隔板插放在正、负极隔板插放在正、负极板之间，板之间，防止正、负防止正、负极板互相接触造成短极板互相接触造成短路路。隔板耐酸、具有。隔板耐酸、具有多孔性，以利于电解多孔性，以利于电解

5、液的渗透。常用的隔液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等橡胶和微孔塑料等南昌大学南昌大学电解液电解液一般一般工业用硫酸和普工业用硫酸和普通水中，含有铁通水中，含有铁、铜等有害杂质、铜等有害杂质，绝对不能加入，绝对不能加入到蓄电池中，否到蓄电池中，否则自行放电，损则自行放电，损坏极板。坏极板。南昌大学南昌大学电解液密度范围的选择因素电解液密度范围的选择因素南昌大学南昌大学电解液密度和浓度对蓄电池的影响电解液密度和浓度对蓄电池的影响南昌大学南昌大学硫酸溶液的凝固特性硫酸溶液的凝固特性硫酸溶液的凝固点随浓度的不同而不同，若将15C时的密度各不相同的硫酸溶液冷却，可测得

6、他们的凝固温度，绘制出其凝固点曲线-60-60-50-50-40-40-30-30-20-20-10-100 0-70-701.01.0 1.11.11.21.2 1.31.3 1.41.41.51.5温温度度O OC C密度密度(kg/L)(kg/L) /(15 /(15O OC)C)1.61.6 1.71.7 1.81.8南昌大学南昌大学蓄电池外壳蓄电池外壳 壳体用于盛放电解液和极板组壳体用于盛放电解液和极板组，应该，应该耐酸耐酸、耐热、耐震、耐热、耐震。壳体多采用。壳体多采用硬橡胶硬橡胶或或聚丙聚丙烯塑料烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组

7、。壳内由间壁分成的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3 3个个或或6 6个互不相通的单格，各单格之间用铅质个互不相通的单格，各单格之间用铅质联条串联起来。联条串联起来。南昌大学南昌大学蓄电池的主要参数蓄电池的主要参数南昌大学南昌大学蓄电池的电动势蓄电池的电动势 电动势体现了电源把其他形式的能量转化成电能的本领，电动势使得电源两端产生电压，。 电动势的测量 （1）简易测量 （2）精确测量南昌大学南昌大学蓄电池电动势的测定蓄电池电动势的测定闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律 E=IR+IrrIRIErIRIE222111)(122211112122211IIRIRIIRIEIIRIRIr南昌大学南昌大

8、学I I R R 法法E=I1（R1+r）E= I1（R2+r）A ASR E r南昌大学南昌大学U U R R 法法 E r SRV)(111rRRUE)(222rRRUE南昌大学南昌大学伏安法（伏安法（U UI I法）法） AVS甲甲RAVS 乙乙R南昌大学南昌大学开路电压开路电压 定义定义：南昌大学南昌大学开路电压与电解液密度的关系开路电压与电解液密度的关系1.901.901.951.952.002.002.052.052.102.102.152.152.202.201.851.851.051.051.101.101.151.151.201.201.251.251.301.30开开路路电

9、电压压/V/V电解液密度电解液密度/ /（g/cmg/cm3 3）南昌大学南昌大学开路电压在充放电过程中的变化开路电压在充放电过程中的变化由于极板微孔中的密度由于极板微孔中的密度大于溶液本体的密度，大于溶液本体的密度，故充电结束后，故充电结束后，开路电开路电压随着微孔中的硫酸逐压随着微孔中的硫酸逐渐向外扩散而逐步降低渐向外扩散而逐步降低，当极板微孔中的密度，当极板微孔中的密度与溶液本体中的密度一与溶液本体中的密度一致时，开路电压也就固致时，开路电压也就固定下来了。定下来了。由于极板微孔中的密度由于极板微孔中的密度小于溶液本体的密度，小于溶液本体的密度，故放电结束后，故放电结束后，当极板微孔，当

10、极板微孔中的密度与溶液本体中中的密度与溶液本体中的密度一致时，开路电的密度一致时，开路电压也也保持固定。压也也保持固定。放电过程放电过程充电过程充电过程南昌大学南昌大学工作电压工作电压，即。电池在接通负载后，由于欧姆电电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。工作电压低于开路电压。南昌大学南昌大学工作电压的变化工作电压的变化1.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.01.61.60 01 12 23 34 45 5端端电电压压/V/V时间时间/h/h6 67 78 89 9o oa ab b

11、c cd de e南昌大学南昌大学端电压端电压：。蓄电池的端电压与、及等均有关系。当用恒定的电流进行充放电时，端电压可由如下表示：内放v放内充v充rrIEUIEU南昌大学南昌大学充电过程端电压的变化充电过程端电压的变化 用恒定电流对铅酸蓄电池进行，这种变化曲线称之为。1.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.01.61.60 01 12 23 34 45 5时间时间/h/h6 67 78 89 9aabbccddeeoo端端电电压压/V/V南昌大学南昌大学终止电压终止电压当端电压下降到当端电压下降到c c点后，若继点后，若继续放电，端电压下降速度更续放电

12、，端电压下降速度更快，这是因为微孔中硫酸的快，这是因为微孔中硫酸的浓度由于得不到补充已降至浓度由于得不到补充已降至很低，使放电反应无法进行。很低，使放电反应无法进行。所以所以c c点为放电终止电压。点为放电终止电压。当蓄电池停止当蓄电池停止放点后，放电放点后，放电反应不再发生，反应不再发生，使得微孔中的使得微孔中的溶液逐渐上升，溶液逐渐上升，并最终与本体并最终与本体溶液的浓度相溶液的浓度相等，使得电池等，使得电池的开路电压逐的开路电压逐渐上升并稳定渐上升并稳定下来。下来。1.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.01.61.60 01 12 23 34

13、45 5端端电电压压/V/V6 67 78 89 9aabbccddeeooo oa ab bc cd de e时间时间/h/h终止电压终止电压南昌大学南昌大学影响端电压的因素影响端电压的因素放电率因素放电率因素充电率因素充电率因素南昌大学南昌大学温度因素温度因素南昌大学南昌大学电流（充放电率）因素电流（充放电率）因素：，成为。小时率：蓄电池在多长小时率：蓄电池在多长时间内冲进或放出额定时间内冲进或放出额定容量值容量值 ()倍率：放电电流的的数倍率：放电电流的的数值为额定容量数值的倍值为额定容量数值的倍数数 ()南昌大学南昌大学电流（充放电率）因素电流（充放电率）因素南昌大学南昌大学充放电端电

14、压变化曲线充放电端电压变化曲线1.81.82.02.02.22.22.42.42.62.62.82.83.03.01.61.60 01 12 23 34 45 5端端电电压压/V/V时间时间/h/h6 67 78 89 9aabbccddeeooo oa ab bc cd de e南昌大学南昌大学铅酸蓄电池的内阻铅酸蓄电池的内阻南昌大学南昌大学影响内阻的因素影响内阻的因素南昌大学南昌大学内阻的测定内阻的测定：蓄电池充放电过程中的内阻可由求出充充充IEUrE为电动势；为电动势；U充充/放放为充放电端电压；为充放电端电压；I充充/放放为充放电电流；为充放电电流；r充充/放放为电池的全内阻为电池的全

15、内阻举例：举例：某蓄电池接上负载后，通过路线的电流为某蓄电池接上负载后，通过路线的电流为12A，放电，放电至端电压为至端电压为1.95V，将电路断开，测得开路电压为，将电路断开，测得开路电压为2.05V,则该蓄电池放电至此时的内阻为多少则该蓄电池放电至此时的内阻为多少?）（008.01295.1-05.2放放放IUEr放放放IUEr南昌大学南昌大学蓄电池的容量蓄电池的容量、。南昌大学南昌大学理论容量理论容量在电解过程中，在电解过程中，阴极上还原物阴极上还原物质析出的量与质析出的量与所通过的电流所通过的电流强度和通电时强度和通电时间成正比间成正比M=KQ=KItM析出金属的质量；K比例常数（电化

16、当量）Q通过的电量；I 电流强度；t 通电时间。南昌大学南昌大学理论容量的计算理论容量的计算南昌大学南昌大学理论容量的计算理论容量的计算南昌大学南昌大学理论容量的计算理论容量的计算)( 2.22446.410001000220hAKCPbOPbO)(4.25887.3100010000hAKCPbPb南昌大学南昌大学理论容量的计算理论容量的计算 正极需要硫酸的质量为： 负极需要硫酸的质量为：南昌大学南昌大学额定容量额定容量，。实践中，电池容量被定义为：。也可以说电池容量是：。南昌大学南昌大学实际容量实际容量 电池的实际容量比理想容量要小，在最佳放电条件下，铅酸蓄电池的实际容量也只有理论容量的4

17、5%50%左右，放电时，电极上生成的硫放电时，电极上生成的硫酸铅充的密度小于酸铅充的密度小于PbOPbO2 2和和PbPb的密度，体积变大，使的密度，体积变大，使极板上的微孔逐渐减小甚极板上的微孔逐渐减小甚至堵塞，影响了电解液的至堵塞，影响了电解液的扩散和电化学反应，使活扩散和电化学反应，使活性物质得不到充分利用。性物质得不到充分利用。正极活性物质的利用率地狱正极活性物质的利用率地狱负极，其主要原因是正极的负极，其主要原因是正极的浓度差极化大于负极的浓差浓度差极化大于负极的浓差极化，因为正极反应使微孔极化，因为正极反应使微孔中除硫酸根离子变化外，氢中除硫酸根离子变化外，氢离子浓度也发生变化，同

18、时离子浓度也发生变化，同时也有也有H H2 2O O的消耗与生成的消耗与生成另外另外南昌大学南昌大学影响容量的因素影响容量的因素 影响蓄电池容量的因素很多，。而活性物质的利用率又与、(放电率、温度、终止电压)、因素有关 影响蓄电池容量主要有一下因素影响蓄电池容量主要有一下因素： 1、 2、 3、南昌大学南昌大学放电率对容量的影响放电率对容量的影响南昌大学南昌大学放电率对容量的影响放电率对容量的影响南昌大学南昌大学放电率与容量百分数的关系放电率与容量百分数的关系40405050606070708080909010010030300 01 12 23 34 45 5容容量量百百分分数数/%/%小时

19、率小时率/h/h6 67 78 89 9南昌大学南昌大学温度对容量的影响温度对容量的影响温度对铅酸蓄电池容量的影响很大温度对铅酸蓄电池容量的影响很大，从而影响电池的容量。从而影响电池的容量。温度较高时，扩散温度较高时，扩散速度增加，有利于速度增加，有利于活性物质反应，提活性物质反应，提高活性物质利用率，高活性物质利用率，因而容量较大因而容量较大温度较低时，刚好相反，故而温度较低时，刚好相反，故而容量较小。尤其实在零下温度容量较小。尤其实在零下温度下，电解液的黏稠度极具增大，下，电解液的黏稠度极具增大，严重影响离子扩散，电化学反严重影响离子扩散，电化学反应严重受阻，导致电池的容量应严重受阻，导致

20、电池的容量降低。降低。南昌大学南昌大学电解液温度与容量的关系曲线电解液温度与容量的关系曲线404050506060707080809090100100-20-20-10-100 010102020容容量量百百分分数数/%/%小时率小时率/h/h30304040110110南昌大学南昌大学终止电压对容量的影响终止电压对容量的影响 有蓄电池放电曲线可知，反而会对电池的寿命造成影响 在一定的放电率条件下，。，是电池过早损坏。南昌大学南昌大学终止电压对容量的影响终止电压对容量的影响。，活性物质利用率低，放电容量小，可适活性物质利用率低，放电容量小，可适当降低终止电压当降低终止电压；，活性物质利用率活性

21、物质利用率高，放电容量大，可适当提高终止电压，否则会引高，放电容量大，可适当提高终止电压，否则会引起电池的过量放电起电池的过量放电放电率放电率/h/h105310.50.25普兰特式极板普兰特式极板1.871.801.781.751.701.65涂膏式极板涂膏式极板1.791.761.741.681.591.47管式极板管式极板1.801.751.701.60放电率与终止电压的关系放电率与终止电压的关系南昌大学南昌大学电池连接方式与容量的关系电池连接方式与容量的关系 电池在制造或使用时，需要电池在制造或使用时，需要。南昌大学南昌大学串联串联 单体的电池电压很低，而用电设备通常需要较高的电压，。

22、U串联串联=U1+ U2+ U3+ 。+ Un 串联电池组可以提高电压，但电池组的容量与单体电池的容量是相等的。C串联串联=C1= C2= C3= 。= Cn南昌大学南昌大学并联并联。 实际使用中，若用电设备需要大容量电池实际使用中，若用电设备需要大容量电池，则直接选用大容量的电池，而不是将小，则直接选用大容量的电池，而不是将小容量电池并联起来以提高容量；只有当所容量电池并联起来以提高容量；只有当所需容量太大，有没有响应型号的电池时，需容量太大，有没有响应型号的电池时，才通过将电池并联起来以提高容量才通过将电池并联起来以提高容量U并联并联 = U1= U2= U3=。=UnC并联并联 = C1

23、+ C2+ C3+。+ Cn南昌大学南昌大学蓄电池并联供电可能出现的问题蓄电池并联供电可能出现的问题南昌大学南昌大学并联电池组异常分析并联电池组异常分析南昌大学南昌大学并联电池组异常分析并联电池组异常分析南昌大学南昌大学串并联结合串并联结合 电池的串并联结合通常用于没有通信设备电池的串并联结合通常用于没有通信设备所需的大容量电池时。所需的大容量电池时。 根据上面关于电池并联方式的分析可知，根据上面关于电池并联方式的分析可知，一旦并联电池组中出现一只落后的电池，一旦并联电池组中出现一只落后的电池，就会影响电池组中的其他电池，所以只是就会影响电池组中的其他电池，所以只是在万不得已的情况下才使用并联

24、与串联相在万不得已的情况下才使用并联与串联相结合的电池连接方式。结合的电池连接方式。南昌大学南昌大学蓄电池的能量蓄电池的能量指在一定放电制度下，蓄电池所能指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时（给出的电能，通常用瓦时（Wh）表示）表示。 蓄电池的能量分为和。理论能量W理可用理论容量C理和电动势E的乘积表示，即：W理理 = C理理 E式中，理论容量式中，理论容量C理理是蓄电池中活性物质的质是蓄电池中活性物质的质量按法拉第定律计算得到的最高理论值。量按法拉第定律计算得到的最高理论值。南昌大学南昌大学蓄电池的能量蓄电池的能量 蓄电池的实际能量为一定放电条件下的实蓄电池的实际能量为一定放

25、电条件下的实际容量际容量C实实与平均工作电压与平均工作电压U平平的乘积的乘积，即W实实 = C实实U平平 式中，。南昌大学南昌大学比能量比能量 定义：定义：比能量是指电池单位质量或单位体比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。 一般常用一般常用来比较不同的蓄电池系列来比较不同的蓄电池系列比能量有和之分。南昌大学南昌大学比能量比能量 由于各种因素的影响，。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下：W实实 = W理理KVKRKm 式中，KV 是电压效率是电压效率，是指电池的工作电是指电池的工作电压与电动势的比值压与电动势的比值；KR 是反应效率

26、是反应效率，表示表示活性物质的利用率活性物质的利用率；Km 为质量效率为质量效率；南昌大学南昌大学蓄电池的蓄电池的输出效率输出效率，但是实际的蓄电池在工工作过程中必有一定的能量损耗作过程中必有一定的能量损耗，通常。南昌大学南昌大学容量输出效率容量输出效率c 容量输出效率c是指电池放电时输出的电量电池放电时输出的电量与充电时输入的电量之比与充电时输入的电量之比： 式中，Cdis 是放电时输出的电量放电时输出的电量；Cch 是充充电时输入的电量电时输入的电量。南昌大学南昌大学能量输出效率能量输出效率Q 能量输出效率Q是指放电输出能量与充电放电输出能量与充电输入能量之比输入能量之比：Qdis 是放电

27、时输出的能量放电时输出的能量；Qch 是充电时输入充电时输入的能量的能量。 影响蓄电池输出效率的主要因素影响蓄电池输出效率的主要因素是是蓄电池蓄电池存在内阻，内阻消耗的能量以热的形式释存在内阻，内阻消耗的能量以热的形式释放放南昌大学南昌大学蓄电池的蓄电池的自放电率自放电率 自放电率用单位时间容量降低的百分数表自放电率用单位时间容量降低的百分数表示示： 式中，Ca是电池存贮前的容量电池存贮前的容量（Ah）；Cb表示电池存贮后的容量电池存贮后的容量（Ah）；T电池贮电池贮存的时间存的时间，。南昌大学南昌大学引起引起蓄电池蓄电池自放电的三种作用自放电的三种作用南昌大学南昌大学负极的自放电负极的自放电

28、南昌大学南昌大学正极的自放电正极的自放电南昌大学南昌大学影响自放电的因素影响自放电的因素引起蓄电池自放电的因素主要有一下三种：引起蓄电池自放电的因素主要有一下三种：南昌大学南昌大学减少自放电的措施减少自放电的措施南昌大学南昌大学蓄电池的放电深度蓄电池的放电深度 在电池使用过程中，电池放出的容量占其额定容量的百分比称为放电深度放电深度。放电深度的高低和二次电池（蓄电电池或充电电池）的充电寿命有很深的关系，因此在使用时应尽量避免深度放电。南昌大学南昌大学蓄电池的使用寿命蓄电池的使用寿命在规定条件下，在规定条件下，蓄电池的有效寿命期限蓄电池的有效寿命期限成为该电池成为该电池的使用寿命。的使用寿命。影

29、响寿命的主要因素有：影响寿命的主要因素有：、。0 01010202030304040寿寿命命/ /年年温度温度/ /O OC C5050606010106 64 4南昌大学南昌大学蓄电池的寿命特性蓄电池的寿命特性铅酸蓄电池在启用后，在初期的充放电循环中，容铅酸蓄电池在启用后，在初期的充放电循环中，容量逐渐增大，达到最多之后又会逐渐下降，在使用量逐渐增大，达到最多之后又会逐渐下降，在使用后期容量下降速度有所加快，当下降到额定容量的后期容量下降速度有所加快，当下降到额定容量的75%80%75%80%时，被认为是到了寿命终期。时，被认为是到了寿命终期。0 0100100200200300300400

30、400放放电电容容量量AhAh小时率小时率/h/h500500600600南昌大学南昌大学电池循环寿命与放电深度的关系电池循环寿命与放电深度的关系 反复的充电和放电循环，容易反复的充电和放电循环，容易引起活性物质脱落引起活性物质脱落和极板栅腐蚀和极板栅腐蚀40405050606070708080909010010030300 01 12 23 34 45 5放放电电深深度度/%/%循环次数循环次数/ /百次百次6 67 78 89 9南昌大学南昌大学蓄电池的基本特性蓄电池的基本特性：南昌大学南昌大学循环充放电循环充放电 循环充放电属于全充全放型方式，该循环循环充放电属于全充全放型方式，该循环方

31、式使得蓄电池寿命减短。方式使得蓄电池寿命减短。 光伏电池直接向蓄电池供电，再由蓄电池光伏电池直接向蓄电池供电，再由蓄电池向外部负载放电。向外部负载放电。南昌大学南昌大学浮充浮充是指光伏电池输出的电压大体上是恒光伏电池输出的电压大体上是恒定的，略高于蓄电池组的端电压，由少量定的，略高于蓄电池组的端电压，由少量电流来补偿蓄电池组的损耗，以使蓄电池电流来补偿蓄电池组的损耗，以使蓄电池组能经常保持在充电满足状态而不致过充组能经常保持在充电满足状态而不致过充电。电。是全浮充，南昌大学南昌大学定期浮充定期浮充 部分时间由蓄电池向负载供电，部分时间部分时间由蓄电池向负载供电，部分时间由光伏电池输出的直流电向

32、负载供电，蓄由光伏电池输出的直流电向负载供电，蓄电池定期补充放出的容量。电池定期补充放出的容量。 蓄电池联续浮充和定期浮充的使用寿命，蓄电池联续浮充和定期浮充的使用寿命，比按循环充放电方式的使用寿命长，连续比按循环充放电方式的使用寿命长，连续浮充方式比定期浮充方式合理。浮充方式比定期浮充方式合理。南昌大学南昌大学蓄电池的充电蓄电池的充电南昌大学南昌大学恒流充电恒流充电恒流充电适合蓄恒流充电适合蓄电池串联的蓄电电池串联的蓄电池组。分段恒流池组。分段恒流充电是恒流充电充电是恒流充电的改进方式，在的改进方式，在充电后期把充电充电后期把充电电流减小电流减小。南昌大学南昌大学恒压充电恒压充电 恒压充电是

33、恒压充电是指指以恒定的电压进行充电以恒定的电压进行充电，这种充电方法电解这种充电方法电解水很少，避免了蓄水很少，避免了蓄电池过充。但在充电池过充。但在充电初期电流过大，电初期电流过大，对蓄电池寿命造成对蓄电池寿命造成很大影响，且容易很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，使蓄电池极板弯曲，造成电池报废造成电池报废南昌大学南昌大学恒压限流充电恒压限流充电 恒压限流充电是恒压限流充电是指指在充电器和蓄电池之间在充电器和蓄电池之间串联一个电阻串联一个电阻，电阻上的压降也大，从而减小了充电电压；，电阻上的压降也小，充电输出压降损失就小，从而自动调整了充电电流南昌大学南昌大学快速充电快速充电 快速充电是用脉冲

34、电流对电池充电，然后快速充电是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环。让电池停充一段时间，如此循环。南昌大学南昌大学脉冲式充电曲线脉冲式充电曲线南昌大学南昌大学铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理南昌大学南昌大学铅酸蓄电池充电铅酸蓄电池充电南昌大学南昌大学阀控密封蓄电池（阀控密封蓄电池（VRLA）基本概念）基本概念（1）(超细玻璃棉隔板内阻低、高效率放电向能好)，：（2）固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池） 基本原理和反应 酸性二次可逆电池； （固定、阀控、密封 GFM 、GFMJ胶体） 氧化还原得失电子反应（在各自不同的区域里进行) AGM阴极吸收式（贫液式）阴极吸

35、收式（贫液式） GEL胶体式胶体式南昌大学南昌大学组成阀控密封电池的必要条件组成阀控密封电池的必要条件1) 1)专门的正极板板栅铅合金；板栅的作用及正专门的正极板板栅铅合金；板栅的作用及正板栅的技术要求板栅的技术要求 2)2)负极活性物质过量设计原则；负极活性物质过量设计原则；3)3)专门设计功能型单向安全排气阀；专门设计功能型单向安全排气阀；4)4)专门设计功能的超细玻璃纤维；专门设计功能的超细玻璃纤维；5)5)专门设计的充电方式；专门设计的充电方式；南昌大学南昌大学VRLA电池具有以下主要优点电池具有以下主要优点南昌大学南昌大学VRLA电池放电原理电池放电原理O2H2PbSOSO2HPbO

36、Pb :总反应223:正极2 :负极24)充电(放电42224)充电(放电24充电）放电（44OHPbSOeHSOHPbOHPbSOeHSOPb南昌大学南昌大学阴极吸收原理的反应过程示意图阴极吸收原理的反应过程示意图 让负极活性物质过让负极活性物质过量，同时能很好吸收正量，同时能很好吸收正极放出的极放出的O O2 2，就实现了就实现了阴极吸收的设计。阴极吸收的设计。OHPbSOSOHPbOPbOPbO2442221南昌大学南昌大学放电中的化学变化放电中的化学变化 蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应 , 生成新化合物硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈

37、久，硫酸浓度愈稀薄。南昌大学南昌大学充电中的化学变化充电中的化学变化 由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸 、 铅及过氧化铅 , 因此电池内电解液的浓度逐渐加 , 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束。南昌大学南昌大学双登蓄电池产品特点及改进措施双登蓄电池产品特点及改进措施采用双合金制作极板，蓄电池具有深放电及深循环能力好，耗水量低，耐蚀性能优专利组合端子。极群自动焊接。外壳本体材料热封焊。短路检测考核充放电效率及容量恢复能力充放电时电压

38、、电流特定要求的说明。均充退出动作要可靠。使用后期浮充电压正常时要有浮充电流。南昌大学南昌大学阀控密封蓄电池的结构特点阀控密封蓄电池的结构特点结构结构特点特点南昌大学南昌大学阀控铅酸蓄电池基本性能阀控铅酸蓄电池基本性能（1）标称电压）标称电压2伏；实际电压伏；实际电压2.15伏左右。伏左右。 （State of ChargeState of Charge）（V/cellV/cell）100%2.1580%2.1060%2.0740%2.0420%2.00南昌大学南昌大学阀控铅酸蓄电池基本性能阀控铅酸蓄电池基本性能（2 2）（3 3）V V开开C C新新 新电池容量与开路电压成正比新电池容量与开

39、路电压成正比（4 4）V V开开d d液液 电解液比重与开路电压成正比电解液比重与开路电压成正比（5 5）DODDOD（放电深度）循环次数成反比。（放电深度）循环次数成反比。 。 （6 6）充电量充电量/ /放电量应大于放电量应大于1.21.2倍倍( (充电量充电量120120）（7 7）d d 液液 电解液比重配置与温度成反比电解液比重配置与温度成反比。南昌大学南昌大学阀控蓄电池基本性能阀控蓄电池基本性能（8）虽无记忆效应，但不能亏电。）虽无记忆效应，但不能亏电。 Pb PbO2 H2SO4 PbSO4 H2O 电解液电解液 以上反应中关键是由右至左的充电反应要得以上反应中关键是由右至左的充

40、电反应要得到保证，且越完全越好。即：理论上充电到保证，且越完全越好。即：理论上充电越完全，越完全， 硫酸铅反应越彻底。可以认为：硫酸铅反应越彻底。可以认为：阀控密封铅酸蓄电池阀控密封铅酸蓄电池 维护工作的重点，是维护工作的重点，是如何保证蓄电池的充电效果和建立并完善如何保证蓄电池的充电效果和建立并完善蓄电池行之有效的充电方法。蓄电池行之有效的充电方法。 南昌大学南昌大学阀控蓄电池基本性能阀控蓄电池基本性能（9）单体电池充电电压）单体电池充电电压2.40伏。伏。 2.40伏为阀控电池体系的水解电位。伏为阀控电池体系的水解电位。国产蓄电池单体充电电压不要超过国产蓄电池单体充电电压不要超过2.38伏

41、（伏（即即48伏系统充电电压不要超过伏系统充电电压不要超过57伏）伏）。南昌大学南昌大学阀控密封电池的失效模式阀控密封电池的失效模式（1）板栅的腐蚀与极板的增长）板栅的腐蚀与极板的增长 由于电池失水，造成电解液比重增高，过强由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生须注意防止电池失水现象发生（2）电池内部不正常干涸失水）电池内部不正常干涸失水（3）负极板表面硫酸盐化）负极板表面硫酸盐化 在电池的循环使用过程中，由于维护不当，在电池的循环使用过程中，由于维护不当，如浮充电压设置的不合理，或如

42、浮充电压设置的不合理，或“小马拉大车小马拉大车”，或环境温度的影响等原因，使得电池极板内部一或环境温度的影响等原因，使得电池极板内部一些活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质些活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅间形成高电阻层，内阻增大，放电后又充与板栅间形成高电阻层，内阻增大，放电后又充不进电，长此以往，容量下降。不进电，长此以往，容量下降。南昌大学南昌大学阀控密封电池的失效模式阀控密封电池的失效模式（4）热失控）热失控 当充电电流增大时，造成了蓄电池失水、内当充电电流增大时，造成了蓄电池失水、内阻增大、容量衰减和在充、放电过程中产生大量阻增大、容量衰减和在充、放电过程中产生大量

43、的热量。这些热量如来不及扩散使温度剧增，就的热量。这些热量如来不及扩散使温度剧增，就会形成热失控。会形成热失控。 热失控产生的原因还有没及时减小浮充电压、安热失控产生的原因还有没及时减小浮充电压、安全阀不严或开阀压过低等等。全阀不严或开阀压过低等等。 （5）早期容量损失）早期容量损失（快速容量损失（快速容量损失（PCL-1PCL-1）, ,较慢的容量损失较慢的容量损失(PCL-2)(PCL-2)和负极影响的一般容量损失和负极影响的一般容量损失(PCL-3) (PCL-3) 南昌大学南昌大学负极板硫酸盐化原因负极板硫酸盐化原因 铅蓄电池长期处于放电状态或放电后不及铅蓄电池长期处于放电状态或放电后

44、不及时充电长期搁置。时充电长期搁置。长期充电不足长期充电不足经常进行深度放电（电池电压放电至经常进行深度放电（电池电压放电至1.75V -1.80V)1.75V -1.80V)（42V-43.2V42V-43.2V）在部分荷电状态下的循环运行使负极产生在部分荷电状态下的循环运行使负极产生严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。严重硫酸盐化，电池寿命大大缩短。南昌大学南昌大学温度补偿对使用的影响温度补偿对使用的影响在环境温度为在环境温度为30时时VRLA电池的寿命将电池的寿命将减少一半减少一半 温度上升影响使用寿命。温度上升影响使用寿命。 温度下降影响放电容量。温度下降影响放电容量。 温度补偿必须注意补

45、偿范围：温度补偿必须注意补偿范围： 例：例：20以下以下25 45以上以上, 按按 3mv/cell5.5mv/cell; 温补上限不能超过温补上限不能超过57伏高压告警值，伏高压告警值， 即：单体电压不能超过即：单体电压不能超过2.38伏；伏； 温补下限不能低于温补下限不能低于52伏系统开路电压伏系统开路电压 即：单体电压不能低于即：单体电压不能低于2.16伏；伏； 问题：无法预先设定温补范围，谨慎使用。问题：无法预先设定温补范围，谨慎使用。南昌大学南昌大学安全性的问题安全性的问题（1）大容量电池组推荐采用系统外并结构。）大容量电池组推荐采用系统外并结构。 a、单体结构；、单体结构； b、不

46、同容量（大小）组合的利弊（安全合理性、占、不同容量（大小）组合的利弊（安全合理性、占地、承重；地、承重； c、容量的组合配置建议；、容量的组合配置建议；（2）设定退出均充（转浮充）的动作要可靠。）设定退出均充（转浮充）的动作要可靠。（3）容量离线放电后，需先尽可能充满再并入。）容量离线放电后，需先尽可能充满再并入。（4）电池外壳材料的阻燃问题。）电池外壳材料的阻燃问题。（5）UPS系统蓄电池使用现状（方式、边际网等）系统蓄电池使用现状（方式、边际网等）（6）放电电流小于）放电电流小于10小时率电流小时率电流1/3以下时必须控制放出以下时必须控制放出容量或控制放电时间。容量或控制放电时间。 小电

47、流：小电流：10/3;（小电流定义的依据）（小电流定义的依据） 电流小于电流小于10三分之一以下，电压与时间的关系与标准曲三分之一以下，电压与时间的关系与标准曲线不对应。举例说明：线不对应。举例说明：南昌大学南昌大学 300AH 终止电压47V(1.96V）一次下电10小时放电39小时 390AH 终止电压44V（1.83V）二次放电3.5小时 35AH 合计：39035425AH 小电流充电15天90南昌大学南昌大学维护工作中易忽略的问题维护工作中易忽略的问题（1）交流三项严重不平衡的影响；）交流三项严重不平衡的影响；（2）使用后期使用后期浮充电压正常，浮充电压正常，无浮充电流无浮充电流的问

48、题的问题(调高电调高电压）；压）；（3）标称容量与实际容量严重不符的问题。）标称容量与实际容量严重不符的问题。（4）长期在线备而不用的蓄电池组的维护（负极板硫酸）长期在线备而不用的蓄电池组的维护（负极板硫酸化）；化）；（5) 蓄电池组补水的注意事项和要求（蓄电池组补水的注意事项和要求（1ML/AH)； (6 ) 单体电池更换数量的影响单体电池更换数量的影响(8只）；只）；（8）在线使用电池容量低于）在线使用电池容量低于80注意事项（监测、加水注意事项（监测、加水）；）； (7 ) 新旧电池配合使用的基本原则（尽量不要）；新旧电池配合使用的基本原则（尽量不要）；（9）废旧电池的处理要求（短路、自

49、燃）；）废旧电池的处理要求（短路、自燃）；南昌大学南昌大学开关电源相关参数设置表开关电源相关参数设置表参数规范值双登电池 参数说明浮充电压2.232.27V/cell2.23V/cell端子实际测量值均充电压2.302.35V/cell2.30V/cell开关电源设定值充电限流值0.1C100.1C10缩短充电时间上限1.510 高压警告值57/2.38/cell57V排气、失水严重低压警告值45(1.875)，高于LVDS脱离电压47V(1.95)防止小电流过放电池温度补偿系数3mV/cell3mV/cell控制温补范围不建议使用电池温度过高值35 35 影响使用寿命南昌大学南昌大学开关电源

50、相关参数设置表（续）开关电源相关参数设置表（续）参数规范值双登电池推荐 参数说明LVDS脱离电压44V/22V综合放电率44.4V1.85V/单体LVDS复位电压47V/23.8V考虑回路压降47V1.958V/单体48v系统蓄电池组复位工作电压48v48v防止由于蓄电池电压多次反弹，达到工作电压继续造成工作造成蓄电池深度过放电均充周期6个月6个月自动均充周期设定根据交流供电情况而定周期均充时间110H10H（最大值）复电均充起始条件市电一恢复即对电池进行均充该功能参数切勿附加启动运行条件(频繁停电）浮充转均充条件 50mA/AH 50mA/AH南昌大学南昌大学开关电源相关参数设置表（续）开关

51、电源相关参数设置表（续）退出均充条件 5mA/AH 5mA/AH退出均充电流尽可能小确保充满的必要条件继续均充时间3H13H充电容量倍数不小于1.2倍不小于1.2倍电流大确保1.2倍电量电池分流器容量设定根据电池容量根据实际电池容量按实际电池容量设定电池连接先串后并先串后并电池报废指标不小于额定容量的80不小于额定容量的80小于80后，容量下降速度加快。电池端电压50mV/20mV 回路/开路50mV/20mV 回路/开路按标准执行南昌大学南昌大学均充时间的设定均充时间的设定均充条件均充时间1蓄电池安装调试结束后投入使用前110h，具体时间根据退出均充条件电池组均充电流小于10mA/Ah，自动

52、转入浮充（并联时50mA/Ah（并联50mA/Ah*电池组并联数）3蓄电池容量检测后经行充电4蓄电池在使用过程中单体浮充电压低于2.18v时应进行均充10h均充时间达到10h后转入浮充5基站电池一般为6个月进行一次定期均充南昌大学南昌大学温度对蓄电池的影响温度对蓄电池的影响一般情况下，温度越高，放电容量越大。蓄电池的环境温一般情况下，温度越高，放电容量越大。蓄电池的环境温度保持在度保持在24-2524-25度，蓄电池将有最佳的使用寿命和性能。温度，蓄电池将有最佳的使用寿命和性能。温度高于度高于2525度，电池的寿命将缩短，参考数据如下：度，电池的寿命将缩短，参考数据如下：电池平均温度寿命讲的率

53、（%）25.C030.C3035.C5040.C6645.C7550.C83南昌大学南昌大学不同放电时率的容量等效关系不同放电时率的容量等效关系 以1000Ah蓄电池为例：10h 100A(0.1C) 10h V终1.80伏8h(0.96) 120A(0.12C) 8h V终1.80伏5h(0.80) 160A(0.16C) 5h V终1.80伏3h(0.75) 250A(0.25C) 3h V终1.80伏1h(0.55) 550A(0.55C) 1h V终1.75伏南昌大学南昌大学国产阀控密封铅酸蓄电池产品现状国产阀控密封铅酸蓄电池产品现状 现行标准产品检测均合格无法判别优劣 现行标准检测内

54、容中相当指标用户无法考核（如：寿命；自放电；均衡性等） 产品生产制造短期内很难规范和统一 （技术来源；材料选用；生产现状；） 产品设计本身有待于不断完善 （失水；排气阀精度与寿命；外壳材料；连接可靠性；均衡性；） 无系列分类（如：UPS系统,电力系统，太阳能系统；室外使用；）南昌大学南昌大学2002标准部分指标的讨论标准部分指标的讨论 环境温度 5.2; 1545 2040 阻燃性能 5.5； 必须阻燃。明火检测。 电池重量 5.7； 500Ah，8Kg/100Ah； 500Ah(含),7Kg/100Ah； 电池容量 5.8 初容量100 容量保存率 5.10 电池组平均不低于96（28天）

55、密封反应效率 5.11； 95； 99 排气阀压力范围 5.13； 压力值的稳定性（寿命） 端电压均衡性 5.16.2 2伏系列50mv； 单体间连接压降 5.17； 10mv(1小时率)5mv;(1小时率电流) 封口剂 5.19； 老化寿命不低于5年； 内阻值无要求 误差10；南昌大学南昌大学阀控密封铅酸蓄电池使用环境阀控密封铅酸蓄电池使用环境物理参数： 温度；湿度；大气压力；通风换气；温差波动； 维护基本条件；维护间距、通道；安装结构与 地面承重；供电条件：交流要有保证，三相要均衡；根据交流供电状况选配电池组数；（交流电流、温度）使用条件： 保证充满；充电方式（电流，电压） 防止过放：(小

56、电流过放难以恢复) 使用均衡充电可缩短充电时间，但充电电压要安全退出必须可靠(旧电池适当提高）； 充入电量要保证，不低于放出电量的120； 后期正常浮充状态下，必须有浮充电流；南昌大学南昌大学 安装使用安装使用初期初期的维护工作重点的维护工作重点 使用使用一段时间后一段时间后（约一个月至三个月（约一个月至三个月之间）的维护工作重点之间）的维护工作重点 使用过程中及使用使用过程中及使用后期后期的维护工作重的维护工作重点点国产阀控式密封铅酸蓄电池维护工作的重点国产阀控式密封铅酸蓄电池维护工作的重点南昌大学南昌大学使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维护使用一段时间后（约一个月至三个月之间）的维

57、护工作重点工作重点 1、检查连接是否可靠、检查连接是否可靠 ； 2、检查浮充电压的一致性，检查落后电池；、检查浮充电压的一致性，检查落后电池； 3、检查设定参数有无变化，是否稳定，特别、检查设定参数有无变化，是否稳定，特别 是是充电电压值和充电电流值必须稳定可靠充电电压值和充电电流值必须稳定可靠 ； 4、检查单体电池有无泄漏，反极检查单体电池有无泄漏，反极 ； 5、检查排气阀工作是否正常（常闭或常开）。检查排气阀工作是否正常（常闭或常开）。南昌大学南昌大学使用过程中及使用后期的维护工作重点使用过程中及使用后期的维护工作重点 1、系统连接检查、系统连接检查 ； 2、做好安全隐患的排除；、做好安全

58、隐患的排除； 3、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖、可能造成泄漏的部位，如端子、排气阀、壳盖间的密封检查；间的密封检查； 4、设置参数和实际参数的校对、设置参数和实际参数的校对 ； 5、浮充电压与浮充电流的检查及调整浮充电压与浮充电流的检查及调整 ； 6、定时换气、通风，将酸雾定时换气、通风，将酸雾 排出；排出； 7、做好定期容量检查，使用前三年，容量检查放、做好定期容量检查，使用前三年，容量检查放出出50即可。三年后每年做全容量检查即可。三年后每年做全容量检查 。南昌大学南昌大学日常维护中蓄电池定期容量检查的操作步骤日常维护中蓄电池定期容量检查的操作步骤A、分组离线，降低开关电源充电

59、电压，断开至蓄电池组的电缆；B、设定好负载电流，将蓄电池组接入放电负载放电并做好详细记录；C、放电结束后将蓄电池组接入小型移动式直流充电装置，尽量将蓄电池组容量充电恢复至80%左右；D、将充电后的蓄电池组接入开关电源，设定好充电参数；E、将第二组蓄电池离线，重复以上过程；南昌大学南昌大学VRLAVRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨决方法的探讨 1 1、负极板表面硫酸化的问题；、负极板表面硫酸化的问题； 2 2、反极、实际容量不足的问题；、反极、实际容量不足的问题； 3 3、压降、压差太大的问题；、压降、压差太大的问题； 4 4、泄漏的

60、问题；、泄漏的问题； 5 5、标称容量与实际容量相差较大的问题；、标称容量与实际容量相差较大的问题； 6 6、小电流长时间放电后难以恢复的问题；、小电流长时间放电后难以恢复的问题；南昌大学南昌大学VRLAVRLA电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决电池使用过程中常见故障的现象、原因和解决方法的探讨方法的探讨 7 7、大容量电池组结构上的设计安全性问、大容量电池组结构上的设计安全性问题；题； 8 8、容量检查的可操作性问题；、容量检查的可操作性问题； 9 9、确保电池充满的必要条件、确保电池充满的必要条件退出均充退出均充电流要尽可能小；（确保退出均充保护电流要尽可能小；（确保退出均充保护功能