蓄电池原理与应用

1、科华测试部 2009年07月课程的主要要点 蓄电池相关定义、术语介绍（重点介绍） 蓄电池的分类与充放电原理（略介绍） 蓄电池标准中知识介绍（重点介绍） UPS电池选型（重点介绍） UPS蓄电池使用及其注意事项（略介绍）定义、术语（1）w蓄电池 能将所获得的电能以化学能的形式储存并能直接把化学能转变为电能的一种化学装置（化学电源）w 铅酸蓄电池 电极主要由铅制成，电解液是是硫酸溶液的一种蓄电池定义、术语（2）w 密封蓄电池 当蓄电池在规定的设计范围内工作时保持密封状态，但当压力超过预定值时，允许气体通过一个可复位或不可复位的压力释放装置逸出w 充电 蓄电池从外电路接受电能，并转化为化学能的工作过

2、程w 放电 蓄电池将化学能转化为电能，并向外电路输出电流的工作过程定义、术语（3）w 开路电压 电池开路状态时正、负极间的电位差w 标称电压 用来鉴别蓄电池类型的适当的电压近似值w 终止电压 规定的放电终止时的电压w 容量 将完全充电状态的电池按一定的放电条件，放电到所规定的终止电压时，能放出的电量用安时(Ah)或瓦时(Wh)表示电池的分类化学电池化学电池干电池和液体电池干电池和液体电池原电池和蓄电池原电池和蓄电池燃料电池燃料电池太阳能电池太阳能电池原电池和蓄电池原电池和蓄电池原电池因为它们的电量耗尽后，无法再充电使用，只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电池、锌锰电池、锂电池、银锌电池、锌空电

3、池、锌汞电池和镁锰电池。 蓄电池常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿命长，它们可全充放电200次左右，蓄电池的负荷力要比大部分原电池高。UPS电池的重要性 UPS（不间断电源）之所以能够在断电后，继续为计算机、基站等设备供电，就是因为它的里面有一种储存电能的装置在起作用，这种储能的装置就是UPS电池。其主要功能是：当市电正常时，将电能转换成化学能储存在电池内部。当市电故障时，将化学能转换成电能提供给逆变器或负载。 UPS电池的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性程度，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间（MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正确

4、使用和维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著缩短，蓄电池的种类一般分为铅酸电池、铅酸免维护电池及镍镉电池等。不同电池的参数对比铅酸蓄电池结构（1）铅酸蓄电池主要结构的成分正极： PbO2负极：Pb电解质溶液：H2SO4隔板：玻璃纤维、硅凝胶 电槽：塑料蓄电池正极 正极板的组成 正极板是由正极板栅和活性物质（正铅膏）组成，充电状态下为红褐色的二氧化铅（PbO2 ） 作用 正极板和负极板以电解液是蓄电池成流反应的主要材料，使用时蓄电池放电，此时正极板与电解液作用，变成硫酸铅和水，放出电能；充电时在外电能的作用下，硫酸铅和水的酸作用生成二氧化铅和硫酸，把电能储存起来蓄电池负极 负极板的组成

5、 负极板是有负极板栅和负活性物质（铅膏）组成，充电状态下为灰色海绵妆（绒状）铅 作用 负极板和正极板以及电解液是蓄电池成流反应的主要材料，使用时蓄电池放电，此时负极板与电解液作用，变成硫酸铅和水，放出电能；充电时在外电能的作用下，硫酸铅和水中的酸作用生成绒状铅和硫酸，把电能存储起来。铅酸蓄电池化学反应铅酸蓄电池的两极是Pb和PbO2，电解质溶液是H2SO4总的电池反应是: 放电 Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 充电铅酸蓄电池充电时化学反应负极反应（接电源负极 要发生还原反应 要得电子 要化合价降低的极。） PbSO4 +2e = PbSO42-正极反应（接电源正极 要发生氧

6、化反应 要失电子 要化合价升高的极。）PbSO4+2H2O =PbO2+2e-+4H+SO42-铅酸蓄电池充电初期原理铅酸蓄电池放电时化学反应负极反应（活泼金属失电子 化合价升高，注意电极反应要连续写到微粒最终的存在形式 ）： Pb-2e+SO42-=PbSO4 正极反应: PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O 铅酸蓄电池过充时化学反应正极反应 ： 2H2OO24H-4e- （产生的 O2负极板上移动） 负极反应 2Pb+O22PbO(海绵状铅与氧气反应） PbO2H2SO4 2PbSO4+2H2O (PbO与电解液的化学反应） （产生的H2O参与的反应）铅酸蓄电池过充时化

7、学反应 2PbSO4 +4H+4e- 22H2SO4 （产生的H2SO4 参与的反应） （产生的 Pb参与的反应）负极总的化学反应式 O2 +4H+4e- 2H2O浮充时反应原理充电曲线Recharging characteristic 蓄电池充放电内阻特性铅酸蓄电池充放电后电解液的变化 铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。 铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。 实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度温度和容量的关系w例如0.05C放电时，25可以放电20小时；-10只能放电15小时深度放电后充电特性铅酸蓄

8、电池充电电压要求单体电池浮充电压不能超过2.275V/格在UPS中推荐单节浮充电压为13.625V，确保电池能够充足电 ？蓄电池的型号命名规则 C10容量 蓄电池型号 单体电池个数 蓄电池的型号命名规则（例） 100Ah容量 密封型 阀控式蓄电池 固定型 6个单体电池(12V) 6GFM100国标相关术语解释（1）C1010h率额定容量(Ah)，数值为1.00 C10C33h率额定容量(Ah)，数值为0.75 C10C11h率额定容量(Ah)，数值为0.55 C10Ct当环境温度为t时的蓄电池实测容量(Ah)，是放电电流I(A)与放电时间T(h)的乘积Ce在基准温度(25)条件时的蓄电池容量(

9、Ah)国标相关术语解释（2）I1010h率放电电流(A), 数值为1.00I10I33h率放电电流(A), 数值为2.50I10I11h率放电电流(A), 数值为5.50 I10 放电电流与时间关系放电电流2C1C0.6C0.4C0.2C0.1C0.05C放电时间 12min 30min1h1h4h10h20h放电效率0.40.550.60.70.8211.02电池选型需要确定的基本条件电池选型需要确定的基本条件w 放电功率要求w 放电时间要求w 放电终止电压要求w 温度要求w 富裕容量要求w 外形尺寸、重量w 内阻w 寿命w 电池结构w 循环寿命要求w 充电条件UPS蓄电池的选型例如1：（此

10、例来于YUASA技术资料） 某一UPS的功率输出为30KVA； 其中直 流电压范围305V400V； 放电时间要求30min； 单体终止电压1.75V； UPS效率0.90；功率因数0.95； 电池1C放电、放电效率为0.55计算1）将UPS的KVA数转换为KW数 30（0.90.95）35.09KW2）决定所需要电池个数N N305V1.75V174（电池的单节数）3）确定电池电压不超过直流电压范围 1742.275395. 85V400V计算4）决定电池放电电流 35090W（1742）101A5）放电容量 101A0.550.5AH6）确定电池在实际放电时，所需要的电池容量 50.5AH

11、0.5591.818AH 故最优化选择12V 系列100AH的电池，电池异常寿命终了主要原因 充电不足：电池开路电压在充电不足：电池开路电压在12.6012.80V以下，充电以下，充电电压设置异常，或电压表显示有误，导致经常充电不电压设置异常，或电压表显示有误，导致经常充电不足，引起损坏；足，引起损坏； 充电过量：电池过充电，（一般指长期超过充电过量：电池过充电，（一般指长期超过14.2V）电池内部水分解严重，导致电池内阻偏大，开路电压电池内部水分解严重，导致电池内阻偏大，开路电压偏高，电池重量减少；偏高，电池重量减少；浮充充电电流异常：长时间浮充充电电流超过浮充充电电流异常：长时间浮充充电电流超过1CA；.环境温度较高，电池发热：电池离发热源过近，导致环境温度较高，电池发热：电池离发热源过近，导致热吸收过高，导致寿命减少；热吸收过高，导致寿命减少；用户现场检验步骤：外观用户现场检验步骤：外观电压电压内阻内阻螺丝是否锁螺丝是否锁紧（加弹簧垫片防止螺丝松动）紧（加弹簧垫片防止螺丝松动）浮充电流。浮充电流。 UPS蓄电池使用及维护1.正常时，电池每隔36个月带载充、放电一次，放电后标准机的连续充电时间应不少于 10小时。 2. UPS长期闲置不用，应每隔36个月充电一次3.电池使用环境要求温度在0到40