《动力电池及能量管理技术》课件-任务1 铅酸动力电池结构及应用

项目二常见动力电池结构及应用PART021.了解动力电池的主要类型。2.理解动力电池的基本组成及工作原理。3.掌握动力电池的基本参数及应用要求。任务目标一、铅酸动力电池的类型与特点（一）铅酸蓄电池的类型1.按蓄电池结构分（1）普通铅酸蓄电池。（2）干荷电铅酸蓄电池。（3）免维护铅酸蓄电池。（4）阀控密封式铅酸蓄电池。任务1铅酸动力电池结构及应用2.按蓄电池用途分根据铅酸蓄电池用途不同，可分为三种类型：起动式铅酸蓄电池、牵引式铅酸蓄电池、固定式铅酸蓄电池。任务1铅酸动力电池结构及应用任务1铅酸动力电池结构及应用（二）铅酸蓄电池的特点1.使用寿命长2.高倍率放电性能优良3.自放电低4.维护简单5.安全性高6.安装简捷7.洁净环保二、铅酸蓄电池结构与储能原理（一）铅酸蓄电池结构铅酸蓄电池主要构成部件：正负极板、隔板、电解液、溢气阀、外壳等。任务1铅酸动力电池结构及应用1.极板极板是铅酸蓄电池的核心部件，它以铅锑合金为骨架，涂有铅膏。经过化学处理后，正、负极板上形成各自的活性物质，正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质为海绵状纯铅。任务1铅酸动力电池结构及应用2.隔板隔板的功能是隔离正、负极的活性物质，防止短路，其作为电解液的载体，能够吸收大量的电解液，起到促进离子良好扩散的作用；隔板还是正极产生的氧气到达负极板的“通道”，以顺利建立氧循环，减少水的损失。在电池内部，按照正极板—隔板—负极板，然后再重复正极板—隔板—负极板这样的规律构成多层次的结构，它们中间充满电解液。任务1铅酸动力电池结构及应用3.电解液铅酸蓄电池的电解液均为硫酸，即用蒸馏水和纯硫酸按一定比例配制而成，其主要作用是参与电化学反应。电解液是铅酸蓄电池的活性物质之一。电池槽中装入一定密度的电解液后，由于电化学反应，正、负极板间会产生约2.1V的电动势。4.溢气阀溢气阀位于电池顶部，起到安全、密封、防爆等作用。任务1铅酸动力电池结构及应用5.电池槽及槽盖电池槽及槽盖是盛放正、负极板和电解液的容器，即蓄电池外壳。它是整体结构，壳内由隔板分成三格或六格互不相通的单格；其底部有凸起的肋条，用来搁置极板组；肋条间的空隙用来堆放从极板上脱落下来的活性物质，以防止极板短路。槽的厚度及材料直接影响到电池是否膨胀变形。外壳材料一般是用橡胶或工程塑料，如PVC或ABS槽盖。任务1铅酸动力电池结构及应用（二）铅酸蓄电池储能原理蓄电池的工作过程就是化学能与电能之间的相互转化过程。铅酸蓄电池使用时，把化学能转化为电能的过程叫放电。在使用后，借助于外部直流电在电池内进行化学反应，把电能转变为化学能而储存起来，这种蓄电过程称作充电。任务1铅酸动力电池结构及应用铅酸蓄电池在充放电时总的化学反应式为:任务1铅酸动力电池结构及应用1.高效阶段这一阶段主要反应是PbSO4转换成为Pb和PbO2，充电接受率约为100%。充电接受率是转化为电化学储备的电能与来自充电机输出的电能之比。这一阶段在电池电压达到2.39V/单格时结束。2.混合阶段水的电解反应与主反应同时发生，充电接受率逐渐下降。当电池电压和酸液的浓度不再上升时，电池单元即被充满。任务1铅酸动力电池结构及应用3.气体析出阶段电池已充满，电池中进行水的电解和自放电反应。由于密封的阀控免维护铅酸电池中，具有氧循环的设计，即正极板上析出的氧在负极板上被还原重新生成水而消失，因此析出气量很小，不需要补充水。任务1铅酸动力电池结构及应用三、铅酸蓄电池的性能及影响因素（一）铅酸蓄电池的性能1.放电特性放电是在规定的条件下，电池向外电路输出电能的过程。当铅酸蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路的设备流向蓄电池的负极，这一过程称为放电。任务1铅酸动力电池结构及应用2.充电特性蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压U、暂时电动势E、静止电动势Ej和电解液密度随充电时间的变化关系。任务1铅酸动力电池结构及应用（二）铅酸蓄电池的充电方法蓄电池的充电方法可分为常规充电和快速充电两种，常规充电方法主要有恒流充电法、分段电流充电法、恒压充电法、恒压限流充电法等。恒流充电法是通过调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联的电阻的方式使充电电流保持不变的充电方法。分段电流充电法。在充电过程中，为更有效地利用电能而采用逐渐减小电流的方法。任务1铅酸动力电池结构及应用恒压充电法。充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减小。恒压限流充电法。为了克服恒压充电法初期电流过大而使充电设备不能承受的缺点，常采用恒压限流充电法代替恒压充电法。任务1铅酸动力电池结构及应用（三）影响铅酸蓄电池性能的因素1.温度对电池性能的影响铅酸蓄电池在充电和放电时都伴随有热效应。电池热效应可以分为两部分。一部分是产生焦耳热，为克服电池极化和欧姆内阻而产生的电压降，损失的电能将全部转化为热量。另一部分是根据热力学第二定律的吉布斯-亥姆霍兹方程式放热或吸热。由此理论，电池放电时是吸热，充电时是放热。温度对铅酸蓄电池的容量和寿命影响很大。电池硫酸电解液的温度高，容量输出则多，电解液的温度低，容量输出则少。任务1铅酸动力电池结构及应用2.放电深度对电池循环寿命的影响首先放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，由于放电深度增加，PbSO4溶解度降低，造成极板硫化腐蚀，令使用寿命变短。其次，统一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，会影响蓄电池寿命。最后大电流充电特别是过充电时，极板活性物质容易脱落，严重时还会使正、负极板短路，大电流放电时，产生的硫酸盐颗粒大，极板活性物质不能被充分利用，长此下去电池的实际容量将逐渐减小，影响电池的使用寿命。任务1铅酸动力电池结构及应用任务1铅酸动力电池结构及应用四、铅酸蓄电池的应用及回收（一）铅酸蓄电池的应用实例1.电动自行车应用动力VRLA电池的电动摩托车和电动自行车。电动自行车一般配置3~5只12V/10A·h的VRLA电池，平均寿命1年左右。任务1铅酸动力电池结构及应用2.电动牵引车电动牵引车是制造工厂、物流中心等搬运产品的常用运输工具，主要采用富液管式铅酸蓄电池或胶体VRLA电池作为动力电源，具有无污染、无噪声的优点。图为采用胶体铅酸蓄电池的电动牵引车。任务1铅酸动力电池结构及应用3.低速纯电动车在二、三线城市和农村地区，以阀控密封铅酸蓄电池为动力电源的低速纯电动汽车，凭借其购车成本和使用成本低、环保低噪、驾驶技术要求低、安全等优点受到人们的欢迎，在我国许多省份，如山东、广东、河南等地有许多低速电动车企业受益于这种需求快速发展起来。任务1铅酸动力电池结构及应用4.纯电动汽车和混合动力电动汽车VRLA电池因其价格低、安全性高、铅的回收率高等成为电动车动力电源的首选。采用铅酸蓄电池作为电源的电动车的典型代表是美国通用汽车公司的电动汽车EV-1，该车当时的EV-1时速为100km/h，一次充电的续驶里程为112km，电池重量500kg，电池容量60A·h。任务1铅酸动力电池结构及应用5.电动大客车株洲时代集团公司研发的TEG6120EV-2型电动大客车采用水平铅酸电池为动力源，工作电压为384V。该车最高车速70km/h，实际工况续驶里程达90km，车内有38个座位，可承载64名乘客。任务1铅酸动力电池结构及应用（二）铅酸蓄电池的回收1.蓄电池回收利用流程及方法（1）利用专用环保车辆将铅酸蓄电池运至熔炼厂仓库。（2）将电解液导入沉淀池进行药物处理。（3）拆解废旧电池，将外壳送至塑料回收厂进行专业处理。（4）分拣隔板，送至专业厂回收处理。（5）将分拣后的废极板送入大型反射炉冶炼，做成铅锭，循环利用。（6）冶炼过程中产生的废水流入沉淀池，和电解液一起进行药物处理。（7）冶炼过程中产生的废烟，经布袋除尘装置处理后，安全排放。任务1铅酸动力电池结构及应用2.国内外铅酸蓄电池回收现状一些发达国家在废蓄电池回收方面积累