-铅酸蓄电池的认识、安装及维护

“铅酸蓄电池的认识、安装及维护”

1、铅酸蓄电池的熟悉、安装及维护一、任务导入风力发电系统中，

蓄电池是重要组成部件。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是

1325V变化的沟通电，发电系统的功率输出也变化无常，须经充电器

整流，再对蓄电池充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后

用有爱护电路的逆变电源，把蓄电池里的化学能转变成沟通220V市

电，才能保证稳定使用。因此小型风力发电系统产生的电能需要蓄电

池进行储存和调整，蓄电池才能供应相对稳定的电能。从风力发电机

组的使用寿命期来讲，蓄电池在此期间至少需要更换23次。就是说，

蓄电池的总投资费用将超过风力发电机的购置和维护费用。因此，配

置合理容量的蓄电池，延长蓄电池的使用寿命，对用户的用电和节

2、省经费开支都有重要的现

实意义。小型风光力发电系统一般采纳阀控密封式铅酸蓄电池，一般

有12V和24V两种。二、相关学问学习情境：铅酸蓄电池（一）化学

电源的进展化学电源，是一种将化学能转化为电能的装置，自1859

年普兰特试制胜利铅酸电池，1868年法国勒克朗谢制成锌锦干电池

以米，化学电源经受了100多年的进展历史，现已形成独立完整的科

技与工业体系，全世界已有1000多种不同系列和型号规格的电池产

品。化学电源已成为人民生活中应用极为广泛的便利能源。今日，人

造卫星、宇宙飞船、火车、汽车、潜艇、鱼雷、军用导弹、火箭、飞

机，哪一样都离不开电源技术的进展。电源技术的进步，大大加速了

1

现代移动通信、家用电器乃至

3、儿童玩具的进展速度。随

着高新技术的进展和为了爱护人类生存的环境，对新型化学电源又提

出了更高的要求。可以预言：产量大、价格低、应用范围广的锌■镒

电池，铅酸蓄电池仍将占有世界上电池的大部分市场，并且近年来市

场保持10%的增长，而性能优越的锂离子电池，金属氢化物-锲电池，

可充无汞碱性锌-镒电池，燃料电池将是21世纪最受欢迎的绿色电池

并挤占电池市场。随着人民生活水平的提高和电池技术的进展，以电

池为能源的电动自行车将代替摩托车，电动汽车将逐步取代燃油汽车,

新型化学电源的时代已经到来。1铅酸蓄电池的进展历史蓄电池是

1859年由普兰特创造的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自

创造后，在化学电源中始终占有绝

4、对优势。这是由于其价格

低廉、原材料易于获得，使用上有充分的牢靠性，适用于大电流放电

及广泛的环境温度范围等优点。到20世纪初，铅酸蓄电池历经了很

多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能c然

而，开口式铅酸蓄目池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢、氧

气体析出，需常常加酸、力口水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，

腐蚀四周设备，并污染环境，限制了电池的应用。近二十年来，为了

解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池，盼望实现

电池的密封，获得洁净的绿色能源。1912年ThomasEdison发表专利，

提出在单体电池的上部空间使用粕丝，在有电流通过时，钳被加热，

2

成为氢、氧化合的催

5、化剂，使析出的H2与。2

重新化合，返电解液中。但该专利未能付诸实现：伯催化剂很快失

效；气体不是按氢2氧工的化学计量数析出，电池内部合仍有气体发

生；存在爆炸的危急。60年月，美国Gates公司创造铅钙合金，引起

了密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行

开发。1969年，美国登月方案实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉锲电

池被列入月球车用动力电源，最终镉银电池被采纳，但密封铅酸蓄电

池技术从今得到进展。1969-1970年，美国EC公司制造了大约35万

只小型密封铅酸蓄电池，该电池采纳玻璃纤维棉隔板，贫液式系统,

这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未熟悉到其氧再化合

原理。1975年，

6、GatesRutter公司在经过

很多年努力并付出昂扬代价的状况下，获得了一项D型密封铅酸蓄电

池的创造专利，成为今日VRLA的电池原型。1979年，GNB公司在购

买Gates公司的专利后，又创造了MFX正板栅专利合金，开头大规模

宣扬并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。1984年，VRAL电

池在美国和欧洲得到小范围应用。1987年，随着电信业的飞速进展，

VRLA电池在电信部门得到快速推广使用。1991年，英国电信部门对

正在使用的VRLA电池进行了检查和测试，发觉VRLA电池并不像厂

商宣扬的那样，电池消失了热失控、燃烧和早期容量失效等现象，这

引起了电池工业界的广泛争论，并对VRLA电池的进展前

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7、途、容量监测技术、热失

控和牢靠性表示了疑问，此时，VRLA电池市场占有率还不到富液式

电池的50,原来提到的〃密封免维护铅酸电池〃名称正式被"VRLA电池"

取代，缘由是VRLA电池是一种还需要管理的电池，采纳〃免维护〃简

单引起误会。1992年，针对1991年提出的问题，电池专家和生产厂

家的技术员纷纷发表文章提出对策和看法，其中DrDaridFeder提出

利用测电导的方法对VRLA电池进行监测。Lc.Bearinger从技术方面评

述VRLA电池的先进性。这此文章对VRLA电池的进展和推广应用起

了很大的促进作用。1992年，世界上VRLA电池用量在欧洲和美洲都

大幅度增加，在亚洲国家电信部门提倡

8、全部采纳VRLA电池；1996

年VRLA电池基本取代传统的富液式电池，VRLA电池已经得到了广阔

用户的认可。2化学电源的分类（1）一次化学电源：一次电池生产

历史最久，产量最大，应用最广，这种电池不能用简洁方法再生，不

能充电，用后废弃。（2）镉-银电池：镉-银电池是1899年瑞典尤格尔

创造的，可满意大功率放电的要求，用于导弹，火箭及人造卫星的能

源系统。镉■银电池的最大特点：循环寿命长：可达20004000次，电

池结构紧凑，坚固，耐冲击性，耐振动，自放电较小，性能稳定牢靠，

可大电流放电，使用温度范围宽（-40+40）,缺点：电流效率，能量

效率，活性物质利用率较低，价格较贵。⑶氢■银电池：高压氢

9、-锲电池是20世纪70年

月补由美国的M.KIein和J,F,Sfockel首先研制，具有较高的比能量，寿

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命长，耐过充过放，反极以及可以通过氢压来指示荷电状态等优点。

其缺点：1,容器需要耐高氢压，一般充电后氢压达35Mpa,这就需要

用较重耐压容器，降低了电池的体积比能量及质量比能量；2.自放电

较大；3.不能漏气，否则电池容量减小，并且简单发生爆炸事故：4.

成本高；5.体积比能量低。目前研制的高压氢■银电池主要是应用于空

间技术，目前由深圳一家公司展出的银氢电池用在电动车上续行里程

已经达到100公电显示出较好的进展前景。⑷锂电池：锂电池是用

金属锂作负极活性物质的电池的总称。以锂为负极组成的电池

10、具有比能量大，电池电

压高的电性能，并且放电电压平稳，工作温度范围宽(-4050),低温

性能好，贮存寿命长等优点。主要应用于心脏起搏器、电子手表、计

算器、录音机、无线电通讯设备、导弹点火系统、大炮放射设备、潜

艇、鱼雷、飞机及一些特别的军事用途。⑸锂离子电池：锂离子电池

是指Li+嵌入化合物为正、负极板二次电池。锂离子电池由于工作电

压高(3.6V),是镉-锲，氢-银电池的3倍，体积小，比氢-锲电池小

30；质量轻，比氢-锲电池轻50；比能量高(140WhKg-l)无记忆效

应、无污染、自放电小、循环寿命长、是21世纪进展的抱负电源。

在移动电话、摄像机、笔记木电脑、便携式电器上大量应用,由于它

不具备大

11、电流放电的功能虽然现

在正在讨论的锂聚合物电池可以具备但它也在讨论阶段，因此在动力

电池领域给了铅酸电池进展的时间。⑹燃料电池：燃料电池(FC)是

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1839年由W,R,Grove首先制成，特点：燃料电池不同于一般的原电池

和蓄电池，所需的化学原料全部由电池外部供应，是一种将化学能转

变为电能的特别装置。20世纪20年月，燃料电池的应用己由空间飞

行、军用设施扩大到商业和工业领域（燃料电池电站和燃料电池汽车）。

⑺铅酸蓄电池:铅酸蓄电池是1859年由普兰特创造的二次电池。由十

具有价格低廉，原料易得，使用牢靠，又可大电流放电等优点，因此，

始终是化学电源中产量大应用范围广的产品。风光互补发电系统工程

中广泛

12、使用的蓄电池。（二）阀

控式铅酸蓄电池简介铅酸蓄电池按电解液和充电维护状况分类：（1）

干放电蓄电池；（2）干荷电蓄电池；（3）带液充电蓄电池；（4）免维

护，少维护蓄电池；（5）湿荷电蓄电池。1阀控式铅酸蓄电池的定义

一般的铅酸蓄电池在充电后期或搁置期间，由于正极析氧，负极析氢

导致电解液中水分损失，需常常对电池加水维护。阀控式铅酸蓄电池

是70年月消失的新型铅酸蓄电池，英文名称为ValveRegulatedLead

Battery（简称VRLA电池），其基本特点是使用期间不加酸加水维护，

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（也叫平安阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过

13、肯定值（通常用气压值

表示），即当电池内部气压上升到肯定值时，排气阀自动打开，排出

气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。图1-46阀控式铅酸

蓄电池这种电池的板栅是采纳铅钙系列合金或低睇合金，自放电极少,

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常温下贮存一年自放电损失小于40。如图1-46所示。2阀控式铅酸

蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池分为AGM和GEL（胶体）电池两种，

AGM采纳吸附式玻璃纤维棉（AbsorbedGlassMat）作隔膜，电解液

吸附在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无流淌的电解液，电池可

以立放工作，也可以卧放工作；胶体（GEL）采纳Si02作凝固剂，电

解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。目前文献和会议争论

14、的VRLA电池除非特殊指

明，皆指AGM电池。阀控密封式铅酸蓄电池具有成本低、容量大及

免维护的特性，是风光互补发电系统储能部分的首选。3阀控式铅酸

蓄电池的基本结构（1）基本结构简介构成阀控铅酸蓄电池的主要部

件是正负极板、电解液、隔膜、电池壳和盖、平安阀，此外还一些零

件和端子、连接条，极柱等。这里主要介绍应用较广泛的玻璃纤维隔

板吸附式VRLA的组成结构。如图1-47所示。阀控式密封铅酸蓄电池

主要由以下几部分构成。极板：由板栅与活性物质构成，分正极板

与负极板两种。隔板与电解液：隔板由超细玻璃纤维经抄制而成；

电解液为肯定比重的稀硫酸溶液。外壳：包括电池槽、盖板等塑料

件。汇流排与端极柱：电池内部

15、极板与电池外部之间的

导流体。平安阀：一般由阀体、橡胶件与防爆片组成。（2）极板阀

控式密封铅酸蓄电池的极板通常为涂音式，分板栅与活性物质两部分。

板栅的作用是支撑活性物质和导电，活性物质的作用是通过电化学反

应储存电能或输出电能。图1-47阀控式密封铅酸蓄电池板栅：板

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栅合金。纯铅板栅由于机械性能不好，很难加工。经一段时间的讨论，

有人创造了铅睇合金板栅。梯通过与铅形成低共熔物分散于铅固熔体

树枝晶间而使板栅强度得到增加。这种板栅合金因其良好的机械性能、

加工性能等直到现在还得到较广泛的应用。但它有一个弱点，就是负

极析氢电位低，在止常充电状况下析出气体较多，自放电也较大，无

法实现密封。铅钙合金的消失

16、使铅酸蓄电池的密封成

为可能。铅钓合金为沉淀硬化型合金，在铅基质中形成Pb3Ca金属间

化合物的细颗粒沉淀，使得合金具有肯定的机械强度，其电导优于铅

睇合金，最重要的是用它作负板栅，析氢量小，水损失少。由于单纯

的铅钙合金不能满意板栅的制造工艺性及理化性能要求，人们经过不

断探究，相继引入了AI与Sn.Al的加入不仅解决了钙的烧损问题，而

且作为成核剂，大大降低了原始晶粒尺寸，并且增加了铅钟合金中

Ca的沉淀。Sn的加入不仅提S了合金铸造时的流淌性，而且提高了

电池深放电后的再充电力量，有效地解决了〃无镑效应〃（一种由于取

消原铅睇合金中的锚而消失的早期容量损失现象）。Pb-Ca-Sn-AI合金

因解决了铅睇合金

17、析氢电位低、自放电大

的缺点，从而成为阀控式密封铅酸蓄电池板栅的主要材料。Pb股采

纳铅含量在99.994%以上的电解铅，由于Fe、Ni等杂质会降低析氢电

位，增加电池的自放电。板栅的结构。板栅作为蓄电池的关键部件，

对蓄电池的放电性能起着很重要的作用。在活性物质利用率不能取得

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*大性能突破的状况下，良好的板栅设计对蓄电池性能的提高经常起

到重要作用。蓄电池因用途不同，板栅设计也有多种形式。板栅越厚，

相对耐腐蚀性能越好，但活性物质利用率低；板栅越薄，相对耐腐蚀

性能越差，但活性物质利用率较高。汽车启动用电池要求大电流放电

性能优越，寿命要求一般，因而板栅最薄，有的做到0.8,而固定型电

池要求寿命较长，正板栅厚

18、度一般不低于4mme当

然，随合金的不断进展，具有优良的耐腐性能的新型合金制作的板栅

厚度可以薄些。活性物质：活动物质在其形成过程中主要经受铅粉

制造、合音、涂板、固化、化成几个过程。铅粉由PbO与PbO组成，

一般PbO占70%80%,在铅粉制造过程中，空气起着重要的作用，它是

铅氧化反应的反应物之一。铅膏是由铅粉、水、硫酸和添加剂混合搅

拌并发生物理、化学变化而制成的可塑性膏状混合物。铅音含有氧化

铅、碱式硫酸铅、金属铅、氮氧化铅、水和添加剂，将其涂填在板栅

h或挤灌于管子中分别制造铅酸蓄电池涂育式极板或管式极板。涂膏

式极板经过涂膏、表面干燥。然后在规定工艺条件下失水，可塑性铅

膏定型，凝聚成微孔匀称的固

19、体，这一过程称为固化，

固化之后还要连续进行T燥。固化后的极板分正板与负板两种，其区

分是正板较厚，负板较薄，负板铅音中含有一些膨胀剂，而正板中没

有。正板与负板中活性物质的构成此时是基本相同的，只有经过化成,

正负板才产生明显的差别。化成后正板铅膏绝大部分转化为Pb02,呈

9

褐色：负极铅音绝大部分转化为海绵状Pb,呈铅灰色。化成分极板化

成与电池化成两大类。极板化成的特征是固化干燥后的生极板经过化

成工序实现活性物质的转化之后，再进行蓄电池的装配。电池化成的

特征是固化干燥后的生极板先组装成电池：然后灌酸充电，实现活性

物质的转化。极板化成最早采纳焊接化成的方式，其主要经过是装槽、

焊接、充电、拆焊、出槽、水洗

20、、T燥等工序。由于焊接

工序采纳点焊的形式，用焊条将板耳与铅条逐个点焊起来，产生的铅

烟污染较大，且逐片焊接工作也非常繁重c经过多年实践，现大部分

采纳极板化成的厂家己改为不焊接化成。13）隔板与电解液隔板：

阀控式密封铅酸蓄电池隔板主要是超细玻璃纤维隔板，其作用是将止

负极板隔开，防止正负极短路；吸附并保持电解液；为氧循环复合反

应供应气体通道：保持对极板施加肯定的压力。由超细玻璃纤维隔板

的作用可以看出，其性能好坏时蓄电池的性能影响比较大。一般对其

性能有如下要求：a.电阻小，厚度匀称，误差小：b.孔率高，但最大

孔径要小：c.汲取电解液的速度快，保持电解液的力量强：d.抗拉强

度适中，能够满意装配要求：e

21、,耐氧化力量强。超细玻

璃纤维隔板的原料为玻璃球高温熔化后喷吹而成的超细玻璃纤维。隔

板中的微孔一般分两种：一种是与隔板平面平行方向的微孔，另一种

是与隔板平面垂直方向的较大的孔。当电池内电解液具有肯定贫液度

时，微孔中布满电解液，而较大的孔则可以让气体通过。AGM隔板

10

原料应采纳不同直径的玻璃纤维棉搭配使用。较细的玻璃纤维棉形成

较小的孔，吸酸力量较强，而较粗的玻璃纤维棉形成较大的孔，有利

于为氧气供应气体通道，以便氧气在负极板被汲取再生成水。电解

液阀控式密封铅酸蓄电池的电解液是肯定比重的稀硫酸，一般比重为

1.261.32(25C),它被吸附在隔板中与极板的微孔中。电解液参与电

池的化学反应，是活性物质之

22、电解液配制应采纳质量

较高的硫酸与水，电解液中的添加剂一般有磷酸或磷酸盐类、硫酸盐

类、有机物类、络合剂类等几大类。(5)外壳及其密封结构电池壳

的材质阀控式密封铅酸蓄电池的外壳材质一般为ABS或PP.ABS是一

种改性聚苯乙烯，PP为聚丙烯。阀控式密封铅酸蓄电池的外壳材质

的主要性能指标如下：a.氧气透过系数：指在单位时间内，单位压差

下，透过单位面积、单位厚度试样的氧气透过量；b.水蒸气透过量:

指试样两面水蒸气压差和试样厚度肯定，温度肯定，相对湿度肯定的

条件下，一平方米面积，24h内所透过的水蒸气量；c.冲击强度：指

材料对高速冲击断裂的反抗力量，或者说在高速形变下，在极短的负

载时间下表现出的破坏强度

23、。对某些冲击强度高的塑

料，常在试样中间开有规定尺寸的缺口，以降低试样在断裂时所需要

的功，这称为缺口冲击强度；d.击穿电压强度：指以连续升压的方式

对塑料试样施以电压，试样被击穿时的电压值与试样厚度之比；e.介

电常数：表示电容器的极板间不是真空而有某种介质时电容增加的倍

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数。电池壳的密封阀控式密封铅酸蓄电池外壳由槽、盖板等塑料件

构成，盖上有极柱输出孔。电池密封除平安阀密封外，还有槽盖密封

及极柱密封。聚内烯只能用热封形式，而ABS可用胶封，也可用热封

形式。热封指将槽盖对接部位熔化，压合而成为一体的一种粘接形式,

这种工艺密封牢靠，效率较高。胶封指将槽与盖用环氧胶或聚胺酯等

胶粘接起来的一种密封形式？一般

24、较小或较大的电池不易

实现热封而采纳胶封。粘接胶要求对ABS有肯定的腐蚀性，具有优良

的耐酸性、强度、韧性等。（5）汇流排与端极柱阀控式密封铅酸蓄电

池的汇流排与极柱装配工序采纳铅合金将正负极板通过汇流排连接

起来，并通过极柱引至电池外部。此工序分手工焊接与机械铸焊两种

形式。手工焊接指用焊枪（燃气为乙怏或丙烷）将板耳的上端一部分

在模具中烧培，并准时将焊条培化填充入模具形成汇流排，同时使汇

流排与极柱通过烧焊连为一体。机械铸焊足指极板群板耳朝下插入模

具内的高温液态铅中，冷却成型而形成汇流抹并直接将极柱铸出的加

工形式。（6）平安阀阀控式密封铅酸蓄电池的平安阀是阀控式电池的

一个重要部件。当单体莆电池内压超过正

25、常工作内压时，它能以

可控的方式开启以削减内压，这种机构能使电池内压远远低于会损坏

电池槽的压力，而不会使空气进入。阀体形式一种为与电池盖同时成

型，可称为一体式，帽形阀与伞形阀可与此型阀体协作：还有一种独

立式平安阀，此件为单独注塑成型。平安阀一般由阀体、橡胶阀及防

12

爆滤酸片组成，也有一些小型阀控式电池不带防爆滤酸片。防爆滤酸

片的作用有两个：一是当电源外部有明火或火星时，不会引爆蓄电池

内部：二是橡胶阀开启，气体排出时，酸雾水雾在防爆滤酸片上会凝

聚为液滴，不会排到电池外部。4蓄电池的命名方法、型号组成及其

代表意义蓄电池名称由单体蓄电池格数、型号、额定容量、电池功

能或外形等组成(图1-48)。当单体蓄电

26、池格数为1时(2V)省略，

6V、12V分别为3和6。各公司的产品型号有不同的解释，但产品型

号中的基本含义相同。表1-9为常用字母的含义。图1-48蓄电池名

称的组成表1-9蓄电池常用字母的含义拼音汉字全称备注GGu固固

定型FFa阀阀控式MMi密密封JJiao胶胶体DDong动动力型DC系列

电池用NNei内内燃机车用TTie铁铁路客车用DDian电电力机车用TS

系列电池用例：GFM-500,1个单体，G为固定型，F为阀控式，M

为密封，500为10小时率的额定容量；6-GFMJ-100,6为6个单体,

电压12V,G为固定型，F为阀控式，M为密封，J为胶体，100为10

小时率的额定容量。广泛应

27、用于太阳能、风能发电

系统，太阳能路灯，广告箱等领域的蓄电池型号、规格如表1-10、表

1-11所示，供选用参考。表1-1012V系列免维护铅酸蓄电池电池型

号额定电压(V)额定容量(Ah)最大形状尺寸(mm)参考重量(kg)长宽高

总高

6-GFM-40124019816617017012.56-GFM-551255229138208213166-GF

13

M-65126533117517517821.56-GFM-751275259169220230246-GFM-90

1290331175225227296-GFM-10012100331174225243326-GFM-120221

2040717320

28、

8213376-GFM-15012150483170241241436-GFM-202222022222402192