4、2 阀控蓄电池.ppt

1、1,阀控式密封铅酸蓄电池 （VRLA）,刘宝贵,2,主要内容,一、蓄电池组在通信电源系统中的作用； 二、铅酸蓄电池的工作原理； 三、铅酸蓄电池的结构特点； 四、铅酸蓄电池的制造工艺； 五、蓄电池组相关参数； 六、维护工作中需要注意的事项； 七、如何判断蓄电池组的好坏。,3,一、蓄电池组在通信电源系统中的作用,阀控式密封铅酸蓄电池的特点：,少维护的特点； 无污染； 自放电少； 寿命长； 结构特性好； 高低温特性好； 不存在记忆效应。,4,对UPS、整流设备起荷电待用作用； 在动力设备中作启动电源作用； 平滑滤波作用； 调节系统电压作用；,一、蓄电池组在通信电源系统中的作用,5,二、铅酸蓄电池的工

2、作原理,正极板； 负极板； 隔板； 电解液； 电池槽； 附件。,6,PbO2 2H2SO4 Pb放电PbSO42H2OPbSO4 （正极） （硫酸） （负极） （正极） （水） （负极）,正极板上的二氧化铅和负极板上的绒状铅与稀硫酸产生 化学反应，反应的结果，在正、负极板上生成均硫酸化铅， 氢氧根离子生成水。,二、铅酸蓄电池的工作原理,1、放电过程中的化学反应式,7,Pb2O 4H2SO4 Pb2e （正极） （硫酸） （负极） 放电 PbSO42H2OPbSO4 （正极） （水） （负极）,负极板：绒状铅Pb放出两个电子，而产生铅正离子（Pb）， 因此在负极板上出现若干个多余的电子，该电子在

3、电位差的作用 下，不断的通过外电路、负载进入正极板。,二、铅酸蓄电池的工作原理,1、放电过程中的化学反应式,8,Pb2O 4H2SO4 Pb2e （正极） （硫酸） （负极） 放电 PbSO42H2OPbSO4 （正极） （水） （负极）,正极板：由于电子自外电路进入，（PbO2）与水作用离解出来的 四价的铅正离子（Pb）在取得2个电子后化合变成二价 的铅正离子（Pb），再和正极板附近的硫酸根负离子（SO4- -） 结合在一起，生成硫酸铅PbSO4分子附在正极板上。,1、放电过程中的化学反应式,二、铅酸蓄电池的工作原理,9,Pb2O 4H2SO4 Pb2e （正极） （硫酸） （负极） 放电

4、PbSO42H2OPbSO4 （正极） （水） （负极）,电解液：稀硫酸H2SO4由于电离分解为氢正离子（2H）和硫酸根负离子 （SO4- -）。由于电荷的静电作用，氢正离子（2H）移向正极板，硫酸 根负离子（SO4- -）移向负极板，形成了电池内部的离子电流。 移向正极板的氢正离子（2H）和氧负离子（O- -）结合生成水分子 （H2O）。,二、铅酸蓄电池的工作原理,1、放电过程中的化学反应式,10,PbSO42H2OPbSO4充电 PbO22H2SO4 Pb （正极）（水） （负极） （正极） （硫酸） （负极）,在充电电源的作用下，外电路的电流自蓄电池的正极流入，经电解 液和负极板流出，电

5、源从正极板中不断取得电子输送给负极板，促使 正、负极板上的硫酸铅（PbSO4）不断进入电解液被游离。在负极板上， 获得电子，硫酸铅还原成铅，并以固态状态附在负极板上。正极板 上失去的电子，经过复杂的化学反应，还原成二氧化铅。,二、铅酸蓄电池的工作原理,2、充电过程中的化学反应式,11,PbSO4 4H2O4PbSO4 PbSO4 4OH4HPbSO4 2e Pb(OH)42H2SO4Pb PbO22H2O2H2SO4Pb,负极板：因获得电子，所以二价的铅离子（Pb） 被中和为铅（Pb），并以固态状态附在负极板上。,二、铅酸蓄电池的工作原理,2、充电过程中的化学反应式,12,PbSO4 4H2O

6、4PbSO4 PbSO4 4OH4HPbSO4 2e Pb(OH)42H2SO4Pb PbO22H2O2H2SO4Pb,正极板：在正极板上失去的电子，则由电解液中位于极板附近处于游离 状态的二价铅离子（Pb）不断放出电子来补充。当它变成四价铅离子 （Pb）以后，再和水中的氢氧根离子结合，生成过渡状态的而且可 离解的物质（Pb（OH）4）和游离状态的氢离子（H+）。（Pb（OH）4）又 继续分解为二氧化铅（PbO2）和水 。,二、铅酸蓄电池的工作原理,2、充电过程中的化学反应式,13,PbSO4 4H2O4PbSO4 PbSO4 4OH4HPbSO4 2e Pb(OH)42H2SO4Pb PbO

7、22H2O2H2SO4Pb,电解液：游离状态的氢离子（H+）和硫酸根负离子（SO4 ）结合成 硫酸，和正极板上化合产生的水混在一起形成稀硫酸。,二、铅酸蓄电池的工作原理,2、充电过程中的化学反应式,14,PbSO4 4H2O4PbSO4 PbSO4 4OH4HPbSO4 2e Pb(OH)42H2SO4Pb PbO22H2O2H2SO4Pb,从充电反应式中看出，当蓄电池充电后，两极上原来被消耗掉的活性 物质还原了，同时电解液中硫酸成分增加，水分减少，电解液的比重 升高了。,二、铅酸蓄电池的工作原理,2、充电过程中的化学反应式,15,阀控式密封 铅酸蓄电池 主要组成部 分为：板栅、 活性物质、

8、隔板、安全 阀及壳体。,三、铅酸蓄电池的结构特点,16,1、板栅 板栅包括正极板、负极板板栅。,铅酸蓄电池中的板栅有两方面的作用： 1、为集电作用，通过边框及筋条，尤其是纵 向筋条，起着传导和汇集电流并使电流分布 均匀的作用； 2、为支撑架，通过筋条及边框，特别是横向 筋条对活性物质起着支撑作用，从而为极板的 活性物质充当载体。,三、铅酸蓄电池的结构特点,17,1、板栅 板栅的结构设计：,板栅的结构设计影响蓄电池的性能，如活性物质 利用率、大电流放电等，一般以板栅筋条呈放射状为 佳，矮型优于高型。但若将高型蓄电池卧放，则放电 性能与矮型接近。为保证阀控式密封铅酸的长寿命， 板栅厚度较普通的要厚

9、一些，一般在3mm以上。有的大 容量蓄电池板栅厚达56mm。,三、铅酸蓄电池的结构特点,18,1、板栅 板栅的材料 ：,阀控式密封铅酸蓄电池主要的一项技术在于采用了铅钙合 金材料，不但满足了一般的硬度、机械强度、导电性、耐 腐蚀要求，还具有以下特点： 铅钙合金板栅抗膨胀、抗变形好； 提高了负极析气过电位； 导电性能优； 减小自放电速率。 较好的浇铸性、机械强度及优良的深循环特性。,三、铅酸蓄电池的结构特点,19,2、活性物质,涂膏式极板是将铅粉和添加的硫酸充分混合后涂敷到板栅 上，经固化、化成等工艺过程而形成活性物质。全过程伴 随着一系列的化学、电化学及物理反应。 活性物质的形成过程为： 铅粉

10、合膏涂板固化化成。,三、铅酸蓄电池的结构特点,20,2、活性物质,活性物质的电化学当量： 在铅蓄电池中，活性物质PbO2、Pb、H2SO4及其相关物质 的电化当量是指依据法拉第电解定律，每放出或充入1Ah 电量所消耗或生成物质的质量(g)。电化当量是设计蓄电 池理论比容量的重要依据。,三、铅酸蓄电池的结构特点,21,2、活性物质,活性物质的利用率： 采取利用率来表征活性物质理论用量与实际用量的比值。 正极活性物质利用率仅为4550； 负极活性物质利用率稍高为5055。 正极活性物质用量达1015gAh； 负极活性物质用量是正极板的1.2倍左右。,三、铅酸蓄电池的结构特点,22,3、隔板,隔板主

11、要由玻璃纤维构成： 隔板在阀控式密封铅酸蓄电池中是一个酸液储存器，电解液 大部分被吸附在其中，并被均匀地、迅速地分布，而且可以 被压缩，并在湿态和干态条件下都保持着弹性，以保持导电 和适当支撑活性物质的作用。,三、铅酸蓄电池的结构特点,23,3、隔板,对隔板要求： 吸收足够的电解液； 具有相对小的高曲径通路而防止枝晶生长； 相当高的孔率以使电阻降低； 在整个寿命期间保持电解液吸收性以防干竭； 不含增加析气速率的杂质； 耐酸腐蚀和抗氧化能力强。,三、铅酸蓄电池的结构特点,24,3、隔板,阀控密封铅酸蓄电池隔板材料普遍采用了超细玻璃纤维， 近年面市的混合式隔板则除玻璃纤维外，还混入了多种 其他原材

12、料，提高了隔板的使用性能。,三、铅酸蓄电池的结构特点,25,3、隔板,超细玻璃纤维隔板结构的性能有如下特点： 各向异性能结构：平行孔有助于酸液的分布与保持。垂直孔提供电阻和气体传递的直通道。 具有较小的内阻。倘若加压有助于氧气穿越隔板。 小直径纤维能使酸液充分润湿隔板，增加机械强度。 毛细压力作用，使极板中小孔优先填满电解液，并使隔板部分的饱和。 保持气体，使水的损耗减小。,三、铅酸蓄电池的结构特点,26,4、排气阀,排气阀的作用：“单向节流性” 电池中气体压力超过开启压力时，排气阀便打开阀门，及时排出，以减小内压。 防止蓄电池内气体聚集。 不允许外部空气进入蓄电池内，避免加速自放电。,三、铅

13、酸蓄电池的结构特点,27,4、排气阀,排气阀的性能：“开阀压和闭阀压” 开阀压为1035kPa，闭阀压为315kPa。 开阀压过高，外壳易膨胀或鼓裂； 开阀压过低，则易因失水过多而造成失效； 排气阀必须具有氧气不透过性能； 阀门关闭不及时，空气易进入蓄电池，加速自放电。,三、铅酸蓄电池的结构特点,28,5、蓄电池壳体,对蓄电池外壳材料的要求： 耐酸腐蚀，抗氧化； 机械强度好、耐震动、耐冲击、耐挤压； 蠕动变形小； 水气蒸发泄露小，氧气扩散渗透小。 主要指标有拉伸强度、冲击强度、洛氏硬度、热变形温度、电阻系数、吸水性、水蒸气渗透率及氧气泄漏量等。,三、铅酸蓄电池的结构特点,29,5、蓄电池壳体,

14、蓄电池壳体结构的特点1： 由于盖上装设了节流阀，因此使蓄电池处于加压或减压状态。除采用强度大而不易产生变形的材料外，还应加厚槽壁，并在侧面安装加强筋，用于抵制极板面上的压力。,三、铅酸蓄电池的结构特点,30,5、蓄电池壳体,蓄电池壳体结构的特点2： 在蓄电池壳内部充电后期，正极板上产生的氧气除直接穿透隔离物到达负极的途径外，还采用通过极群外部绕行的途径，在蓄电池内壁装设筋条来达到这个效果。,三、铅酸蓄电池的结构特点,31,5、蓄电池壳体,蓄电池壳体结构的特点3： 蓄电池壳体分开方式。大容量的蓄电池在正常工作时为密封状态，不利于散热降温，而且在浮充状态蓄电池内为负压，蓄电池壳壁必须要很厚，采用蓄

15、电池壳分开的方法分散壳壁负压，以达到减小壁厚便于散热的目的。,三、铅酸蓄电池的结构特点,32,5、蓄电池壳体,蓄电池壳体结构的特点4： 蓄电池壳底部装鞍子。大容量蓄电池壳底部装鞍子，可用来避免极板变形。,三、铅酸蓄电池的结构特点,33,不同类型阀控式密封铅酸蓄电池产品的生产要点是不相同的。 小型蓄电池要求自放电小，循环寿命长。 启动型侧重于干荷电、大电流启动性能及大电流的间放次数和循环次数性能。 固定型着重于浮充寿命和耐过充电能力。 牵引型着重于快速充电和蓄电池充电接受能力。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,34,1、板栅制造,板栅材料各有不同，但正负板栅的制造均以浇铸方法为主。,四、铅酸蓄电池的制

16、造工艺,35,2、铅粉制造,铅粉是制造铅酸蓄电池极板活性物质的主原料。 制造铅粉一般采用下列两种方法。 球磨法 是将铅锭先铸成铅球或铅块，装入球磨机内进行研磨，并鼓风氧化成铅粉。 气相氧化法 是将铅块在反应锅内熔化后，在气相氧化室内，将熔融铅液搅拌成铅的小雾滴并使之与空气充分氧化而制取氧化铅粉末的一种方法。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,36,2、铅粉制造,球磨法制造铅粉工艺流程 。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,37,2、铅粉制造,球磨法制造铅粉工艺流程 。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,38,3、和膏和涂板,铅膏是由铅粉、硫酸、水和添加剂在特定和膏机中，按指定工艺 调制而成。 为了提高极板的强度和改善

17、电极的充、放电性能，在负极膏中还必须加入硫酸钡、腐殖酸、炭黑等所谓的膨胀剂。 在正极膏中也可加入某些特定的添加剂，以利提高正极活性物质的利用率，即提高蓄电池电容量和循环使用寿命。 正、负极膏中均可加入少量涤纶(丙纶)短纤维，用以增强极板活性物质之间的粘结力。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,39,3、和膏和涂板,涂板是把和膏后的铅膏和板栅粘压在一起而制成极板的过程。 为防止各道工序的不均匀所导致最后浮充电压的不均匀，在涂板时必须严格控制每片极板的重量，定时进行检测。 涂膏后的极板经压板后直接放入表面干燥炉进行表面干燥。 表面干燥后的极板密排在铁架上，转入固化工序。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,40,4

18、、固化和干燥,极板的固化是指涂好膏的极板在一定的温度、湿度和时间等条件 下，在铅膏胶凝过程中完成游离铅和板栅筋条表面铅的氧化及硫 酸铅的再结晶和硬化的过程。 极板中的铅继续氧化成氧化铅，使含铅量进一步降低； 极板的固化过程是形成碱式硫酸铅的过程，对于正极板的固化，希望生成小结晶的3PbO2PbSO4H2O，因为化成后，易转变为初容量较高的PbO2； 增加极板的机械强度； 使板栅表面氧化，增强板栅筋条和活性物质之间的结合力。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,41,5、化成,极板的化成是采用直流电的方法，并借助电化学的氧化还原作用 使填在正、负板栅上的粉膏物质分别在正极转化成二氧化铅，在 负极转化为海绵

19、状铅的过程。 极板化成 在化成槽中加入一定比重的硫酸，正、负极板分别在阳极和阴极进行电化学反应。 蓄电池化成 装配成蓄电池后注入一定浓度的硫酸通电化成。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,42,6、蓄电池的装配,四、铅酸蓄电池的制造工艺,43,6、蓄电池的装配,1、焊极群 用隔板按“C”形或“U”形包极板； 将极群放入相应的蓄电池槽中； 将极耳、汇流排和极柱牢固地结合在一起。 焊接对蓄电池性能影响最大的是虚焊。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,44,6、蓄电池的装配,2、蓄电池密封 槽盖密封 目前主要有热封和胶封两种。 极柱密封 树脂密封式 ； 树脂密封同铅相结合 ； 机械压缩式 安全阀的密封,四、铅酸蓄电

20、池的制造工艺,45,6、蓄电池的装配,3、灌酸 采用贫液式设计，因此要求蓄电池的灌酸量控制极为严格。灌多灌少对蓄电池性能都有影响； 均采用精密灌酸机灌酸 ； 槽中应当无游离酸液存在。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,46,6、蓄电池的装配,3、初充电、性能测试 阀控式密封铅酸蓄电池属湿荷电产品，在出厂前要求充足电。一般采用分布充电的方法来提高充电的效率。有的厂家为了保证蓄电池的合格率，使每个蓄电池出厂前都必须做一次容量测试(10小时率)，测其容量合格后才允许出厂。充电制度采用充一放一充。,四、铅酸蓄电池的制造工艺,47,1、蓄电池的电动势与端电压 蓄电池外电路断开时，其正、负极间的电位差，称蓄电池的

21、电动势。 蓄电池外电路闭合时，其正、负极间的电位差，称蓄电池的端电压。,五、蓄电池的相关参数,48,2、 浮充工作状态 浮充是蓄电池组与整流器并联，作为惟一后备电源的蓄电池组工作方式。 阀控式密封铅酸蓄电池的浮充电压通常选取2.232.28V。 阀控式密封铅酸蓄电池浮充电压的选择应选择制造厂家推荐电压的下限值。 浮充电流与浮充电压及温度之间的特性关系 ： 浮充电流随浮充电压的增大而增加，随温度的升高而增加 浮充使用状态下，各单体电压趋于均匀的时间需6个月左右。,五、蓄电池的相关参数,49,3、 均衡充电工作状态 均充指均衡充电，通常新装蓄电池组、6个月以上未放过电蓄电池组、非失水性容量下降蓄电

22、池组可以通过对蓄电池组进行2.35V /单体的均衡充电电压进行充电8小时左右，直至充电电流每1000AH低于35A结束。,五、蓄电池的相关参数,50,4、 放电终止电压 在一定工作环境温度和放电率下，蓄电池组放电至能反复充电使用的最低电压称为蓄电池组的放电终止电压。,五、蓄电池的相关参数,51,5、 蓄电池的放电速率 指蓄电池组放电到终了时的时间的长短。 常用的放电率为10Hr、3Hr、1Hr。对应放电速率的放电电流值为I10、I3、I1。,五、蓄电池的相关参数,52,6、 蓄电池的容量 蓄电池组的容量与温度、放电率、放电终止电压有关 额定容量 ； 不同环境温度下蓄电池组放出的容量 ； 蓄电池

23、组用不同放电率电流放出的容量； 标准容量。,五、蓄电池的相关参数,53,1、 蓄电池组浮充电压的设置 蓄电池组长期工作在浮充状态下，设置合适 的浮充电压可以不影响蓄电池的使用寿命 浮充的作用：补充自放电的容量损失，放电后充电； 浮充电压：2.25 0.02 V； 浮充电压与规定值相差5，寿命将缩短一半；,六、维护工作中需要注意的事项,54,2、 蓄电池组浮充电压温度补偿 以25 为基准，温度变化1 ，浮充电压调整3mV 在浮充状态下，为了保证电池既不欠充，又不过充，除了正确设置浮充电压外，还必须根据蓄电池组工作的环境温度适当调整浮充电压。,六、维护工作中需要注意的事项,55,3、 浮充电流的设

24、置 浮充电流控制在0.1C100.25C10之间 在蓄电池组放电结束，转入充电状态时，通常使用浮充电压进行充电。使用合适的浮充电压进行充电的同时，必须控制充电电流。,六、维护工作中需要注意的事项,56,4、 均衡充电 新装蓄电池组； 各单体电压严重不均衡； 长期搁置不用； 长时间浮充未放电； 进行深放电后；,六、维护工作中需要注意的事项,57,5、 均衡充电电压的设置 均充电压选择：2.35 V； 均充电流设定：一般为0.1C100.2C10之间； 均充时间设定：不宜过长，及时转浮充。,六、维护工作中需要注意的事项,58,6、 蓄电池组放电终止电压的设置 不同的环境温度，处于不同放电率的蓄电池

25、组，设置蓄电池组放电终止电压也不同。,六、维护工作中需要注意的事项,59,7、蓄电池组每个单体之间的连接必须要可靠 接触电阻大，降低了总电压； 极柱发热，使电池内部温度上升； 电池析气，鼓胀，变形； 甚至导致爆炸及燃烧。,日常工作： 检查紧固； 测量接点温度； 测量连接端压降；,六、维护工作中需要注意的事项,60,8、 蓄电池组每个单体电池连接处不宜搽太多的凡士林。 为了连接可靠，在连接点搽凡士林，不恰当的处理将对蓄电池的工作产生一定的负面影响。 非纯凡士林增大了氧化作用； 影响了散热效果。,日常工作： 减少摸搽剂量； 减少摸搽面积； 观察颜色变化；,六、维护工作中需要注意的事项,61,9、

26、新装电池投入使用前，应做容量测试和均充 蓄电池组在出厂到现场安装有一定的时间，蓄电池自放电原因，无论哪个厂家、质量如何，24只蓄电池单体的自放电速度均不一样，因此在投入使用前，一定要进行一次充分的充电。 对新装蓄电池组，投入使用前，应做一次全容量测试。 0.1C10放电电流，放出80额定容量； 0.1C10充电电流，浮充电压，充入120放出容量； 0.1C10充电电流，均充电压，充6小时；,六、维护工作中需要注意的事项,62,10、在停电频繁的小水电、接入网点，注意要防止充电不足。 经常停电的网点，蓄电池组放电频繁，使充电时间不足保证充电的要求，容易产生蓄电池极板硫酸化，使容量丢失，寿命降低。

27、 日常维护： 根据实际情况，优化设置保证充电电量是放电电量的120%。,六、维护工作中需要注意的事项,63,11、 注意小电流放电对蓄电池组的损害 。 基站电池容量配置高，处于小电流放电状态： 容易引起极板硫酸化； 容易过放电。 日常维护： 定期小电流均充； 合理设置二次下电终止电压 。,六、维护工作中需要注意的事项,64,12、 注意勿将启动电池当作后备电源使用。 极板设计不同 启动电池极板多为放射状栅格极板。 设计寿命不同 启动电池设计寿命通常为23年。,六、维护工作中需要注意的事项,65,13、实际放出容量的计算CeT。 不同环境温度的容量计算： 10Hr下，K=0.006/ ； 3Hr

28、下， K=0.008/ ； 1Hr下， K=0.01/ ；,六、维护工作中需要注意的事项,66,14、实际放出容量的计算CeHr。 不同放电率下的容量计算： 0.5Hr=1.75/ =0.4, 1.7/ = 0.45； 1Hr=1.8/ = 0.45, 1.75/ = 0.55； 2Hr= = 0.61； 3Hr= = 0.75； 4Hr= = 0.79； 6Hr= = 0.88； 8Hr= = 0.94； 10Hr= = 1；,六、维护工作中需要注意的事项,67,15、实际放出容量的计算Ce。 实际放出容量的计算：,六、维护工作中需要注意的事项,68,容量测试； 核对性容量测试； 检测开口电

29、压、端电压； 检测内阻； 检查外观。,七、如何判断蓄电池组的好坏,69,1、 容量测试 。 容量测试的定义： 通过假负载对蓄电池组进行放电，放出蓄电池组额定容量的80。再根据放电数据进行容量分析的一种蓄电池组容量检测方法。 容量测试的周期： a）新装电池在投入使用前，应完成一次容量测试； b) 投产起每三年应完成一次；满六年后，应每年完成一次容量测试。,七、如何判断蓄电池组的好坏,70,2、 核对性容量测试 。 核对性容量测试的定义 可分为离线式核对性放电试验和在线式核对性放电试验两种。 离线式：被测蓄电池组完全脱离直流供电系统 ； 在线式：被测蓄电池组不脱离直流供电系统 ； 采用放30容量：低于1.92伏时，可视为落后电池； 采用放40容量：低于1.90伏时，可视为落后电池。,七、如何判断蓄电池组的好坏,71,3、 通过蓄电池组的内阻、电导值定性判断落后蓄电池。 蓄电池电导的定义 电导就是传导电流的能力，反映了电池单元可以进行化学反应的极板面积的物理特征。 测试出来的电导值与基准电导值比较后： 70% 警告， 60% 更换。,七、如何判断蓄电池组的好坏,72,4、从蓄电池的开口电压、端电压初步判断蓄电池组