第六章蓄電池維護注意事項

2023-02-09 04:54:05 字數 4652 閱讀 7519

把物質的化學能轉變為電能的裝置,稱為化學電池,一般簡稱為電池。以酸性水溶液為電解質稱為酸蓄電池,以鹼性水溶液為電解質者稱為鹼電池。因為酸蓄電池電極是以鉛及其氧化物為材料,故又稱為鉛蓄電池。

鉛蓄電池按其工作環境又可分為移動式和固定式兩大類。固定型鉛蓄電池按電池槽結構分為半密封式及密封式,半密封式又有防酸式及消氫式。依據電解液數量還可將鉛酸電池分為貧液式和富液式,密封式電池均為貧液式,半密封式電池均為富液式。

鉛酸電池分類可歸納如下:

防酸隔爆,例ggf—2000

傳統型固定式消氫型,例ggx—1000

固定型 (又稱富液式) 幹荷電,例caf—3000

溼荷電,例ggm—1500

密封型全密封

閥控式(又稱貧液式或陰極吸附式)

起動型普通型,例6—q—90

鉛酸電池幹荷電,例3—qa—150

電瓶車用,例dg—400

內燃機車用,例ng—462

鐵路車用,例tg—450

電單車用,例mt—12

密封型全密型

閥控型鉛酸蓄電池自發明後,在化學電源中一直占有絕對優勢。這是因為其**低廉、原材料易於獲得,使用上有充分的可靠性,適用於大電流放電及廣泛的環境溫度範圍等優點。

到20世紀初,鉛酸蓄電池歷經了許多重大的改進,提高了能量密度、迴圈壽命、高倍率放電等效能。然而,開口式鉛酸蓄電池有兩個主要缺點:①充電末期水會分解為氫、氧氣體析出,需經常加酸、加水,維護工作繁重;②氣體溢位時攜帶酸霧,腐蝕周圍裝置,並汙染環境,限制了電池的應用。

近二十年來,為了解決以上的兩個問題,世界各國竟相開發密封鉛酸蓄電池,希望實現電池的密封,獲得乾淨的綠色能源。20世紀90年代後電信部門大量使用了閥控式鉛蓄電池作為後備電源,閥控式鉛蓄電池在電源產品中占有重要地位。

閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為valve regulated lead battery(簡稱vrla電池),其基本特點是使用期間不用加酸加水維護,電池為密封結構,不會漏酸,也不會排酸霧,電池蓋子上設有單向排氣閥(也叫安全閥),該閥的作用是當電池內部氣體量超過一定值(通常用氣壓值表示),即當電池內部氣壓公升高到一定值時,排氣閥自動開啟,排出氣體,然後自動關閉,防止水分蒸發。

閥控鉛蓄電池的基本結構如下圖所示。它由正負極板、隔板、電解液、安全閥、氣塞、外殼等部分組成。正負極板均採用塗漿式極板,活性材料塗在特製的鉛鈣合金骨架上。

這種極板具有很強的耐酸性、很好的導電性和較長的壽命,自放電速率也較小。隔板彩超細玻璃纖維製成,全部電解液注入極板和隔板中,電池內沒有流動的電解液,即使外殼破裂,電池也能正常工作。電池頂部裝有安全閥,當電池內部氣壓達到一定數值時,安全閥自動開啟,排出氣體。

電池內氣壓低於一定數值時,安全閥自動關閉,頂蓋上還備有內裝陶瓷過濾器的氣塞,它可以防止酸霧從蓄電池中逸出。正負極接線端子用鉛合金製成,採用全密封結構,並且用瀝青封口。

圖6-1 閥控鉛蓄電池的基本結構

在閥控鉛蓄電池中,電解液全部吸附在隔板和極板中,負極活性物質(海綿狀鉛)在潮濕條件下活性很多,能與氧氣快速反應。充電過程中,正極板產生的氧氣通過隔板擴散到負極板,與負極活性物質快速反應,化合成水。因此,在整個使用過程中,不需要加水補酸。

閥控式鉛酸蓄電池的化學反應原理就是充電時將電能轉化為化學能在電池內儲存起來,放電時將化學能轉化為電能供給外系統。其充電和放電過程是通過化學反應完成的,化學反應式如下:

正極:負極:

從上面反應式可看出,充電過程中存在水分解反應,當正極充電到70%時,開始析出氧氣,負極充電到90%時開始析出氫氣,由於氫氧氣的析出,如果反應產生的氣體不能重新復合利用,電池就會失水乾涸;對於早期的傳統式鉛酸蓄電池,由於氫氧氣的析出及從電池內部逸出,不能進行氣體的再復合,是需經常加酸加水維護的重要原因;而閥控式鉛酸蓄電池能在電池內部對氧氣再復合利用,同時抑制氫氣的析出,克服了傳統式鉛酸蓄電池的主要缺點。

閥控式鉛酸蓄電池採用負極活性物質過量設計,agm或gel電解液吸附系統,正極在充電後期產生的氧氣通過agm或gel空隙擴散到負極,與負極海綿狀鉛發生反應變成水,使負極處於去極化狀態或充電不足狀態,達不到析氫過電位,所以負極不會由於充電而析出氫氣,電池失水量很小,故使用期間不需加酸加水維護。

閥控式鉛酸蓄電池氧迴圈如下:

圖6-2 閥控式鉛酸蓄電池氧迴圈示意圖

可以看出,在閥控式鉛酸蓄電池中,負極起著雙重作用,即在充電末期或過充電時,一方面極板中的海綿狀鉛與正極產生的o2反應而被氧化成一氧化鉛,另一方面是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳輸來的電子進行還原反應,由硫酸鉛反應成海綿狀鉛。

在電池內部,若要使氧的復合反應能夠進行,必須使氧氣從正極擴散到負極。氧的移動過程越容易,氧迴圈就越容易建立。

在閥控式蓄電池內部,氧以兩種方式傳輸:一是溶解在電解液中的方式,即通過在液相中的擴散,到達負極表面;二是以氣相的形式擴散到負極表面。傳統富液式電池中,氧的傳輸只能依賴於氧在正極區h2so4溶液中溶解,然後依靠在液相中擴散到負極。

如果氧氣相在電極間直接通過開放的通道移動,那麼氧的遷移速率就比單靠液相中擴散大得多。充電末期正極析出氧氣,在正極附近有輕微的過壓,而負極化合了氧,產生一輕微的真空,於是正、負間的壓差將推動氣相氧經過電極間的氣體通道向負極移動。閥控式鉛蓄電池的設計提供了這種通道,從而使閥控式電池在浮充所要求的電壓範圍下工作,而不損失水。

對於氧迴圈反應效率,agm電池具有良好的密封反應效率,在貧液狀態下氧復合效率可達99%以上;膠體電池氧再復合效率相對小些,在乾裂狀態下,可達70-90%;富液式電池幾乎不建立氧再化合反應,其密封反應效率幾乎為零。

(一)放電中電壓的變化

電池在放電之前活性物質微孔中的硫酸濃度與極板外主體溶液濃度相同,電池的開路電壓與此濃度相對應。放電一開始,活性物質表面處(包括孔內表面)的硫酸被消耗,酸濃度立即下降,而硫酸由主體溶液向電極表面的擴散是緩慢過程,不能立即補償所消耗的硫酸,故活性物質表面處的硫酸濃度繼續下降,而決定電極電勢數值的正是活性物質表面處的硫酸濃度,結果導致電池端電壓明顯下降,見曲線oe段。

隨著活性物質表面處硫酸濃度的繼續下降,與主體溶液之間的濃度差加大,促進了硫酸向電極表面的擴散過程,於是活性物質表面和微孔內的硫酸得到補充。在一定的電流放電時,在某一段時間內,單位時間消耗的硫酸量大部分可由擴散的硫酸予以補充,所以活性物質表面處的硫酸濃度變化緩慢,電池端電壓比較穩定。但是由於硫酸被消耗,整體的硫酸濃度下降,又由於放電過程中活性物質的消耗,其作用面積不斷減少,真實電流密度不斷增加,過電位也不斷加大,故放電電壓隨著時間還是緩慢地下降,見曲線efg段。

隨著放電繼續進行,正、負極活性物質逐漸轉變為硫酸鉛,並向活性物質深處擴充套件。硫酸鉛的生成使活化物質的孔隙率降低,加劇了硫酸向微孔內部擴散的困難,硫酸鉛的導電性不良,電池內阻增加,這些原因最後導致在放電曲線的g點(1.85v左右)後,電池端電壓急劇下降,達到所規定的放電終止電壓。

(二)充電中的電壓變化

在充電開始時,由於硫酸鉛轉化為二氧化鉛和鉛,有硫酸生成,因而活性物質表面硫酸濃度迅速增大,電池端電壓沿著oa急劇上公升。當達到a點後,由於擴散、活性物質表面及微孔內的硫酸濃度不再急劇上公升,端電壓的上公升就較為緩慢(abc)。這樣活性物質逐漸從硫酸鉛轉化為二氧化鉛和鉛,活性物質的孔隙也逐漸擴大,孔隙率增加。

隨著充電的進行,逐漸接近電化學反應的終點,即充電曲線的c點(2.35v左右)。到達c點以後,繼續充電將產生大量氣體。

當極板上所存硫酸鉛不多,通過硫酸鉛的溶解提供電化學氧化和還原所需的pb2+極度缺乏時,反應的難度增加,當這種難度相當於水分解的難度時,即在充入電量70%時開始析氧,即副反應2h2o→o2+4h++4e-,充電曲線上端電壓明顯增加。當充入電量達90%以後,負極上的副反應,即析氫過程發生,這時電池的端電壓達到d點,兩極上大量析出氣體,進行水的電解過程,端電壓又達到乙個新的穩定值,其數值取決於氫和氧的過電位,正常情況下該恆定值約為2.6v。

圖6-3 閥控式鉛酸蓄電池充電特性曲線

蓄電池放電後的回覆充電也可以採用浮動充電方法。上圖是按10小時率額定容量50%及100%放電後的定電流[0.1c10(a)]定電壓(2.

23v)充電特性圖。放電後的蓄電池充滿電所需時間隨放電量、充電初期電流、溫度而變化。如圖中100%放電後的電池在25℃以0.

1c10(a)、2.23v/單格進行限流恆壓充電,24小時左右可以充電至放電量100%以上。

(一)電池容量

電池容量是電池儲存電量多少的標誌,有理論容量、額定容量和實際容量之分。

1、理論容量

理論容量是假設活性物質全部反應放出的電量。

2、額定容量

額定容量是指製造電池時,規定電池在一定放電率條件下,應該放出最低限度的電量。固定型鉛酸蓄電池規定在25℃環境下,以10小時率電流放電至終了電壓所能達到的容量叫額定容量,用符號c10表示。

3、實際容量

實際容量是指在特定的放電電流、電解液溫度和放電終了電壓等條件下,蓄電池實際放出的電量。它不是乙個恆定的常數。閥控式鉛蓄電池規定的工作條件一般為:

10小時率電流放電,電池溫度為25℃,放電終了電壓為1.8v。

(二)使用因素對電池容量的影響

影響電池容量的主要因素有:放電率、放電溫度、電解液濃度和終了電壓等。

1、放電率的影響

放電至終了電壓的快慢叫做放電率,放電率可用放電電流的大小,或者用放電到終了電壓的時間長短來表示,分為時間率和電流率。一般都用時間表示,其中以10小時率為正常放電率。對於一給定電池,在不同時率下放電,將有不同容量。

放電特性如下:

圖6-4 閥控式鉛酸蓄電池放電特性曲線

下表為一gfm1 000電池在常溫下不同放電率放電時的容量。

放電率越高,放電電流越大。這時極板表面迅速形成pbso4。而pbso4的體積比pbo2和pb大,堵塞了多孔電極的孔口,電解液則不能充分**電極內部反應的需要,電極內部活性物質得不到充分利用,因而高倍率放電時容量降低。

蓄電池使用注意事項

蓄電池可在環境溫度 35 45 範圍內工作,但蓄電池的額定容量和使用壽命是在25 左右下的設計值,環境溫度每公升高10 電池壽命將減少30 所以蓄電池使用環境溫度應保持在10 30 之間。蓄電池室應有必要的通風設施。蓄電池應離開熱源和易產生火花的地方,其安全距離應大於 蓄電池應避免陽光直射,不能置於...

蓄電池的使用注意事項

1 防止過放電 蓄電池放電到終止電壓後,繼續放電稱為過放電。過放電會嚴重損害蓄電池,對蓄電池的電氣效能及 迴圈壽命極為不利。蓄電池放電到終止電壓時內阻較大,電解液濃度非常稀薄,特別是極板孔內及表面幾乎處於中性,過 放電時內阻有發熱傾向,體積膨脹,放電電流較大時,明顯發熱 甚至出現發熱變形 這時硫酸鉛...

蓄電池充電注意事項 完整

4.請嚴格按照叉車 蓄電池 或充電機廠家提供的匹配引數,對蓄電池和充電機進行匹配充電 5.電池吊裝應注意安全,採用專用裝置吊裝,且由專業人員操作。四 充電注意事項 打 部分為重點 1.充電 1.1充電準備 1.1.1車輛使用後必須盡快給蓄電池充電,放置時間不得超過24小時 1.1.2開啟蓄電池加液孔...