1、免維護(hù)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)免維護(hù)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)免維護(hù)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)人們常說(shuō)的免維護(hù)蓄電池正規(guī)名稱叫做閥控式密封鉛酸蓄電池，它作為電動(dòng)車的動(dòng)力源使用廣泛。電動(dòng)車用的閥控式密封鉛酸蓄電池從外表看，有外殼、閥蓋、接線端子。接線端子周邊的密封材料分別用紅色和黑色（或者藍(lán)色）來(lái)表明正極和負(fù)極。12V的電池內(nèi)部分為6個(gè)獨(dú)立的相互隔絕的單格，每個(gè)單格內(nèi)有用各自的匯流導(dǎo)體連接的正極板群和負(fù)極板群。鉛酸蓄電池的極板猶如鋼筋水泥的結(jié)構(gòu)，是在合金絲的篩網(wǎng)狀的骨架上涂敷（或者軋制）活性物質(zhì)形成的：正極板上的物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2）,負(fù)極板上的物質(zhì)是絨狀鉛（Pb）o每一個(gè)正、負(fù)極板之間都隔著多孔的超細(xì)纖維物質(zhì)（也有使

2、用二氧化硅膠物質(zhì)填充的），其中吸附著硫酸（H2SO4）電解液，這個(gè)纖維物質(zhì)（或硅膠物質(zhì)）是電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中液相傳輸和氣相傳輸?shù)耐ǖ?，它和正、?fù)極板群被緊密地裝配在一起，形成一個(gè)2V的電池單體。由于鉛酸蓄電池在充電時(shí)極板不可避免的會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣，當(dāng)它們產(chǎn)生的過(guò)多并且來(lái)不及化和成水的時(shí)候就會(huì)在單格內(nèi)形成壓力。為了保證蓄電池正常安全的工作，每個(gè)單格都設(shè)有自己的溢氣閥，當(dāng)壓力過(guò)量時(shí)讓氣體自動(dòng)逸出。相對(duì)于電池槽里裝滿電解液體的富液電池而言，閥控式密封鉛酸蓄電池內(nèi)部只蘊(yùn)含著很少的電解液，屬于貧液電池。盡管如此，由于設(shè)計(jì)時(shí)電解液有一定的冗余，并且在溢氣閥壓力的保護(hù)下只要使用合理，由氣體逸出造成的水損失極小

3、，以至閥控蓄電池的電解液在壽命過(guò)程中基本不用補(bǔ)充，因此閥控式密封鉛酸蓄電池也被稱為免維護(hù)蓄電池。以上是電動(dòng)自行車常用的閥控式密封鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中6個(gè)2V的單格串聯(lián)成12V的電池，電動(dòng)自行車就是由2個(gè)、3個(gè)或者4個(gè)這樣的電池串聯(lián)成24V、36V和48V的電池組來(lái)供電的。蓄電池的電壓多少伏算正常，人們常說(shuō)：這個(gè)蓄電池電壓是12V的。這里所說(shuō)的12V是指蓄電池的最基本參數(shù)標(biāo)稱電勢(shì)（單位V）。一個(gè)鉛酸蓄電池單格標(biāo)稱電勢(shì)為2V,由6個(gè)單格串連起來(lái)的蓄電池標(biāo)稱電勢(shì)就是12V。電動(dòng)車使用的電源一般都是用2到5個(gè)12V的蓄電池串連組成24V、36V、48V、60V電池組，這里都是指蓄電池組的標(biāo)稱電

4、勢(shì)，它是由蓄電池所采用活性物質(zhì)的特性決定的理論值。實(shí)際上，不同的狀況下蓄電池的電壓和標(biāo)稱電勢(shì)存在差異。比如:一個(gè)標(biāo)稱電勢(shì)為12V的正常的鉛酸蓄電池在充電過(guò)程的末期，充電極化達(dá)到最大值，電壓可以達(dá)到14.4V或更高一點(diǎn);在放電將b5E2RGbCAP終了時(shí)，放電極化達(dá)到最大值，電壓可以低到9V左右。而充電或者放電停止并且靜置數(shù)小時(shí)后，極化電壓（濃度極化）完全消失，這個(gè)12V的蓄電池的電勢(shì)可以在13.8V（充滿后）至11V（放完后）之間，此時(shí)的差異是蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)狀態(tài)的改變?cè)斐傻?。下圖表示了12V蓄電池在不同狀況下的電壓變化:鉛酸蓄電池充放電原理通過(guò)以前的介紹我們知道一個(gè)基本的鉛酸蓄電池是由正

5、、負(fù)極板浸潤(rùn)在它們之間的電解液中組成的。說(shuō)的更細(xì)致一點(diǎn)，正極板和負(fù)極板與電解液形成各自的半電池。在各自的半電池構(gòu)造里正極板具有正電勢(shì)、負(fù)極板具有負(fù)電勢(shì)。基本單電池可以看作上述兩個(gè)半電池按正極板-電解液電解液-負(fù)極板組合而成，正、負(fù)相對(duì)電勢(shì)為2V，6個(gè)單電池串聯(lián)在一起就是電動(dòng)車常用的12V電池。鉛酸蓄電池充滿電時(shí)，正極板上的物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2）,負(fù)極板上的物質(zhì)是絨狀的鉛（Pb）,電解液硫酸（H2SO4）的密度約為1.33g/cm3（指電動(dòng)車用鉛酸蓄電池，其他用途鉛酸蓄電池密度稍低）。在放電過(guò)程中，通過(guò)放電回路正極板上的二氧化鉛得到電子，負(fù)極板上的鉛失去電子，分別產(chǎn)生二價(jià)鉛（Pb2+）并且與

6、電解液中的硫酸作用，在各自極板上沉淀為硫酸鉛（PbSO4）;析出的氧離子和氫離子化和成水。隨著放電的進(jìn)行，電解液濃度下降，正、負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸積累。當(dāng)這個(gè)過(guò)程發(fā)展到一定的程度，放電極化現(xiàn)象越來(lái)越重，正極板的電勢(shì)越來(lái)越趨向于負(fù)，負(fù)極板電勢(shì)越來(lái)越趨向于正，電解液中硫酸的密度越來(lái)越低，電池的電壓低到終止電壓，放電就必須終止。在充電過(guò)程中，溶液中的二價(jià)鉛離子將電子傳給外電路氧化為正四價(jià)鉛(Pb4+)，同時(shí)電解液水(HO2)中的氧離子和正四價(jià)鉛進(jìn)入正極板的二氧化鉛晶格。由于溶液中的二價(jià)鉛被消耗，于是正極板上的硫酸鉛不斷溶解，二氧化鉛不斷生成;負(fù)極板上的硫酸鉛先溶解成二價(jià)鉛和硫酸根(SO4)，二價(jià)鉛接

7、受充電回路傳來(lái)的電子在負(fù)極板上還原成鉛。同時(shí)電解液中留下的氫和硫酸根合成硫酸。隨著充電的進(jìn)行，極板上的硫酸鉛逐步溶解，電解液濃度不斷提高。當(dāng)這個(gè)過(guò)程進(jìn)行到一定程度，充電極化現(xiàn)象越來(lái)越重，正、負(fù)極板先后分別析出氧和氫，充電電流越來(lái)越多的產(chǎn)生水解，電解液中硫酸密度越來(lái)越高，正極板電勢(shì)趨向最正，負(fù)極板電勢(shì)趨向最負(fù)，電池電壓不斷升高，最終恢復(fù)到上述充滿電的狀態(tài)。電池容量(Ah)的含義是什么，蓄電池的額定容量C,單位安時(shí)(Ah),它是放電電流安(A)和放電時(shí)間小時(shí)(h)的乘積。由于對(duì)同一個(gè)電池采用不同的放電參數(shù)所得出的Ah是不同的，為了便于對(duì)電池容量進(jìn)行描述、測(cè)量和比較，必須事先設(shè)定統(tǒng)一的條件。實(shí)踐中，

8、電池容量被定義為:用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所給出的電量。也可以說(shuō)電池容量是:用設(shè)定p1EanqFDPw的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所經(jīng)歷的時(shí)間和這個(gè)電流的乘積。為了設(shè)定統(tǒng)一的條件，首先根據(jù)電池構(gòu)造特征和用途的差異，設(shè)定了若干個(gè)放電時(shí)率，最常見(jiàn)的有20小時(shí)、10小時(shí)時(shí)率、電動(dòng)車專用電池為2小時(shí)率，寫(xiě)做C20C10和C2,其中C代表電池容量，后面跟隨的數(shù)字表示該類電池以某種強(qiáng)度的電流放電到設(shè)定電壓的小時(shí)數(shù)。于是，用容量除小時(shí)數(shù)即得出額定放電電流。也就是說(shuō)，容量相同而放電時(shí)率不同的電池，它們的標(biāo)稱放電電流卻相差甚遠(yuǎn)。比如，一個(gè)電動(dòng)自行車用的電池容量10Ah、放電時(shí)率為2小時(shí)，寫(xiě)做10Ah2

9、,它的額定放電電流為10(Ah)/2(h)=5A;而一個(gè)汽車啟動(dòng)用的電池容量為54Ah、放電時(shí)率為20小時(shí)，寫(xiě)做54Ah20,它的額定放電電流僅為54(Ah)/20(h)=2.7A換一個(gè)角度講，這兩種電池如果分別用5A和2.7A的電流放電，則應(yīng)該分別能持續(xù)2小時(shí)和20小時(shí)才下降到設(shè)定的電壓。上述所謂設(shè)定的電壓DXDiTa9E3d)。終止電壓可以簡(jiǎn)單的理解為:放電時(shí)電池電壓下降是指終止電壓(單位V到不至于造成損壞的最低限度值。終止電壓值不是固定不變的，它隨著放電電流的增大而降低，同一個(gè)蓄電池放電電流越大，終止電壓可以越低，反之應(yīng)該越高。也就是說(shuō)，大電流放電時(shí)容許蓄電池電壓下降到較低的值，而小電流

10、放電就不行，否則會(huì)造成損害。電池在工作中的電流強(qiáng)度還常常使用倍率來(lái)表示，寫(xiě)做NChoN是一個(gè)倍數(shù)，C代表容量的安時(shí)數(shù)，h表示放電時(shí)率規(guī)定的小時(shí)數(shù)。在這里h的數(shù)值僅作為提示相關(guān)電池是屬于那種放電時(shí)率，所以在具體描述某個(gè)時(shí)率的電池時(shí)，倍率常常寫(xiě)成NC的形式而不寫(xiě)下標(biāo)。倍數(shù)N乘以容量C就等于電流Ao比如20Ah電池采用0.5C倍率放電，0.5X20=10A換一個(gè)角度舉例：某汽車啟動(dòng)蓄電池容量54Ah,測(cè)得輸出電流為5.4A,那么它此時(shí)的放電倍率N為5.4/54=0.1C。下圖是某20小時(shí)率的電池產(chǎn)品在不同放電倍率下的終止電壓和放電時(shí)間的關(guān)系，這些數(shù)值對(duì)通常的鉛酸蓄電池具有代表性。由圖可見(jiàn)，同一個(gè)電池

11、在不同的放電電流下所得出的Ah(電流和時(shí)間的乘積)數(shù)是不同的。假設(shè)電池的容量為10Ah,以0.6C倍率也就是6A放電時(shí)間只能持續(xù)1小時(shí)，能夠放出的電量?jī)H為6Ax1h=6Ah而以0.05C也就是0.5A放電時(shí)間可以持續(xù)20小時(shí)，放出電量0.5AX20h=10Ah盡管前者的終止電壓比后者低得多，但能夠放出的電量要遠(yuǎn)小于后者。鉛酸蓄電池的工作原理1、鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛(PbO2)，在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)-氫氧化鉛(Pb(OH)4)，氫氧根離子在溶液中，鉛離子(Pb4)留在正極板上，故正極板上缺少電子鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極

12、板是鉛(Pb)，與電解液中的硫酸RTCrpUDGiT(H2SO4)發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子(Pb2),鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個(gè)電子(2e)?？梢?jiàn)，在未接通外電路時(shí)(電池開(kāi)路)，由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，如右圖所示，兩極板間5PCzVD7HxA、鉛酸蓄電池放電過(guò)程的電就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動(dòng)勢(shì)。2化反應(yīng)鉛酸蓄電池放電時(shí)，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。負(fù)極板上每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)電子后，生成的鉛離子(Pb2)與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO

13、4)。正極板的鉛離子(Pb4)得到來(lái)自負(fù)極的兩個(gè)電子(2e)后，變成二價(jià)鉛離子(Pb2)，與電解液中的硫酸根離子(SO4-2)反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛(PbSO4)。正極板水解出的氧離子(O-2)與電解液中的氫離子(H)反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)jLBHrnAILg電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池水。的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。放電時(shí)H2SO鍬度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛(PbSO4)增力口，電池內(nèi)阻增大(硫酸鉛不導(dǎo)電)，電解液濃度下降，電池電動(dòng)勢(shì)降低。3、鉛酸蓄電池充電過(guò)程的電化反應(yīng)充電時(shí)，應(yīng)在外接一直流電源(充電極或整流器)，使

14、正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來(lái)的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子(Pb2)和硫酸根負(fù)離子(SO4-2)，由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價(jià)鉛離子(Pb2)不斷放出兩個(gè)電子來(lái)補(bǔ)充，變成四價(jià)鉛離子(Pb4)，并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛(PbO2)在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子(Pb2)和硫酸根負(fù)離子(SO4-2)，由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的二價(jià)鉛離子(Pb2)被中和為鉛(Pb),并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子

15、(H)和硫酸根離子(SO4-2)，負(fù)極不斷產(chǎn)生硫酸根離子(SO4-2)，在電場(chǎng)的作用下，氫離子向負(fù)極移動(dòng)，硫酸根離子向正極移動(dòng)，形成電流。充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會(huì)發(fā)生水的電解反應(yīng)。4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化從上面可以看出，鉛酸蓄電池放電時(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。實(shí)際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來(lái)判斷鉛酸蓄電池的充電程度。免維護(hù)鉛酸蓄電池的使用與維護(hù)近年來(lái)，隨著電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造xHAQX74J0X的深入，使用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)制造的高頻開(kāi)關(guān)電源和免維護(hù)鉛酸蓄電池有了

16、較廣泛的應(yīng)用。但由于運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)直流電源尤其是蓄電池的維護(hù)不到位，使得直流電源的可靠性得不到有效保證。1存在問(wèn)題2001年8月，系統(tǒng)某110kV變電所發(fā)生火災(zāi)，高壓室嚴(yán)重?zé)龤?。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交流失壓后，二次系統(tǒng)失去電源，保護(hù)裝置無(wú)法動(dòng)作，后經(jīng)檢查直流電源系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)有8只蓄電池的端電壓幾乎為零，這8只蓄電池內(nèi)阻很大，直流無(wú)法輸出，使事故擴(kuò)大。直流電源裝置中的關(guān)鍵設(shè)備是蓄電池組，事故暴露出運(yùn)行人員在直流電源，尤其是蓄電池維護(hù)方面知識(shí)的欠缺，錯(cuò)誤地認(rèn)為免維護(hù)蓄電池就不必維護(hù)，因而沒(méi)有定期對(duì)蓄電池進(jìn)行均衡充電，使電池一直工作在浮充狀態(tài)，單體電池的電壓和容量出現(xiàn)的不平衡現(xiàn)象沒(méi)有得到及時(shí)處理，致使電

17、池?fù)p壞，直流裝置如同虛設(shè)。2免維護(hù)蓄電池的含義閥控式鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點(diǎn)是在充電時(shí)正極板上產(chǎn)生的氧氣，通過(guò)再化合反應(yīng)在負(fù)極板上還原成水，使用時(shí)在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護(hù)，所以又稱為免維護(hù)鉛酸蓄電池?？梢?jiàn)，免維護(hù)只是與普通蓄電池相比，運(yùn)行中免去了添加純水或蒸餾水，調(diào)整電解液液面的項(xiàng)目，并非免去一切維護(hù)工作。3使用與維護(hù)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行正常與否，蓄電池使用年限長(zhǎng)短，主要取決于以下幾個(gè)因素。3.1直流系統(tǒng)監(jiān)視范圍在運(yùn)行中，值班員應(yīng)主要監(jiān)視蓄電池組的端電壓值，浮充電流值，每只蓄電池的電壓值、蓄電池組及直流母線的對(duì)地電阻和絕緣狀態(tài)。3.2蓄電池的充放電蓄電池一般應(yīng)在5?,35?范圍內(nèi)進(jìn)行充電，低于5?或

18、高于35?都會(huì)降低壽命，充電的設(shè)定電壓應(yīng)在指定范圍內(nèi)，如超出指定范圍將造成蓄電池?fù)p壞、容量降低、壽命縮短。(1)初充電:蓄電池在安裝或大修后的第一次充電，稱為初充電。初充電是否良好，將嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。這個(gè)過(guò)程一般由生產(chǎn)廠家在出廠前完成。(2)浮充充電:為了確保直流電源不間斷，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，通常都采用充電電源與蓄電池組并聯(lián)的浮充供電方式。(3)均衡充電:在正常運(yùn)行狀態(tài)下的電池組，通常不需要均衡充電。但如果發(fā)現(xiàn)電池組中單體電池之間電壓不均衡時(shí)，則應(yīng)對(duì)電池組進(jìn)行均衡充電。(4)補(bǔ)充充電:電池在存放、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，會(huì)因自放電而失去部分容量。因此，在安裝后投入使用前，應(yīng)根據(jù)電池的開(kāi)路電壓判斷電池的剩余容量，然后采用不同的方法對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。對(duì)備用擱置的蓄電池，每3個(gè)月應(yīng)進(jìn)行一次補(bǔ)充充電。3.3使用與維護(hù)(1)蓄電池每年應(yīng)以實(shí)際負(fù)荷做一次放電放電應(yīng)保持電流穩(wěn)定，放出額定容量的30,左右(以0.1C放電3小時(shí))，放電每小時(shí)應(yīng)測(cè)一次單體電池及電池組電壓、放電電流、溫度等，放電后應(yīng)進(jìn)行均衡充電然后轉(zhuǎn)浮充進(jìn)行。(2)每月應(yīng)測(cè)一次電池單體LDAYtRyKfE電壓及終端電壓，檢查外觀有無(wú)異常變形和發(fā)熱，并保持完整運(yùn)行記錄。(3)每年應(yīng)檢查一次連接導(dǎo)線是否牢固，是否有腐蝕、松動(dòng)應(yīng)擰緊至規(guī)定扭