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1、铅酸蓄电池的认识、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变化的交流电，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。然后用有保护电路的逆变电源，把蓄电池里的化学能转变成交流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节，蓄电池才能提供相对稳定的电能。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用阀控密封式铅酸蓄电池，一般有12V和24V两种。二、相关知识学习情境：铅酸蓄电池（一）化学电源的发展化学电源，是一种将化学能转化为电能的装置，自1859年普兰特试制成功铅酸电池，1868年法国勒克朗谢制成锌锰干电池以来，化学电源经历了100多年的发展历史，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方便能源。今天，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发展。电源技术的进步，大大加速了现代移动通信、家用电器乃至
3、儿童玩具的发展速度。随着高新技术的发展和为了保护人类生存的环境，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-锰电池，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-镍电池，可充无汞碱性锌-锰电池，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发展，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铅酸蓄电池的发展历史蓄电池是1859年由普兰特发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝
4、对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，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，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢、氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，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，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。1912年Thomas Edison发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加热，成为氢、氧化合的催
5、化剂，使析出的H2与O2重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很快失效；气体不是按氢2氧1的化学计量数析出，电池内部合仍有气体发生；存在爆炸的危险。60年代，美国Gates公司发明铅钙合金，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，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。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，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。1975年，
6、Gates Rutter公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项D型密封铅酸蓄电池的发明专利，成为今天VRLA的电池原型。1979年，GNB公司在购买Gates公司的专利后，又发明了MFX正板栅专利合金，开始大规模宣传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，随着电信业的飞速发展，VRLA电池在电信部门得到迅速推广使用。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，发现VRLA电池并不像厂商宣传的那样，电池出现了热失控、燃烧和早期容量失效等现象，这引起了电池工业界的广泛讨论，并对VRLA电池的发展前
7、途、容量监测技术、热失控和可靠性表示了疑问，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，原因是VRLA电池是一种还需要管理的电池，采用“免维护”容易引起误解。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Dr Darid Feder提出利用测电导的方法对VRLA电池进行监测。I.c.Bearinger从技术方面评述VRLA电池的先进性。这此文章对VRLA电池的发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、全部采用VRLA电池；1996年VRLA电池基本取代传统的富液式电池，VRLA电池已经得到了广大用户的认可。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，这种电池不能用简单方法再生，不能充电，用后废弃。（2)镉-镍电池：镉-镍电池是1899年瑞典尤格尔发明的，可满足大功率放电的要求，用于导弹，火箭及人造卫星的能源系统。镉-镍电池的最大特点：循环寿命长：可达20004000次，电池结构紧凑，牢固，耐冲击性，耐振动，自放电较小，性能稳定可靠，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。(3)氢-镍电池：高压氢
9、-镍电池是20世纪70年代补由美国的M.Klein和J,F,Sfockel首先研制，具有较高的比能量，寿命长，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，并且容易发生爆炸事故；4.成本高；5.体积比能量低。目前研制的高压氢-镍电池主要是应用于空间技术,目前由深圳一家公司展出的镍氢电池用在电动车上续行里程已经达到100公里,显示出较好的发展前景。(4)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、大炮发射设备、潜艇、鱼雷、飞机及一些特殊的军事用途。(5)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-镍，氢-镍电池的3倍，体积小，比氢-镍电池小30；质量轻，比氢-镍电池轻50；比能量高（140WhKg-1）无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长、是21世纪发展的理想电源。在移动电话、摄像机、笔记本电脑、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研究的锂聚合物电池可以具备但它也在研究阶段,因此在动力电池领域给了铅酸电池发展的时间。(6)燃料电池：燃料电池（FC）是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给，是一种将化学能转变为电能的特殊装置。20世纪20年代，燃料电池的应用已由空间飞行、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）。(7)铅酸蓄电池:铅酸蓄电池是1859年由普兰特发明的二次电池。由于具有价格低廉，原料易得，使用可靠，又可大电流放电等优点，因此，一直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情况分类：（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普通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，需经常对电池加水维护。阀控式铅酸蓄电池是70年代出现的新型铅酸蓄电池，英文名称为Valve Regulated Lead 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（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过
13、一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，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用铅钙系列合金或低锑合金，自放电极少，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采用吸附式玻璃纤维棉（Absorbed Glass Mat）作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无流动的电解液，电池可以立放工作，也可以卧放工作；胶体（GEL）采用SiO2作凝固剂，电解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。目前文献和会议讨论
14、的VRLA电池除非特别指明，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、安全阀，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；电解液为一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。 安全阀：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：板栅合金。纯铅板栅因为机械性能不好，很难加工。经一段时间的研究，有人发明了铅锑合金板栅。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，在正常充电情况下析出气体较多，自放电也较大，无法实现密封。铅钙合金的出现
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，使得合金具有一定的机械强度，其电导优于铅锑合金，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足板栅的制造工艺性及理化性能要求，人们经过不断探索，相继引入了Al与Sn.A1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，并且増加了铅钟合金中Ca的沉淀。Sn的加入不仅提S了合金铸造时的流动性，而且提高了电池深放电后的再充电能力，有效地解决了“无镑效应”（一种因为取消原铅锑合金中的锑而出现的早期容量损失现象）。Pb-Ca-Sn-Al合金因解决了铅锑合金
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般采用铅含量在99.994%以上的电解铅，因为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*大性能突破的情况下，良好的板栅设计对蓄电池性能的提高常常起到重要作用。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4mm。当然，随合金的不断发展，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历铅粉制造、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。铅斉含有氧化铅、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，凝结成微孔均匀的固
19、体，这一过程称为固化，固化之后还要继续进行T燥。固化后的极板分正板与负板两种，其区别是正板较厚，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,呈褐色：负极铅斉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。极板化成最旱采用焊接化成的方式，其主要经过是装槽、焊接、充电、拆焊、出槽、水洗
20、、T燥等工序。因为焊接工序采用点焊的形式，用焊条将板耳与铅条逐个点焊起来，产生的铅烟污染较大，且逐片焊接工作也十分繁重。经过多年实践，现大部分采用极板化成的厂家己改为不焊接化成。（3）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；为氧循环复合反应提供气体通道：保持对极板施加一定的压力。由超细玻璃纤维隔板的作用可以看出，其性能好坏对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，厚度均匀，误差小：b.孔率高，但最大孔径要小：c.吸收电解液的速度快，保持电解液的能力强：d.抗拉强度适中，能够满足装配要求：e
21、.耐氧化能力强。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一定贫液度时，微孔中充满电解液，而较大的孔则可以让气体通过。AGM隔板原料应采用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，吸酸能力较强，而较粗的玻璃纤维棉形成较大的孔，有利于为氧气提供气体通道，以便氧气在负极板被吸收再生成水。 电解液阀控式密封铅酸蓄电池的电解液是一定比重的稀硫酸，一般比重为1.261.32（25C），它被吸附在隔板中与极板的微孔中。电解液参加电池的化学反应，是活性物质之
22、电解液配制应采用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一定，温度一定，相对湿度一定的条件下，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抵抗能力，或者说在髙速形变下，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。电池密封除安全阀密封外，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，这种工艺密封可靠，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用胶封。粘接胶要求对ABS有一定的腐蚀性，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用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（燃气为乙炔或丙烷）将板耳的上端一部分在模具中烧培，并及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卨温液态铅中，冷却成型而形成汇流抹并直接将极柱铸出的加工形式。（6）安全阀阀控式密封铅酸蓄电池的安全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减少内压，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配合：还有一种独立式安全阀，此件为单独注塑成型。安全阀一般由阀体、橡胶阀及防爆滤酸片组成，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结为液滴，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、电池功能或形状等组成(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代号拼音汉字全称备注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1-10 12V系列免维护铅酸蓄电池电池型号额定电压(V)额定容量(Ah)最大外形尺寸（mm)参考重量(kg)长宽高总高6-GFM-40124019816617017012.56-GFM-551255229138208213166-GFM-65126533117517517821.56-GFM-751275259169220230246-GFM-901290331175225227296-GFM-10012100331174225243326-GFM-1201212040717320
28、8213376-GFM-15012150483170241241436-GFM-2001220052224021924462表1-11 12V系列胶体蓄电池电池型号标准电压（V）20HR容量（Ah）最大外形尺寸（mm）参考重量(kg)长宽高总高6-GFMJ-40124019816617017013.56-GFMJ-551255230140215225176-GFMJ-65126535016717818522.86-GFMJ-751275260170215230256-GFMJ-85128533117521624029.56-GFMJ-1001210033117521624033.56-GFMJ
29、-1201212040517521823537.16-GFMJ-1501215048017021524146.86-GFMJ-2001220052524021524564（三）阀控式铅酸蓄电池的基本原理1阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理阀控式铅酸蓄电池的电化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能在电池内储存起来，放电时将化学能转化为电能供给外系统。其充电和放电过程是通过电化学反应完成的，电化学反应式如下：充电正极：放电PbSO4+2H2O PbO2+H2SO4+2H+2e （1）充电副反应：H2O 1/2O2+2H+2e （2）充电负极：充电PbSO4+2H+2e Pb+H2SO4 （3）放电
30、副反应： 2H+2e H2 （4）从上面反应式可看出，充电过程中存在水分解反应，当正极充电到70时，开始析出氧气，负极充电到90时开始析出氢气，由于氢氧气的析出，如果反应产生的气体不能重新复合使用，电池就会失水干涸；对于早期的传统式铅酸蓄电池，由于氢氧气的析出及从电池内部逸出，不能进行气体的再复合，是需经常加酸加水维护的重要原因；而阀控式铅酸蓄电池能在电池内部对氧气再复合利用，同时抑制氢气的析出，克服了传统式铅酸蓄电池的主要缺点。2阀控式铅酸蓄电池的氧循环原理阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计，AG或GEL电解液吸附系统，正极在充电后期产生的氧气通过AGM或GEL空隙扩散到负极，与负极海
31、绵状铅发生反应变成水，使负极处于去极化状态或充电不足状态，达不到析氢过电位，所以负极不会由于充电而析出氢气，电池失水量很小，故使用期间不需加酸加水维护。阀控式铅酸蓄电池氧循环图示如下：正极 PbSO4+H2O PbO2+O2 PbSO4 Pb O2负极 H2O H2SO4+PbO可以看出，在阀控式铅酸蓄电池中，负极起着双重作用，即在充电末期或过充电时，一方面极板中的海绵状铅与正极产生的O2反应而被氧化成一氧化铅，另一方面是极板中的硫酸铅又要接受外电路传输来的电子进行还原反应，由硫酸铅反应成海绵状铅。在电池内部，若要使氧的复合反应能够进行，必须使氧气从正极扩散到负极。氧的移动过程越容易，氧循环就
32、越容易建立。在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式传输：一是溶解在电解液中的方式，即通过在液相中的扩散，到达负极表面；二是以气相的形式扩散到负极表面。传统富液式电池中，氧的传输只能依赖于氧在正极区H2SO4溶液中溶解，然后依靠在液相中扩散到负极。如果氧呈气相在电极间直接通过开放的通道移动，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。充电末期正极析出氧气，在正极附近有轻微的过压，而负极化合了氧，产生一轻微的真空，于是正、负间的压差将推气相氧经过电极间的气体通道向负极移动。阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通道，从而使阀控式电池在浮充所要求的电压范围下工作，而不损失水。对于氧循环反应效率，AGM电池具有良好的
33、密封反应效率，在贫液状态下氧复合效率可达99以上；胶体电池氧再复合效率相对小些，在干裂状态下，可达70-90；富液式电池几乎不建立氧再化合反应，其密封反应效率几乎为零。3阀控式铅酸蓄电池的性能参数蓄电池的主要性能参数有电池电动势、开路电压、终止电压、工作电压、放电电流、容量、电池内阻、储存性能、使用寿命（浮冲寿命、充放电循环寿命）、自放电率等。（1）蓄电池电动势：蓄电池充电完成时，电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极的平衡电势与负极的平衡电势的差值。它在数值上等于达到稳定值时的开路电压 。（2）电池的内阻：电池内阻有电路的欧姆电阻（R）和电极在化学反应时所表现的极化电阻(Rf)、欧姆电阻、极
34、化电阻之和为电池的内阻（Ri）。（3）开路电压：外电路没有电流流过时电极之间的电位差。（4）工作电压：又称放电电压或负荷电压，是指有电流通过外电路时，电池两极间的电位差。（5）终止电压：电池放电时，电压下降到不宜再继续放电的最低工作电压称为终止电压。 （6）放电电流：通常用放电率表示，放电率指放电时的速率，常用“时率”和“倍率”表示。“时率”是指以放电时间（h）表示的放电速率，或讲以一定的放电电流放完额定容量所需的小时数。例如电池的额定容量为30AH，以2A电流放电则时率为30AH/2A=15h，称电池以15小时率放电。 “倍率”是指电池在规定时间内放出其额定容量时所输出的电流值，数值上等于额
35、定容量的倍数。 （7）电池容量：电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh），电池的容量可以分为理论容量、额定容量、实际容量。 理论容量是把活性物质的质量按法拉第定律计算而得的最高理论值。为了比较不同系列的电池，常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能给出的理论电量，Cm=C/m，Cv=C/V。 实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah，其值小于理论容量。 蓄电池能量：电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时（Wh）表示。电池的能量分为理论能量
36、和实际能量。理论能量W理可用理论容量和电动势（E）的乘积表示，即W理=C理E电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积，即W实=C实U平常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量为1Kg电池反应物质所能输出的实际能量。由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下：W实=W理KVKRKm式中KV电压效率；KR反应效率；Km质量效率。电压效率是指电池的工作
37、电压与电动势的比值。电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降，工作电压小于电动势。电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平，也表明生产厂家的技术和管理水平。（8）功率与比功率：电池的功率是指电池在一定放电制度下，于单位时间内所给出能量的大小，单位来W(瓦)或KW（千瓦）。单位质量电池所能给出的功率称为比功率，单位为W/Kg或KW/Kg。比功率也是电池重要的性能指标之一。一个电池比功率大，表示它可以承受大电流放电。蓄电池的比能量和比功率性能是电池选型时的重要参数。因为电池要与用电的仪器、仪表、电动机器等互相配套，为了满足要求，首先要根据用电设备要求功率大小来选择电池类型。当然，最终
38、确定选用电池的类型还要考虑质量、体积、比能量、使用的温度范围和价格等因素。（9）电池的使用寿命：在规定条件下，某电池的有效寿命期限称为该电池的使用寿命。蓄电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到规范要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限是指蓄电池可供使用的时间，包括蓄电池的存放时间。使用周期是指蓄电池可供重复使用的次数。4阀控式铅酸蓄电池的自放电（1）自放电的原因电池的自放电是指电池在存储期间容量降低的现象。电池开路时由于自放电使电池容量损失。自放电通常主要在负极，因为负极活性物质为较活泼的海绵状铅电极，在电解液中其电势比氢负，可
39、发生置换反应。若在电极中存在着析氢过电位低的金属杂质，这些杂质和负极活性物质能造成腐蚀微电池，结果负极金属自溶解，并伴有氢气析出，从而容量减少。在电解液中杂质起着同样的有害作用。一般正极的自放电不大。正极为强氧化剂，若在电解液中或隔膜上存在易于被氧化的杂质，也会引起正极活性物质的还原，从而减少容量。（2）自放电率自放电率用单位时间容量降低的百分数表示。 放电=（Ca-Cb）/(CaT)式中Ca电池存储前的容量（Ah）； Cb电池存储后的容量（Ah）； T电池存储的时间，常用天、月计算。电池储存温度越低，自放电率越低，但应注意温度过低或过高均有可能造成蓄电池损坏而无法使用，常规电池要求储存温度范
40、围为：-20+45。（3）正极的自放电正极的自放电是由于在放置期间，正极活性物质发生分解，形成硫酸铅并伴随着氧气析出，发生下面一对轭反应：PbO2+H2SO4+2H+2e PbSO4+2H2O （5）H2O 1/2O2+2H+2e （6）总反应：PbO2+H2SO4 PbSO4+H2O+1/2O2 （7）同时正极的自放电也有可能由下述几种局部电池形成引起：5PbO2+2Sb+6H2SO4 (Sb2)SO4+5PbSO4+6H2O （8）PbO2+Pb (板栅)+2H2SO4 2PbSO4+2H2O （9）浓差电池在电极的上端和下端，以及电极的孔隙和电极的表面处酸的浓度不同，因而电极内外和上下形
41、成了浓差电池。处在较稀硫酸区域的二氧化铅为负极，进行氧化过程而析出氧气；处在较浓硫酸区域的二氧化铅为正极，进行还原过程，二氧化铅还原为硫酸铅。这种浓差电池在充电终了的正极和放电终了的正极都可形成，因此都有氧析出。但是在电解液浓度趋于均匀后，浓差消失，由此引起的自放电也就停止了。正析自放电的速度受板栅合金组成和电解液浓度的影响，对应于硫酸浓度出现不同的极大值。一些可变态的盐类如铁、铬、锰盐等，它们的低价态可以在正极被氧化，同时二氧化铅被还原；被氧化的高价态可通过扩散到达负极，在负极上进行还原过程；同时负极活性物质铅被氧化，还原态的离子又籍助于扩散、对流达到正极重新被氧化。如此反复循环。因此，可变
42、价态的少量物质的存在可使正极和负极的自放电连续进行，举例如下：PbO2+3H+HSO4-+2Fe2+ PbSO4+2H2O+2Fe3+ (11)Pb+HSO4-+2Fe3+ PbSO4+H+2Fe2+ (12)在电解液中一定要防止这些盐类的存在。（4）负极的自放电蓄电池在开路状态下，铅的自溶解导致容量损失，与铅溶解的共轭反应通常是溶液中H+的还原过程，即Pb+H2SO4 PbSO4+H2 (13)该过程的速度与硫酸的浓度、储存温度、所含杂质和膨胀剂的类型有关。溶解于硫酸中的氧也可以发生铅自溶的共反应，即Pb+1/2O2+H2SO4 PbSO4+H2O (14)该过程受限于氧的溶解与扩散，在电池
43、中一般以式（13）为主。杂质对于铅自溶的共轭反应-析氢有很大影响，一般氢在铅上析出的过电位很高，在式（13）中铅的自溶速度完全受析氢过程控制，析氢过电位大小起着决定性作用。当杂质沉积在铅电极表面上，与铅组成微电池，在这个短路电池避铅进行溶解，而比氢过电位小的杂质析出，因而加速自放电。（四）阀控铅酸蓄电池的基本特性1蓄电池的运行方式蓄电池在使用过程中，同型号的蓄电池可以进行串联、并联或串并联使用。蓄电池运行方式有3种：循环充放电、连续浮冲、定期浮充。（1）循环充放电属于全充全放型方式，该循环方式使得蓄电池寿命减短。（2）浮充是光伏电池输出的电压大体上是恒定的，略高于蓄电池组的端电压，由少量电流来
44、补偿蓄电池的损耗，以使蓄电池组能经常保持在充电满足状态而不致过充电。连续浮充是全浮充，当蓄电池的电压低于光伏电池输出的电压时，蓄电池被充电。（3）定期浮充是半浮充，部分时间由蓄电池向负载供电，部分时间由光伏电池输出的直流电向负载供电，蓄电池定期补充放出的容量。蓄电池连续浮充和定期浮充的使用寿命，比按循环充放电方式的使用寿命长，连续浮充方式比定期浮充方式合理。2蓄电池的充电蓄电池的充电方式分为恒流充电、恒压充电、恒压限流充电和快速充电。如图1-49所示。图1-49 铅酸蓄电池以一定的电流充、放电时，其端电压的变化如下图：（1）恒流充电是以恒定的电流进行充电，如图 1-50所示。其不足之处是开始充
45、电阶段恒流值比可充值小，充电后期恒流值比可充值大。 图1-50 恒流充电曲线 图1-51 恒压充电曲线恒流充电适合蓄电池串联的蓄电池组。分段恒流充电是恒流充电的改进方式，在充电后期使充电电流减小。（2）恒压充电是以恒定的电压进行充电，充电初期电流较大，随着充电进行，电流减小，充电终止阶段只有很小的电流，如图1-51所示。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池的过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。（3）恒压限流充电是在充电器和蓄电池之间串联一个电阻，当电流大时，电阻上的压降也大，从而见效了充电电压；当电流小时，电阻上的压降也小，充电输出压降损失就小，从而自动调整充电电流。（4）快速充电是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图5-4所示。充电脉冲使蓄电池充