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1、第第4章章 蓄电池蓄电池主要内容主要内容蓄电池发展蓄电池发展阀控式密封铅酸蓄电池的结构阀控式密封铅酸蓄电池的结构阀控式密封铅酸蓄电池的基本原理阀控式密封铅酸蓄电池的基本原理阀控式密封铅酸蓄电池电化学反应原理阀控式密封铅酸蓄电池电化学反应原理阀控式密封铅酸蓄电池氧循环原理阀控式密封铅酸蓄电池氧循环原理蓄电池充放电特性蓄电池充放电特性阀控式密封铅酸蓄电池的使用与维护阀控式密封铅酸蓄电池的使用与维护阀控式密封铅酸蓄电池的安装阀控式密封铅酸蓄电池的安装阀控式密封铅酸蓄电池的充放电阀控式密封铅酸蓄电池的充放电阀控式密封铅酸蓄电池维护阀控式密封铅酸蓄电池维护2022/12/181第第4章章 蓄电池蓄电池重
2、点难点重点难点本章重点本章重点阀控蓄电池的组成与工作原理阀控蓄电池的组成与工作原理阀控蓄电池充放电特性阀控蓄电池充放电特性阀控蓄电池的选配、使用与维护阀控蓄电池的选配、使用与维护 本章难点本章难点阀控蓄电池的使用容量选配阀控蓄电池的使用容量选配阀控蓄电池维护中的失效原因分析阀控蓄电池维护中的失效原因分析 2022/12/182第第4章章 蓄电池蓄电池本章的目的和要求本章的目的和要求掌握通信电源对蓄电池的要求掌握通信电源对蓄电池的要求知晓解阀控蓄电池的发展历史及趋势知晓解阀控蓄电池的发展历史及趋势了解蓄电池的分类了解蓄电池的分类了解阀控蓄电池的工作原理，理解阀控蓄电池的特点了解阀控蓄电池的工作原
3、理，理解阀控蓄电池的特点掌握阀控铅酸蓄电池充放电特性掌握阀控铅酸蓄电池充放电特性了解使用因素对实际容量的影响了解使用因素对实际容量的影响理解阀控铅蓄电池的失效原因理解阀控铅蓄电池的失效原因熟悉阀控铅蓄电池故障判断与维护时的注意事项熟悉阀控铅蓄电池故障判断与维护时的注意事项2022/12/183第第4章章 蓄电池蓄电池蓄电池蓄电池是保障通信设备是保障通信设备不间断供电不间断供电的的核心设备核心设备，是通信系统，是通信系统直流供电直流供电和和交流交流不间断供电不间断供电的的重要组成部分重要组成部分。当市电正常工作时蓄电池与整流器并联运行，。当市电正常工作时蓄电池与整流器并联运行，能能改善整流器的供
4、电质量改善整流器的供电质量，起，起平滑滤波平滑滤波作用；当市电异常或整流器发生故障作用；当市电异常或整流器发生故障时，由蓄电池单独给通信设备供电，起备用作用时，由蓄电池单独给通信设备供电，起备用作用 通信设备对蓄电池的要求通信设备对蓄电池的要求使用寿命长使用寿命长电池的寿命应与通信设备的更新周期相匹配，即电池的寿命应与通信设备的更新周期相匹配，即10年左右。年左右。安全性高安全性高电池电解质为硫酸溶液，具有强腐蚀性电池电解质为硫酸溶液，具有强腐蚀性 电池的电化学过程会产生气体，增加内部压力，防暴裂电池的电化学过程会产生气体，增加内部压力，防暴裂 希望具备安装方便、免维护容易、低内阻等特性希望具
5、备安装方便、免维护容易、低内阻等特性 概念概念 把把物质物质的的化学能化学能转变为转变为电能电能的的设备设备，称为，称为化学电池化学电池，一般，一般简称为电池简称为电池。4.1 通信蓄电池发展概述通信蓄电池发展概述2022/12/184第第4章章 蓄电池蓄电池蓄电池的分类蓄电池的分类蓄电池按蓄电池按电解质性质电解质性质可分为可分为酸性蓄电池酸性蓄电池酸性蓄电池酸性蓄电池采用采用稀硫酸稀硫酸作为作为电解质电解质，如通信设备中常用的铅酸蓄，如通信设备中常用的铅酸蓄电池电池通常通常酸蓄电池电极酸蓄电池电极是以是以铅铅及其氧化物及其氧化物为材料，故又称为为材料，故又称为铅蓄电池铅蓄电池碱性蓄电池碱性蓄
6、电池采用碱性电解质（如采用碱性电解质（如KOH、LiOH），如镍镉（），如镍镉（Ni-Cd）电池、镍）电池、镍氢（氢（Ni-MH）电池、锌银（）电池、锌银（Zn-Ag20）电池等。）电池等。有机电解质蓄电池有机电解质蓄电池锂离子蓄电池采用有机溶剂作电解质，是目前发展速度最快的蓄锂离子蓄电池采用有机溶剂作电解质，是目前发展速度最快的蓄电池电池2022/12/185第第4章章 蓄电池蓄电池铅蓄电池按其铅蓄电池按其工作环境工作环境又可分为又可分为移动式移动式固定式固定式蓄电池按蓄电池按使用性质使用性质可分为可分为通信电源蓄电池通信电源蓄电池蓄电池蓄电池放电电流大放电电流大，容量大容量大，寿命长寿命长
7、，每节单体，每节单体2V2V（一般（一般2.23V2.23V左左右），一组右），一组48V48V电池由电池由2424节单体串联组成。节单体串联组成。UPSUPS蓄电池蓄电池电池能电池能大电流放电大电流放电，容量小容量小，寿命较短寿命较短，常见的，常见的UPSUPS蓄电池每个单蓄电池每个单体电压为体电压为12V12V，如果配置，如果配置3232节电池，则电池组端电压可达节电池，则电池组端电压可达384V384V。启动电池启动电池由于由于油机启动时间十分短促油机启动时间十分短促，仅为，仅为5 58 8秒，因此秒，因此要求蓄电池满足要求蓄电池满足快速大电流放电快速大电流放电的要求的要求。油机启动电池
8、多采用。油机启动电池多采用24V24V电池组。电池组。2022/12/186第第4章章 蓄电池蓄电池通信蓄电池发展通信蓄电池发展铅酸蓄电池自铅酸蓄电池自18591859年年法国人法国人普兰特普兰特发明以来，距今已有发明以来，距今已有100100余年的历史，以往的铅酸蓄电池均为余年的历史，以往的铅酸蓄电池均为开口式开口式或或防酸隔爆式防酸隔爆式，充放电时析出的酸雾污染及腐蚀环境，又需经常维护既补充放电时析出的酸雾污染及腐蚀环境，又需经常维护既补加酸和水。加酸和水。自自2020世纪世纪5050年代起年代起，科学技术发达国家先后，科学技术发达国家先后解决了防酸式解决了防酸式铅酸电池的致命缺点铅酸电池
9、的致命缺点，而可以把，而可以把铅蓄电池铅蓄电池密封密封起来起来。2020世纪世纪8080年代，随着年代，随着分散式供电方案分散式供电方案启用，要求启用，要求基础电源基础电源设备设备与与通信设备通信设备同装一室，激励了同装一室，激励了密封固定型铅酸电池密封固定型铅酸电池的的生产。生产。2020世纪世纪9090年代后，阀控密封铅酸蓄电池生产技术有了很大年代后，阀控密封铅酸蓄电池生产技术有了很大进展，进入了成熟期。进展，进入了成熟期。2022/12/187第第4章章 蓄电池蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池铅酸蓄电池的优势铅酸蓄电池的优势 铅酸蓄电池自发明后，在铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有化学电
10、源中一直占有绝对优势绝对优势。这是。这是因为其因为其价格低廉价格低廉、原材料易于获得原材料易于获得，使用上，使用上有充分的可靠性有充分的可靠性，适用于适用于大电流放电大电流放电及及广泛的环境温度范围广泛的环境温度范围等优点。等优点。20世纪初，铅酸蓄电池历经了世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进许多重大的改进，提高了，提高了能量密能量密度度、循环寿命循环寿命、高倍率放电高倍率放电等性能。等性能。铅酸蓄电池的分类铅酸蓄电池的分类铅蓄电池按其铅蓄电池按其工作环境工作环境又可分为又可分为移动式移动式和和固定式固定式两大类。两大类。固定固定型铅蓄电池型铅蓄电池按按电池槽结构电池槽结构分为分为半密封式
11、半密封式及及密封式密封式，半密封式半密封式又又有有防酸式防酸式及及消氢式消氢式。依据依据电解液数量电解液数量还可将铅酸电池分为还可将铅酸电池分为贫液式贫液式和和富液式富液式，密封式密封式电池均为贫液式电池均为贫液式，半密封式电池均为富液式半密封式电池均为富液式。为什么说铅酸蓄电池在化学电源中占有绝对优势？为什么说铅酸蓄电池在化学电源中占有绝对优势？2022/12/188第第4章章 蓄电池蓄电池开口式铅酸蓄电池缺点开口式铅酸蓄电池缺点开口式铅酸蓄电池开口式铅酸蓄电池有两个主要有两个主要缺点缺点：充电末期水会分解为氢、氧气体析出，需经常加酸、加水，维充电末期水会分解为氢、氧气体析出，需经常加酸、加
12、水，维护工作繁重；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。池的应用。阀控式密封铅酸蓄电池（阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）优点）优点VRLA电池是电池是全密封的，不会漏酸全密封的，不会漏酸，而且在，而且在充放电时充放电时不会象老式铅酸蓄不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾溢出来而腐蚀设备，污染环境，所以从结构特性上电池那样会有酸雾溢出来而腐蚀设备，污染环境，所以从结构特性上人们把人们把VRLA电池又叫做密闭（封）铅酸蓄电池。为了区分，电池又叫做密闭（封）铅酸蓄电池。为了区分，把老式把老式铅铅酸蓄电池酸蓄电池叫
13、做叫做开口铅酸蓄电池开口铅酸蓄电池。由于。由于VRLA电池从结构上来看，它不但电池从结构上来看，它不但是全密封的，而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀，所以是全密封的，而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀，所以VRLA铅酸蓄电池的全称便成了铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密封铅酸蓄电池阀控式密封铅酸蓄电池”。2022/12/189第第4章章 蓄电池蓄电池铅酸蓄电池的电性能参数铅酸蓄电池的电性能参数电池电动势电池电动势电池中电池中电能电能与与化学能化学能转换转换达到平衡时达到平衡时，正极的平衡电极电势正极的平衡电极电势与与负极平负极平衡电极电势衡电极电势的的差值差值，便是，便是电池电动势电
14、池电动势。开路电压开路电压蓄电池在开路状态下的端电压称为蓄电池在开路状态下的端电压称为开路电压开路电压 终止电压终止电压铅蓄电池铅蓄电池以一定的放电率以一定的放电率在在25环境温度下放电环境温度下放电至至能再反复充电使用能再反复充电使用的的最低电压最低电压称为放电终了电压称为放电终了电压 工作电压工作电压电池工作电压是指电池电池工作电压是指电池有电流通过有电流通过（闭路）的（闭路）的端电压端电压 容量容量蓄电池容量是指蓄电池容量是指电池储存电量电池储存电量的数量，以符号的数量，以符号C表示。常用的单位为安表示。常用的单位为安培小时，简称培小时，简称安时安时（Ah）或或毫安时毫安时（mAh）。2
15、022/12/1810第第4章章 蓄电池蓄电池额定容量额定容量固定铅酸蓄电池规定在固定铅酸蓄电池规定在25环境下环境下，以，以10小时率电流放电小时率电流放电至终了电压至终了电压所能达到的额定容量。所能达到的额定容量。10小时率额定容量用小时率额定容量用C10表示。表示。电池内阻电池内阻电池的内阻电池的内阻是指是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，它，它包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化内阻和浓差极化内阻。化内阻。自放电自放电有害杂质的存在，使有害杂质的存在，使正极正极
16、和和负极负极活性物质活性物质逐渐被消耗，而造成电池丧逐渐被消耗，而造成电池丧失容量，这种现象称为自放电失容量，这种现象称为自放电 循环寿命循环寿命蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环（一个周期）。在一定蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环（一个周期）。在一定放放电电条件下，条件下，电池工作至某一容量规定值之前电池工作至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。数，称为循环寿命。2022/12/1811第第4章章 蓄电池蓄电池阀控式密封铅酸蓄电池阀控式密封铅酸蓄电池 阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池简称简称VRLA电池。其英文名称为电池。其英文名称为Va
17、lve Regulated Lead Battery阀控式密封铅酸蓄电池特点阀控式密封铅酸蓄电池特点使用期间使用期间不用加酸加水不用加酸加水维护维护电池为电池为密封密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾结构，不会漏酸，也不会排酸雾电池盖子上设有电池盖子上设有单向排气阀单向排气阀（也叫安全阀）（也叫安全阀）该该阀的作用阀的作用是当是当电池内部气体量超过一定值电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表（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，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，然后自动关闭，排出气体，然后自动关闭，防止水份蒸发防止水份蒸发。2022/
18、12/1812第第4章章 蓄电池蓄电池VRLAVRLA的作用的作用后备电源后备电源（包括直流供电系（包括直流供电系统和统和UPSUPS系统）系统）当市电异常或在整流器不工当市电异常或在整流器不工作的情况下，由蓄电池单独作的情况下，由蓄电池单独供电，担负起对供电，担负起对全部负载供全部负载供电电的任务，起到备用作用。的任务，起到备用作用。平滑滤波：平滑滤波：在市电正常时，在市电正常时，虽然蓄电池不担负向通信设虽然蓄电池不担负向通信设备供电的主要任务，但它与备供电的主要任务，但它与供电主要设备供电主要设备整流器并整流器并联运行，能改善整流器的供联运行，能改善整流器的供电质量。电质量。调节系统电压调
19、节系统电压动力设备的启动电源动力设备的启动电源图图a 平滑滤波平滑滤波图图b 荷电备用荷电备用图图4.1 蓄电池在通信电源中的作用蓄电池在通信电源中的作用2022/12/1813第第4章章 蓄电池蓄电池蓄电池的分类蓄电池的分类（1 1）按不同用途和外形结构分为）按不同用途和外形结构分为固定式固定式移动式移动式（2 2）按极板结构分为）按极板结构分为涂膏式涂膏式化成式化成式半化成式半化成式玻璃丝管式玻璃丝管式（3 3）按电解液的不同分为）按电解液的不同分为酸性：酸性蓄电池：以酸性水溶液作电解质酸性：酸性蓄电池：以酸性水溶液作电解质碱性：碱性蓄电池：以碱性水溶液作电解质碱性：碱性蓄电池：以碱性水溶
20、液作电解质（4 4）按电解液数量分为）按电解液数量分为贫液式：密封式电池一般为贫液式贫液式：密封式电池一般为贫液式富液式：半密封电池均为富液式富液式：半密封电池均为富液式2022/12/1814第第4章章 蓄电池蓄电池阀控式密封铅酸阀控式密封铅酸蓄电池的结构蓄电池的结构 阀控铅蓄电池的阀控铅蓄电池的基本结构如图基本结构如图4.2所示。它由所示。它由正负极板、隔板正负极板、隔板、电解液、安全、电解液、安全阀、端子、外壳阀、端子、外壳等部分组成。等部分组成。图图4.2 阀控式密封铅酸蓄电池结构图阀控式密封铅酸蓄电池结构图4.2 阀控式密封铅酸蓄电池的结构阀控式密封铅酸蓄电池的结构 2022/12/
21、1815第第4章章 蓄电池蓄电池正负极板正负极板正负极板均采用涂浆式极板，活性材料涂在特制的铅钙合金骨架上。正负极板均采用涂浆式极板，活性材料涂在特制的铅钙合金骨架上。这种极板具有很强的耐酸性、很好的导电性和较长的寿命，自放电速这种极板具有很强的耐酸性、很好的导电性和较长的寿命，自放电速率也较小。率也较小。隔板隔板隔板材料普遍采用超细玻璃纤维制成，全部电解液注入极板和隔板中，隔板材料普遍采用超细玻璃纤维制成，全部电解液注入极板和隔板中，电池内没有流动的电解液，即使外壳破裂，电池也能正常工作。电池内没有流动的电解液，即使外壳破裂，电池也能正常工作。安全阀安全阀电池顶部装有安全阀，当电池内部气压达
22、到一定数值时，安全阀自动电池顶部装有安全阀，当电池内部气压达到一定数值时，安全阀自动开启，排出气体。电池内气压低于一定数值时，安全阀自动关闭。开启，排出气体。电池内气压低于一定数值时，安全阀自动关闭。气塞气塞阀控铅蓄电池顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气塞，它可以防止酸雾阀控铅蓄电池顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气塞，它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。从蓄电池中逸出。正负极接线端子正负极接线端子正负极接线端子用铅合金制成，采用全密封结构，并且用沥青封口。正负极接线端子用铅合金制成，采用全密封结构，并且用沥青封口。2022/12/1816第第4章章 蓄电池蓄电池极板极板正极板正极板上的上的活活性物质性物质
23、是是二氧二氧化铅（化铅（PbOPbO2 2），），负极板负极板上的上的活活性物质性物质为为海绵海绵状纯铅状纯铅（PbPb）。）。VRLAVRLA的的极板大极板大多为涂膏式多为涂膏式，这种极板是这种极板是在在板栅上敷涂由板栅上敷涂由活性物质和添活性物质和添加剂制成的铅加剂制成的铅膏膏，经过固化、，经过固化、化成等工艺过化成等工艺过程而制成。程而制成。2022/12/1817第第4章章 蓄电池蓄电池隔板隔板阀控式铅酸蓄电池中的阀控式铅酸蓄电池中的隔板材料隔板材料普遍采用普遍采用超细玻璃纤超细玻璃纤维维。隔板与极板紧密保持接触。它的主要隔板与极板紧密保持接触。它的主要作用作用有：有：吸收电解液；吸收
24、电解液；提供正极析出的氧气向负极扩散的通道；提供正极析出的氧气向负极扩散的通道；防止正、负极短路。防止正、负极短路。电解液电解液铅蓄电池的电解液是用铅蓄电池的电解液是用纯净的浓硫酸纯净的浓硫酸与与纯净水纯净水配置而成。配置而成。电解液电解液与正极和负极上与正极和负极上活性物质活性物质进行反应，实现进行反应，实现化学能化学能和和电能之间电能之间的的转换转换。2022/12/1818第第4章章 蓄电池蓄电池安全阀安全阀一种一种自动开启自动开启和和关闭关闭的的排气阀排气阀，具有，具有单向性单向性，内有防，内有防酸雾垫。酸雾垫。只允许电池内气压超过一定值时，释放出多余气体后只允许电池内气压超过一定值时
25、，释放出多余气体后自动关闭，自动关闭，保持电池内部压力在最佳范围内保持电池内部压力在最佳范围内。壳体壳体材料应满足耐酸腐蚀，抗氧化，机械强度好，硬度大，材料应满足耐酸腐蚀，抗氧化，机械强度好，硬度大，水气蒸发泄漏小，氧气扩散渗透小等要求。水气蒸发泄漏小，氧气扩散渗透小等要求。一般采用改良型塑料：如一般采用改良型塑料：如PPPP、PVCPVC、ABSABS等材料。等材料。2022/12/1819第第4章章 蓄电池蓄电池4.3 阀控式密封铅酸蓄电池的基本原理阀控式密封铅酸蓄电池的基本原理 蓄电池在蓄电池在开路状态开路状态，负极上的活性物质负极上的活性物质海绵状的铅海绵状的铅与与稀硫酸稀硫酸间间反应
26、反应趋于稳定趋于稳定，而，而正极上的活性物质多孔性正极上的活性物质多孔性PbO2与与稀硫酸稀硫酸反应反应也趋于也趋于稳定稳定。稳定稳定所谓所谓稳定稳定是指是指氧化速度和还原速度相等氧化速度和还原速度相等，从而形成了平衡电极。当有，从而形成了平衡电极。当有电流通过电池后，这种相对的平衡状态被破坏。电流通过电池后，这种相对的平衡状态被破坏。4.3.1 阀控式铅酸蓄电池电化反应原理阀控式铅酸蓄电池电化反应原理阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池正极板上的活性物质正极板上的活性物质是是二氧化铅（二氧化铅（PbO2），负负极板上的活性物质极板上的活性物质为为海绵状铅海绵状铅(Pb)，电解液电解液由蒸馏水和纯
27、硫酸按一由蒸馏水和纯硫酸按一定的比例配制而成。因为正、负极板上的活性物质的性质是不同的，定的比例配制而成。因为正、负极板上的活性物质的性质是不同的，当两极板放置在同一硫酸溶液中时当两极板放置在同一硫酸溶液中时，各自发生不同的化学反应各自发生不同的化学反应而而产产生不同的电极电位生不同的电极电位。阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理充电时充电时将将电能电能转化为转化为化学能化学能在电池内储存起来，在电池内储存起来，放电时放电时将将化学能化学能转化转化为为电能电能供给外系统。其充电和放电过程是通过化学反应完成的。供给外系统。其充电和放电过程是通过化学反应完成的。2022/1
28、2/1820第第4章章 蓄电池蓄电池放电过程放电过程电化反应电化反应原理（原理（化学能化学能转换为转换为电能电能）PbO2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O+PbSO4 正极正极 硫酸硫酸 负极负极 正极正极 水水 负极负极对对负极负极而言是而言是海绵状铅（海绵状铅（Pb）加大了溶解速率的加大了溶解速率的氧化氧化过程；过程；对对正极正极而言是而言是多孔状的多孔状的二氧化铅二氧化铅加大了吸附速率的加大了吸附速率的还原还原过程。过程。在在放电放电过程中过程中，对，对负极负极而言是而言是海绵状铅（海绵状铅（Pb）加大了溶解速率的氧化过程，加大了溶解速率的氧化过程，对对正极正极而言是而言是多孔
29、状的二氧化铅多孔状的二氧化铅加大了吸附速率的还原过程。加大了吸附速率的还原过程。反应的结果是反应的结果是外电路出现了定向运动的负电荷外电路出现了定向运动的负电荷。由于。由于硫酸铅（硫酸铅（PbSO4）的导）的导电性能比较差电性能比较差，所以放电以后，所以放电以后，蓄电池的内阻增加蓄电池的内阻增加。而且，在放电过程中，。而且，在放电过程中，由于电解液中的硫酸（由于电解液中的硫酸（H2SO4）逐渐变成水（）逐渐变成水（H2O），所以），所以电解液的比重逐渐电解液的比重逐渐下降，电动势逐渐下降下降，电动势逐渐下降。至放电终了时，蓄电池的端电压下降到。至放电终了时，蓄电池的端电压下降到1.8V左右。左
30、右。2022/12/1821第第4章章 蓄电池蓄电池充电充电过程过程电化反应原理电化反应原理（电能电能转换为转换为化学能化学能）PbSO4+2H2O+PbSO4 PbO2+2H2SO4+Pb 正极正极 水水 负极负极 正极正极 硫酸硫酸 负极负极负极负极加大了加大了还原还原速率，速率，正极正极加大了加大了氧化氧化速率的逆过程。速率的逆过程。在在充电过程中充电过程中，铅酸蓄电池将电能转变为化学能。这时，铅酸蓄电池将电能转变为化学能。这时负极负极加大了还原速率加大了还原速率，正极加大了氧化速率的逆过程正极加大了氧化速率的逆过程。从电化反应式可以看出，从电化反应式可以看出，正极板上的硫酸铅（正极板上
31、的硫酸铅（PbSO4）逐渐）逐渐变为二氧化铅（变为二氧化铅（PbO2）。负极板上的硫酸铅负极板上的硫酸铅(PbSO4)逐渐变为逐渐变为海绵状的铅海绵状的铅（Pb）。同时，。同时，电解液中的硫酸分子浓度逐渐增加，电解液中的硫酸分子浓度逐渐增加，水分子逐渐减少水分子逐渐减少，蓄电池的电动势也逐渐增加。，蓄电池的电动势也逐渐增加。2022/12/1822第第4章章 蓄电池蓄电池阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理就是充电时将电能转化为化学能阀控式铅酸蓄电池的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。
32、其充充电电和和放电放电过程过程是通过是通过化学反应化学反应完成的，化学反应式如下：完成的，化学反应式如下：2022/12/1823第第4章章 蓄电池蓄电池阀控式铅酸蓄电池（阀控式铅酸蓄电池（VRLA）的）的电化反应原理电化反应原理，可用，可用“双硫酸双硫酸化理论化理论”来解释。其含义是：来解释。其含义是：铅酸蓄电池在铅酸蓄电池在放电放电的过程中的过程中，正极的活性物质二氧化铅（正极的活性物质二氧化铅（PbO2）和和负负极的活性物质铅（极的活性物质铅（Pb）与与硫酸硫酸反应，都生成反应，都生成硫酸铅硫酸铅(PbSO4)化合物；化合物；而充电时，两个电极的硫酸铅而充电时，两个电极的硫酸铅(PbSO
33、4)又分别又分别生成原来生成原来的二氧化铅的二氧化铅（PbO2）和铅（）和铅（Pb），并且这），并且这两种转化是互逆的转化两种转化是互逆的转化过程。过程。由由“双硫酸化理论双硫酸化理论”可知，可知，充电与放电可以循环重复多次充电与放电可以循环重复多次，直到铅酸蓄电，直到铅酸蓄电池寿命终止为止。池寿命终止为止。2022/12/1824第第4章章 蓄电池蓄电池4.3.2 阀控式铅酸蓄电池氧循环原理阀控式铅酸蓄电池氧循环原理现代广泛使用的现代广泛使用的VRLA电池有两大类电池有两大类AGM电池：电池：硫硫酸酸电电解解液液吸吸收收在在超超细细玻玻璃璃纤纤维维隔隔板板中中。优优点点：使使用用寿寿命命长长
34、(可可达达10-20年年左左右右)；耐耐多多次次充充放放电电循循环环(500-1500)；管管式式极极板板使使用用GEL电电池池，使使用用寿寿命命更更长长；耐耐深深放放电电性性能能好好；可可以以部部分分荷荷电电态态运运行行；无电解液分层；高温性能好；几乎不发生热失控等，但价格较高。无电解液分层；高温性能好；几乎不发生热失控等，但价格较高。GEL电池电池硫硫酸酸电电解解液液固固定定在在二二氧氧化化硅硅凝凝胶胶中中。AGM电电池池适适合合浮浮充充电电使使用用，需需要要高高功功率率输输出出的的UPS中中也也常常采采用用。使使用用寿寿命命约约5-10年年，循循环环寿寿命命约约200-500次次。电电池
35、池寿寿命命终终止止往往往往显显示示内内阻阻增增加加，负负极极硫硫酸酸盐盐化是电池失效的重要原因。化是电池失效的重要原因。AGM电电池池和和GEL电电池池有有各各自自的的特特点点，可可在在不不同同场场合合发发挥挥自自己己的的特特点。点。2022/12/1825第第4章章 蓄电池蓄电池阀控式铅酸蓄电池采用阀控式铅酸蓄电池采用负极活性物质过量设计负极活性物质过量设计，AGM（超细玻璃纤维隔板超细玻璃纤维隔板）或或GEL（二氧化硅凝胶二氧化硅凝胶）电解液吸附电解液吸附系统，系统，正极正极在充电后期产生的在充电后期产生的氧气氧气通通过过AGM或或GEL空隙扩散空隙扩散到到负极负极，与，与负极负极海绵状铅
36、海绵状铅附近的附近的氢气氢气发生反应发生反应变成变成水水，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，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维护。阀控式铅酸蓄电池氧循环图示如下：阀控式铅酸蓄电池中，阀控式铅酸蓄电池中，负极负极起着起着双重作用双重作用，即在，即在充电末期或过充电充电末期或过充电时时，一是极板中的海绵状铅与正极，一是极板中的海绵状铅与正极产生的产生的O2反应而被氧化成反应而被氧化
37、成一氧化铅一氧化铅，二是极板中的二是极板中的硫酸铅硫酸铅又要又要接受外电接受外电路传输来的电子进行还原反应路传输来的电子进行还原反应，由，由硫酸铅反应成海绵状铅。硫酸铅反应成海绵状铅。对于氧循环反应效率，对于氧循环反应效率，AGM电池具有良好的密封反应效率，在电池具有良好的密封反应效率，在贫液状贫液状态下氧复合效率可达态下氧复合效率可达99以上以上；胶体电池氧再复合效率相对小些，在干胶体电池氧再复合效率相对小些，在干裂状态下，可达裂状态下，可达70-90；富液式电池几乎不建立氧再化合反应，其密封；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。反应效率几乎为零。2022/12/182
38、6第第4章章 蓄电池蓄电池在在电池内部电池内部，若要使氧的复合反应能够进行，若要使氧的复合反应能够进行，必须使氧气从正极扩必须使氧气从正极扩散到负极散到负极。氧的移动过程越容易氧的移动过程越容易，氧循环就越容易建立。，氧循环就越容易建立。在阀控式蓄电池内部，氧以在阀控式蓄电池内部，氧以两种方式两种方式传输：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。二是以气相的形式扩散到负极表面。传统富液式传统富液式（半密封式）（半密封式）电池电池中，氧的传输只能依赖于氧在正极区中，氧的传输只能依
39、赖于氧在正极区H2S04溶液中溶解，然后依靠在溶液中溶解，然后依靠在液相中扩散液相中扩散到到负极负极。如果如果氧氧呈呈气相气相在在电极间电极间直接通过开放直接通过开放的通道的通道移动移动，那么氧的迁移速率，那么氧的迁移速率就比单靠液相中扩散大得多。就比单靠液相中扩散大得多。充电末期充电末期正极正极析出析出氧气氧气，在，在正极附近有轻微的过压正极附近有轻微的过压，而，而负极化合了负极化合了氧氧，产生一轻微的真空产生一轻微的真空，于是，于是正正、负负间间的的压差压差将将推动气相氧推动气相氧经过经过电电极间极间的的气体通道气体通道向向负极负极移动移动。阀控式铅蓄电池的设计提供了这种通。阀控式铅蓄电池
40、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。水。2022/12/1827第第4章章 蓄电池蓄电池4.4 充放电特性充放电特性 蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性是一族曲线如图蓄电池的放电特性是一族曲线如图4-2所示，环境温度下所示，环境温度下(图中为图中为25),随随放电电流的不同放电电流的不同,电池端电压与放电时间的关系称为放电曲线。电池端电压与放电时间的关系称为放电曲线。图图4-2 蓄电池放电特性图蓄电池放电特性图2022/12/1828第第4章章 蓄电池蓄电池放电曲线可以看出如下特
41、性放电曲线可以看出如下特性放电时间最长的曲线，放电时间为放电时间最长的曲线，放电时间为10小时，电流恒定，小时，电流恒定，我们称之为我们称之为10小时放电率曲线小时放电率曲线，由此，由此测定的电池容量用测定的电池容量用C10表示：表示：C10=6A10h=60Ah电池的容量电池的容量是在是在标定了标定了放电制式放电制式之后之后才是一个可比的确定才是一个可比的确定值值。无论放电电流大小，在无论放电电流大小，在放电的初始阶段放电的初始阶段都会使都会使端电压下降端电压下降较多较多，然后然后略有回升的现象。略有回升的现象。无论放电电流大小，无论放电电流大小，电池端电压最终将出现电池端电压最终将出现急剧
42、下降急剧下降的的拐拐点。点。2022/12/1829第第4章章 蓄电池蓄电池蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性电池的充电特性曲线也是电池的充电特性曲线也是在在25温度下测量温度下测量和和标度标度的如图的如图4-3所示。充电曲线通常有三条所示。充电曲线通常有三条：充电电流曲线充电电流曲线在充电开始阶段，充电电流是一个恒定值在充电开始阶段，充电电流是一个恒定值,随着充电时间的推移，随着充电时间的推移，充电电流逐渐下降，并最终趋于充电电流逐渐下降，并最终趋于0。充电电压曲线充电电压曲线在电池恒流充电阶段，电池的电压始终是上升的，因此有时又称在电池恒流充电阶段，电池的电压始终是上升的，因此有时又称为升压
43、充电。为升压充电。充电容量曲线充电容量曲线在恒流充电阶段，电池的容量基本呈线性增长；在恒压充电阶段，在恒流充电阶段，电池的容量基本呈线性增长；在恒压充电阶段，容量增长的速度减慢；恒压充电结束后容量增长的速度减慢；恒压充电结束后,容量基本恢复到容量基本恢复到100%大大约需要约需要24小时左右；转入浮充电后，容量基本不再明显增长。小时左右；转入浮充电后，容量基本不再明显增长。2022/12/1830第第4章章 蓄电池蓄电池结论：结论：恒流充电恒流充电是为是为了了恢复电池的恢复电池的电压电压;恒压充电恒压充电是为是为了了恢复电池的恢复电池的储能储能;浮充电浮充电是为了是为了抑制电池的自抑制电池的自
44、放电放电或保持储或保持储能。能。图图4-3 电池的充电特性图电池的充电特性图2022/12/1831第第4章章 蓄电池蓄电池4.5 VRLA的使用与维护的使用与维护 4.5.1 阀控式密封铅酸蓄电池的安装阀控式密封铅酸蓄电池的安装VRLA安装前的准备安装前的准备电电池池应应避避免免阳阳光光照照射射；地地面面荷荷重重应应符符合合要要求求；为为保保证证蓄蓄电电池池较较好好的的散散热热条条件件，电电池池间间需需保保持持适适当当的的距距离离；为为了了便便于于安安装装和和维维护护，应应该该使使蓄蓄电电池池与与直直流流电电屏屏（或或组组合合式式开开关关电电源源）的的连连线线路路径径短短跨跨接接拐拐弯弯少少
45、等等。开箱及检查开箱及检查外外观观有有无无裂裂痕痕、漏漏液液、损损伤伤等等，清清点点连连接接条条、连连接接螺螺钉钉等等配配件件是是否否齐齐全全，规格型号是否一致规格型号是否一致。安装前注意事项安装前注意事项蓄电池的蓄电池的正正负负极柱极柱不能短接；不能短接；搬运时不能在端子部位用力，最好使用提手，搬运时不能在端子部位用力，最好使用提手，不能将蓄电池倒置不能将蓄电池倒置，轻轻拿轻放更拿轻放更，不能碰撞蓄电池；，不能碰撞蓄电池；不允许打开排气阀不允许打开排气阀。2022/12/1832第第4章章 蓄电池蓄电池安装安装将将金属金属安装工具（如板手）安装工具（如板手）用用绝缘胶带包裹绝缘胶带包裹，进行
46、绝缘处理；，进行绝缘处理；先进行蓄电池之间的连接先进行蓄电池之间的连接，再将蓄电池组与充电器或负载连接；，再将蓄电池组与充电器或负载连接；多组电池并联时，遵循多组电池并联时，遵循先串联先串联后并联后并联的的接线方式接线方式；为保证较好的散热；为保证较好的散热条件，各列条件，各列蓄电池需保持蓄电池需保持10mm左右左右间距；间距；连接前后，在蓄电池连接前后，在蓄电池极柱表面敷涂极柱表面敷涂适量适量防锈剂防锈剂；蓄电池安装完毕，蓄电池安装完毕，测量电池组总电压无误后测量电池组总电压无误后，方可加载上电。，方可加载上电。安装时注意事项安装时注意事项装连接条前应用干净的抹布擦去电池极柱及外壳和钢架上的
47、灰尘。装连接条前应用干净的抹布擦去电池极柱及外壳和钢架上的灰尘。装后要逐个检查所有连接处是否拧紧。最好指定专人负责。装后要逐个检查所有连接处是否拧紧。最好指定专人负责。检查结束后，测量并记录所有检查结束后，测量并记录所有电池的开路电压电池的开路电压和和电池组的总电压电池组的总电压。装后装后没接市电没接市电或或整流器整流器不能开机。不能开机。蓄电池在投入运行之前，应进行一次补充充电，最好进行一次放电循蓄电池在投入运行之前，应进行一次补充充电，最好进行一次放电循环，通过环，通过测试单体电池的充放电电压、温度测试单体电池的充放电电压、温度及及观察电池是否有电液泄观察电池是否有电液泄漏、变形漏、变形等
48、等。2022/12/1833第第4章章 蓄电池蓄电池4.5.2 阀控式密封铅酸蓄电池的充放电阀控式密封铅酸蓄电池的充放电VRLA的充电的充电蓄电池蓄电池放电之后放电之后，需要对其充入电量需要对其充入电量，以便在，以便在市电中断时能确市电中断时能确保通信系统正常运作保通信系统正常运作。充电的方式有。充电的方式有浮充充电浮充充电均衡充电均衡充电快速充电快速充电阀控式密封铅酸蓄电池的放电阀控式密封铅酸蓄电池的放电当市电或者整流器故障时，当市电或者整流器故障时，蓄电池开始蓄电池开始放电放电。放电的速率放电的速率由后由后级设备的级设备的负荷负荷而定。而定。在蓄电池的放电过程中在蓄电池的放电过程中应避免蓄
49、电池过放电应避免蓄电池过放电。为确保不过放电，为确保不过放电，开关电源系统设有电池保护装置开关电源系统设有电池保护装置，蓄电池的，蓄电池的放电电压达到终止电压时，系统会将负荷切断。放电电压达到终止电压时，系统会将负荷切断。2022/12/1834第第4章章 蓄电池蓄电池4.5.3 阀控式密封铅酸蓄电池的维护阀控式密封铅酸蓄电池的维护阀控式密封铅酸蓄电池的选配阀控式密封铅酸蓄电池的选配阀控式铅酸蓄电池的阀控式铅酸蓄电池的额定容量额定容量是是10小时率放电容量小时率放电容量。电池放电电流。电池放电电流过大，则达不到额定容量。过大，则达不到额定容量。蓄电池的清洁蓄电池的清洁经常经常保持蓄电池外表保持
50、蓄电池外表及及工作环境的清洁工作环境的清洁、干燥状态；蓄电池的清扫应、干燥状态；蓄电池的清扫应采取采取避免产生静电避免产生静电的措施；用的措施；用湿布清扫蓄电池湿布清扫蓄电池；禁止禁止使用香蕉水、汽使用香蕉水、汽油、酒精等油、酒精等有机溶剂接触蓄电池有机溶剂接触蓄电池。铅酸蓄电池常见故障及处理铅酸蓄电池常见故障及处理极板硫化极板硫化维护不好，极板上的细结晶硫酸铅，会逐渐形成为一种白色、体积较大维护不好，极板上的细结晶硫酸铅，会逐渐形成为一种白色、体积较大而又导电不良的粗结晶硫酸铅，甚至可能结成面积较大、几乎不溶于电而又导电不良的粗结晶硫酸铅，甚至可能结成面积较大、几乎不溶于电解液的较为坚实的硫