《现代通信电源 教学课件 ppt 作者 陈永彬、闫海煜 第4章 蓄电池》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信电源 教学课件 ppt 作者 陈永彬、闫海煜 第4章 蓄电池（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/5/22,1,主要内容 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氧循环原理 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维护,2019/5/22,2,重点难点 本章重点 阀控蓄电池的组成与工作原理 阀控蓄电池充放电特性 阀控蓄电池的选配、使用与维护 本章难点 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,2019/5/22,3,本章的目的和要求 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
2、趋势 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 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 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,2019/5/22,4,蓄电池是保障通信设备不间断供电的核心设备，是通信系统直流供电和交流不间断供电的重要组成部分。当市电正常工作时蓄电池与整流器并联运行，能改善整流器的供电质量，起平滑滤波作用；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 通信设备对蓄电池的要求 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10年左右。 安全性高 电池电解质为硫酸溶液，具有强
3、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 希望具备安装方便、免维护容易、低内阻等特性 概念 把物质的化学能转变为电能的设备，称为化学电池，一般简称为电池。,4.1 通信蓄电池发展概述,2019/5/22,5,蓄电池的分类 蓄电池按电解质性质可分为 酸性蓄电池 酸性蓄电池采用稀硫酸作为电解质 ，如通信设备中常用的铅酸蓄电池 通常酸蓄电池电极是以铅及其氧化物为材料，故又称为铅蓄电池 碱性蓄电池 采用碱性电解质（如KOH、LiOH），如镍镉（Ni-Cd）电池、镍氢（Ni-MH）电池、锌银（Zn-Ag20）电池等。 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
4、的蓄电池,2019/5/22,6,铅蓄电池按其工作环境又可分为 移动式 固定式 蓄电池按使用性质可分为 通信电源蓄电池 蓄电池放电电流大，容量大，寿命长，每节单体2V（一般2.23V左右），一组48V电池由24节单体串联组成。 UPS蓄电池 电池能大电流放电，容量小，寿命较短，常见的UPS蓄电池每个单体电压为12V，如果配置32节电池，则电池组端电压可达384V。 启动电池 由于油机启动时间十分短促，仅为58秒，因此要求蓄电池满足快速大电流放电的要求。油机启动电池多采用24V电池组。,2019/5/22,7,通信蓄电池发展 铅酸蓄电池自1859年法国人普兰特发明以来，距今已有100余年的历史，
5、以往的铅酸蓄电池均为开口式或防酸隔爆式，充放电时析出的酸雾污染及腐蚀环境，又需经常维护既补加酸和水。 自20世纪50年代起，科学技术发达国家先后解决了防酸式铅酸电池的致命缺点，而可以把铅蓄电池密封起来。 20世纪80年代，随着分散式供电方案启用，要求基础电源设备与通信设备同装一室，激励了密封固定型铅酸电池的生产。 20世纪90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。,2019/5/22,8,铅酸蓄电池 铅酸蓄电池的优势 铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。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。
6、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。 铅酸蓄电池的分类 铅蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式，半密封式又有防酸式及消氢式。 依据电解液数量还可将铅酸电池分为贫液式和富液式，密封式电池均为贫液式，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？,2019/5/22,9,开口式铅酸蓄电池缺点 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。 阀控式密
7、封铅酸蓄电池（ VRLA）优点 VRLA电池是全密封的，不会漏酸，而且在充放电时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，所以从结构特性上人们把VRLA电池又叫做密闭（封）铅酸蓄电池。为了区分，把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于VRLA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VRLA铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密封铅酸蓄电池”。,2019/5/22,10,铅酸蓄电池的电性能参数 电池电动势 电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值，便是电池电动势 。 开路电压 蓄电池在开路状态下的端电压称为
8、开路电压 终止电压 铅蓄电池以一定的放电率在25环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终了电压 工作电压 电池工作电压是指电池有电流通过（闭路）的端电压 容量 蓄电池容量是指电池储存电量的数量，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）。,2019/5/22,11,额定容量 固定铅酸蓄电池规定在25环境下，以10小时率电流放电至终了电压所能达到的额定容量。10小时率额定容量用C10表示。 电池内阻 电池的内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力，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化内阻。 自放电 有害杂质的存在，使正
9、极和负极活性物质逐渐被消耗，而造成电池丧失容量，这种现象称为自放电 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）。在一定放电条件下，电池工作至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。,2019/5/22,12,阀控式密封铅酸蓄电池 阀控式铅酸蓄电池简称VRLA电池。其英文名称为Valve Regulated Lead Battery 阀控式密封铅酸蓄电池特点 使用期间不用加酸加水维护 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
10、自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止水份蒸发。,2019/5/22,13,VRLA的作用 后备电源（包括直流供电系统和UPS系统） 当市电异常或在整流器不工作的情况下，由蓄电池单独供电，担负起对全部负载供电的任务，起到备用作用。 平滑滤波：在市电正常时，虽然蓄电池不担负向通信设备供电的主要任务，但它与供电主要设备整流器并联运行，能改善整流器的供电质量。 调节系统电压 动力设备的启动电源,图a 平滑滤波,图b 荷电备用,图4.1 蓄电池在通信电源中的作用,2019/5/22,14,蓄电池的分类 （1）按不同用途和外形结构分为 固定式 移动式 （2）按极板结构分为 涂膏式 化成式 半化成式 玻璃
11、丝管式 （3）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 碱性：碱性蓄电池：以碱性水溶液作电解质 （4）按电解液数量分为 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,2019/5/22,15,阀控式密封铅酸蓄电池的结构 阀控铅蓄电池的基本结构如图4.2所示。它由正负极板、隔板、电解液、安全阀、端子、外壳等部分组成。,图4.2 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,2019/5/22,16,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。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。 隔板
12、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。 安全阀 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。 气塞 阀控铅蓄电池顶盖上还备有内装陶瓷过滤器的气塞，它可以防止酸雾从蓄电池中逸出。 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。,2019/5/22,17,极板 正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb）。 VRLA的极板大多为涂膏式，这种极板是在板栅上敷涂由活性物质和添加剂制成的
13、铅膏，经过固化、化成等工艺过程而制成。,2019/5/22,18,隔板 阀控式铅酸蓄电池中的隔板材料普遍采用超细玻璃纤维。 隔板与极板紧密保持接触。它的主要作用有： 吸收电解液； 提供正极析出的氧气向负极扩散的通道； 防止正、负极短路。 电解液 铅蓄电池的电解液是用纯净的浓硫酸与纯净水配置而成。 电解液与正极和负极上活性物质进行反应，实现化学能和电能之间的转换。,2019/5/22,19,安全阀 一种自动开启和关闭的排气阀，具有单向性，内有防酸雾垫。 只允许电池内气压超过一定值时，释放出多余气体后自动关闭，保持电池内部压力在最佳范围内。 壳体 材料应满足耐酸腐蚀，抗氧化，机械强度好，硬度大，水
14、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PP、PVC、ABS等材料。,2019/5/22,20,4.3 阀控式密封铅酸蓄电池的基本原理,蓄电池在开路状态，负极上的活性物质海绵状的铅与稀硫酸间反应趋于稳定，而正极上的活性物质多孔性PbO2与稀硫酸反应也趋于稳定。 稳定 所谓稳定是指氧化速度和还原速度相等，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。 4.3.1 阀控式铅酸蓄电池电化反应原理 阀控式铅酸蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质为海绵状铅(Pb)，电解液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
15、的性质是不同的，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而产生不同的电极电位。 阀控式铅酸蓄电池的化学反应原理 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化学反应完成的。,2019/5/22,21,放电过程电化反应原理（化学能转换为电能） PbO2 + 2H2SO4 + Pb PbSO4 + 2H2O + PbSO4 正极 硫酸 负极 正极 水 负极 对负极而言是海绵状铅（Pb）加大了溶解速率的氧化过程； 对正极而言是多孔状的二氧化铅加大了吸附速率的还原过程。,在放电过程中，对负极而言是海绵状铅（Pb）加大了溶解速率的氧化
16、过程，对正极而言是多孔状的二氧化铅加大了吸附速率的还原过程。 反应的结果是外电路出现了定向运动的负电荷。由于硫酸铅（PbSO4）的导电性能比较差，所以放电以后，蓄电池的内阻增加。而且，在放电过程中，由于电解液中的硫酸（H2SO4）逐渐变成水（H2O），所以电解液的比重逐渐下降，电动势逐渐下降。至放电终了时，蓄电池的端电压下降到1.8V左右。,2019/5/22,22,充电过程电化反应原理（电能转换为化学能） PbSO4 + 2H2O + PbSO4 PbO2 + 2H2SO4 + Pb 正极 水 负极 正极 硫酸 负极 负极加大了还原速率，正极加大了氧化速率的逆过程。,在充电过程中，铅酸蓄电池将电能转变为化学能。这时负极加大了还原速率，正极加大了氧化速率的逆过程。 从电化反应式可以看出，正极板上的硫酸铅（PbSO4）逐渐变为二氧化铅（PbO2）。负极板上的硫酸铅(PbSO4)逐渐变为海绵状的铅（Pb）。同时，电解液中的硫酸分子浓度逐渐增加，水分子逐渐减少，蓄电池的电动势也逐渐增加。,2019/5/
