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1、阀控铅酸电池的原理结构阀控铅酸电池的原理结构失效模式及其充放电特性失效模式及其充放电特性南都电源客户中心南都电源客户中心2007年年7月月 报告提纲报告提纲l l铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史l l阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池的分类l l阀控式铅酸蓄电池的基本结构阀控式铅酸蓄电池的基本结构阀控式铅酸蓄电池的基本结构阀控式铅酸蓄电池的基本结构l l阀控铅酸蓄电池的基本原理阀控铅酸蓄电池的基本原理阀控铅酸蓄电池的基本原理阀控铅酸蓄电池的基本原理l l阀控铅酸蓄电池的充放电特性阀控铅酸蓄电池的充放
2、电特性阀控铅酸蓄电池的充放电特性阀控铅酸蓄电池的充放电特性 l l阀控铅酸蓄电池的容量及影响阀控铅酸蓄电池的容量及影响阀控铅酸蓄电池的容量及影响阀控铅酸蓄电池的容量及影响因素因素因素因素l l阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式 铅酸蓄电池的发展历史铅酸蓄电池的发展历史 18591859年，普兰特发明了铅酸蓄电池年，普兰特发明了铅酸蓄电池 18811881年，富尔发明了涂膏式极板年，富尔发明了涂膏式极板18821882年，出现了铅锑合金作板栅，增强了硬度。年，出现了铅锑合金作板栅，增强了硬度。19381938年，年，A.Dassler
3、A.Dassler 提出密封铅酸电池的气体复合原理提出密封铅酸电池的气体复合原理19571957年，德国阳光公司发明触变性凝胶的密封铅酸电池年，德国阳光公司发明触变性凝胶的密封铅酸电池19711971年，美国年，美国GatesGates公司，发明了超细玻璃纤维隔板（公司，发明了超细玻璃纤维隔板（AGMAGM）19841984年，年，VRLAVRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用电池在美国和欧洲得到小范围应用 二十世纪二十世纪9090年代，世界上年代，世界上VRLAVRLA电池用量大幅度增加电池用量大幅度增加 化学电源的定义和原理化学电源的定义和原理定义定义化化学学电电源源是是一一种种把把化化学
4、学反反应应所所释释放放出出来来的的能能量量直直接接转转换换成成低低压压直直流电能的一种装置。流电能的一种装置。工作原理工作原理化化学学电电源源就就是是一一个个能能源源转转换换的的装装置置。放放电电时时，电电池池内内的的化化学学能能转转变变成成电电能能，并并将将电电能能供供应应给给负负载载；充充电电时时，外外界界的的电电能能在在电电池池内内部转换成化学能并储存起来。部转换成化学能并储存起来。阀控式铅酸蓄电池阀控式铅酸蓄电池的定义和原理的定义和原理l阀控式铅酸蓄电池的英文名称为阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Acid Valve Regulated Lead
5、Acid Battery(Battery(简称简称VRLAVRLA电池电池) )，其基本特点是使用期间不用加酸加水，其基本特点是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，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空气进
6、入电池内部。气进入电池内部。阀控铅酸蓄电池分类阀控铅酸蓄电池分类lAGMAGM技术技术: :美国的美国的EXIDEEXIDE、GNBGNB、C&DC&D； 日本的日本的YUASAYUASA、GSGSlGelGel技术技术: :德国德国SonnensheinSonnenshein； 意大利意大利FIAMMFIAMM（交流时提到的电池，不作特殊说明一般指（交流时提到的电池，不作特殊说明一般指AGM技术）技术）AGMAGM和和GelGel技术的比较技术的比较lAGM技术：技术： 内阻小，超细玻璃棉隔板吸内阻小，超细玻璃棉隔板吸收电解液，具有收电解液，具有93以上的以上的孔隙率，其中孔隙率，其中10左
7、右作为左右作为O2的复合通道。的复合通道。AGMAGM电池氧气的复合电池氧气的复合AGMAGM和和GelGel技术的比较技术的比较lGel技术：技术：内内阻阻较较大大，SiO2胶胶体体吸吸收收电电解解液液，胶胶体体的的微微裂裂纹纹作作为为O2的的复复合合通通道道，使使用用初初期期有有酸酸雾逸出。雾逸出。 胶体电池氧气的复合胶体电池氧气的复合VRLA电池一般结构及各组件的作用电池一般结构及各组件的作用负极板负极板板栅板栅正极板正极板隔板隔板安全阀安全阀极柱极柱电池盖电池盖电池槽电池槽VRLA电池一般结构及各组件的作用电池一般结构及各组件的作用l板板 栅：栅： 由铅合金经过模具铸造形成栅格状的物体
8、，用于支撑活由铅合金经过模具铸造形成栅格状的物体，用于支撑活性物质、传导电流。性物质、传导电流。l极极 板：板： 板栅上涂膏后称为极板，它提供电化学反应的活性物质，板栅上涂膏后称为极板，它提供电化学反应的活性物质，是电化学反应的场所，电池容量的主要制约者。根据所涂铅膏性是电化学反应的场所，电池容量的主要制约者。根据所涂铅膏性质的不同分为正极板和负极板。质的不同分为正极板和负极板。l隔隔 板：板： 储存电解液；作为氧气复合的气体通道；防止活性物质储存电解液；作为氧气复合的气体通道；防止活性物质脱落；防止正负极之间短路。脱落；防止正负极之间短路。VRLA电池一般结构及各组件的作用电池一般结构及各组
9、件的作用l槽槽 盖：盖： 盛装极群，槽的厚度及材料直接影响到电池是否鼓胀变盛装极群，槽的厚度及材料直接影响到电池是否鼓胀变形。形。l极极 柱：柱： 直接焊接在汇流排上，用以连接连接条形成串联或并联直接焊接在汇流排上，用以连接连接条形成串联或并联回路，传导电流。回路，传导电流。l安全阀：安全阀： 安全阀安装在电池盖上，由阀体和安全阀共同组成，安全阀安装在电池盖上，由阀体和安全阀共同组成，使电池保持一定内压，提高密封反应效率；过充电或高电流充电使电池保持一定内压，提高密封反应效率；过充电或高电流充电时，安全阀打开排出气体，防止电池变形甚至发生爆炸；防止外时，安全阀打开排出气体，防止电池变形甚至发生
10、爆炸；防止外界空气进入电池；防止电解液挥发界空气进入电池；防止电解液挥发 LSE系列产品特点 安全阀结构防爆片阀控式铅酸蓄电池的基本原理阀控式铅酸蓄电池的基本原理 充放电过程中活性物质的转变充放电过程中活性物质的转变PbSOPbSO4 4PbPbPbOPbO2 2chargedischargechargedischarge负负负负 极极极极正正正正 极极极极VRLA电池基本原理 充放电过程中电极的电化学反应正负电极的主反应正负电极的副反应（充电达70时）（充电达90时）正 极：负 极：总反应：dischargechargedischargechargedischargechargecharge
11、charge正 极：负 极：总反应：VRLA电池基本原理 氧循环复合原理 过充正极 扩散充电负极（Gas Recombination）VRLAVRLA电池实现密封的关键技术电池实现密封的关键技术l高孔隙率的高孔隙率的AGMAGM隔板为隔板为O O2 2的复合提供通道的复合提供通道l电池极群的紧装配电池极群的紧装配l过量的负极活性物质过量的负极活性物质 正、负极板的容量比为正、负极板的容量比为1:1.11:1.1l高纯度的无锑板栅合金高纯度的无锑板栅合金 提高析氢过电位提高析氢过电位l开、闭压可靠的安全阀开、闭压可靠的安全阀l恒压限流的充电方式恒压限流的充电方式VRLAVRLA电池的优点电池的优
12、点l在电池整个使用寿命期间，无需补加水，调整酸比重等，具有在电池整个使用寿命期间，无需补加水，调整酸比重等，具有“免维护免维护”的功能的功能l不漏液、无酸雾、不腐蚀设备不漏液、无酸雾、不腐蚀设备l自放电小，自放电小，2525下自放电率小于下自放电率小于2 2（每月）（每月）l电池寿命长，电池寿命长，25下浮充状态使用可达下浮充状态使用可达1015年年l结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小结构紧凑，放置方便（竖放、卧放），占地面积小l电池的高低温性能较好，可在电池的高低温性能较好，可在4065范围内使用范围内使用l没有没有“记忆效应记忆效应”（指浅循环工作时容量损失）（指浅循环工作时容量
13、损失）l比能量较高，大电流放电性能好比能量较高，大电流放电性能好VRLAVRLA电池基本原理电池基本原理 与开口式电池比较与开口式电池比较VRLAVRLA电池池GFDGFD电池池寿命期内无需加水寿命期内无需加水补酸酸维护（维护简便）便）需定期加水需定期加水补酸酸维护酸酸雾溢出极少，可与溢出极少，可与设备共置一室，不需共置一室，不需要要专门的通的通风装置（可装置（可进行分散供行分散供电）需需设专用用电池室，保持良好通池室，保持良好通风条件，条件，并并进行防酸行防酸处理理电池内无流池内无流动电解液（可任意位置放置）解液（可任意位置放置）有流有流动电解液，需直立使用解液，需直立使用可多可多层叠放安装
14、（占地面叠放安装（占地面积小）小）无法叠放安装无法叠放安装大大电流放流放电性能性能优越（内阻低）越（内阻低）大大电流放流放电性能一般性能一般由于采用高析由于采用高析氢过电位合金板位合金板栅和高和高纯原原料，料，电池自放池自放电小（小（储存存时间长）电池自放池自放电较大大VRLAVRLA电池生产工艺流程电池生产工艺流程铅粒铸造铅粒铸造 铅粉制造铅粉制造 和膏和膏 涂板涂板 固化固化切刷耳切刷耳 板栅制造板栅制造 (包极板包极板) 配组配组 焊组焊组热胶封热胶封 气密性气密性 灌酸灌酸 活化活化 储存储存 装箱装箱 复检复检 出厂出厂VRLA电池电性能介绍电池电性能介绍1、工作电压、工作电压 工作
15、电压指电池接通负载后在充放电过程中工作电压指电池接通负载后在充放电过程中显示的电压，又称负载电压显示的电压，又称负载电压2、浮充电压、浮充电压 3、均充电压、均充电压各厂家浮充电压的设置原则各厂家浮充电压的设置原则l浮充电流足以补偿电池的自放电损失浮充电流足以补偿电池的自放电损失 l保护板栅不致于很快腐蚀保护板栅不致于很快腐蚀 l尽量减少尽量减少O2与与H2析出，并减少负极盐化析出，并减少负极盐化 l考虑其它的设计影响因素考虑其它的设计影响因素 l浮充电压的温度补偿浮充电压的温度补偿l浮充电压对浮充电压对VRLA电池使用寿命的影响电池使用寿命的影响（具体值参考厂家各型号电池的用户手册）（具体值
16、参考厂家各型号电池的用户手册）阀控铅酸蓄电池的充放电特性阀控铅酸蓄电池的充放电特性阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素l容量的定义容量的定义 电池在一定放电条件下所能给出得电量称为电池的容电池在一定放电条件下所能给出得电量称为电池的容量，以符号量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安表示。常用的单位为安培小时，简称安时（时（A.h）或毫安时（）或毫安时（mA.h）。通常在）。通常在C的下角处标的下角处标明放电时率，如明放电时率，如C10表明表明10小时率的放电容量；小时率的放电容量；C3表表明明3小时率的放电容量。小时率的放电容量。影响实际容量的因素影响实际容量的
17、因素l放电率放电率 放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上分放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上分布越不均匀，将减少电池输出的容量布越不均匀，将减少电池输出的容量 l终止电压终止电压l温度温度 ：温度与容量、寿命关系密切温度与容量、寿命关系密切l电极的结构、制造工艺电极的结构、制造工艺 等等温度与容量的关系温度与容量的关系有效容量环境温度（）阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式l干涸失效模式干涸失效模式 a 气体再化合的效率低；气体再化合的效率低； b 电池壳体中渗出水；电池壳体中渗出水； c 板栅腐蚀消耗水；板栅腐蚀消耗水； d 自放电损失水。自放电损失水。阀控铅酸
18、蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式l早期容量损失：早期容量损失： a 不适宜的循环条件，诸如连续高速率放电、深放电、不适宜的循环条件，诸如连续高速率放电、深放电、充电开始时低的电流密度；充电开始时低的电流密度； b 缺乏特殊添加剂如缺乏特殊添加剂如Sb、Sn、 H3PO4； c 低速率放电时高的活性物质利用率、电解液高度过剩、低速率放电时高的活性物质利用率、电解液高度过剩、极板过薄等；极板过薄等； d 活性物质视密度过低，装配压力过低等。活性物质视密度过低，装配压力过低等。阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式l热失控的失效模式热失控的失效模式 电池工作环境温度过高电池工作环境
19、温度过高/充电设备电压失控充电设备电压失控 充电量增加充电量增加 内部温度升高内部温度升高 电池内阻下降电池内阻下降 充电电流又升高充电电流又升高 内阻进一步降低内阻进一步降低 恶性循环恶性循环 措施：措施：l充电设备应有温度补偿功能或限流；充电设备应有温度补偿功能或限流；l严格控制安全阀质量，以使电池内部气体正常排出；严格控制安全阀质量，以使电池内部气体正常排出；l蓄电池要设置在通风良好的位置，并控制电池温度，排列不宜过蓄电池要设置在通风良好的位置，并控制电池温度，排列不宜过于紧密（于紧密（10MM以上）。以上）。 阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式l负极不可逆硫酸盐化负极不可
20、逆硫酸盐化 经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。 为了防止负极发生不可逆硫酸盐化，必须对蓄电池及时充电，为了防止负极发生不可逆硫酸盐化，必须对蓄电池及时充电，不可过放电。不可过放电。阀控铅酸蓄电池的失效模式阀控铅酸蓄电池的失效模式l板栅腐蚀与伸长板栅腐蚀与伸长 a 浮充电压过高，除引起水损失加速外，也引起正极板栅腐蚀加速浮充电压过高，除引起水损失加速外，也引起正极板栅腐蚀加速 b 充放过程中活性物质的转换，密度不一致，造成软化脱落等充放过程中活性物质的转换，密度不一致，造成软化脱落等c 过放电对电池极板的影响过放电对电池极板的影响d 过放电容易造成电池反极过放电容易造成电池反极e 过充电对过充电对VRLA电池寿命的影响电池寿命的影响 完完谢谢大家！谢谢大家！
