蓄電池原理及失效模式.ppt

1、閥控鉛酸電池的原理結(jié)構(gòu)失效模式及其充放電特性,南都電源客戶中心 2007年7月,報告提綱,鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史 閥控式鉛酸蓄電池的分類 閥控式鉛酸蓄電池的基本結(jié)構(gòu) 閥控鉛酸蓄電池的基本原理 閥控鉛酸蓄電池的充放電特性 閥控鉛酸蓄電池的容量及影響因素 閥控鉛酸蓄電池的失效模式,鉛酸蓄電池的發(fā)展歷史,1859年，普蘭特發(fā)明了鉛酸蓄電池 1881年，富爾發(fā)明了涂膏式極板 1882年，出現(xiàn)了鉛銻合金作板柵，增強了硬度。 1938年，A.Dassler 提出密封鉛酸電池的氣體復(fù)合原理 1957年，德國陽光公司發(fā)明觸變性凝膠的密封鉛酸電池 1971年，美國Gates公司，發(fā)明了超細(xì)玻璃纖維隔板（AGM）

2、1984年，VRLA電池在美國和歐洲得到小范圍應(yīng)用 二十世紀(jì)90年代，世界上VRLA電池用量大幅度增加,化學(xué)電源的定義和原理,定義 化學(xué)電源是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)換成低壓直流電能的一種裝置。 工作原理 化學(xué)電源就是一個能源轉(zhuǎn)換的裝置。放電時，電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，并將電能供應(yīng)給負(fù)載；充電時，外界的電能在電池內(nèi)部轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并儲存起來。,閥控式鉛酸蓄電池的定義和原理,閥控式鉛酸蓄電池的英文名稱為Valve Regulated Lead Acid Battery(簡稱VRLA電池)，其基本特點是使用期間不用加酸加水維護，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會漏酸，也不會排酸霧，電池蓋子上設(shè)有單向

3、排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過一定值（通常用氣壓值表示），即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定值時，排氣閥自動打開，排出氣體，然后自動關(guān)閉，防止空氣進入電池內(nèi)部。,閥控鉛酸蓄電池分類,AGM技術(shù):美國的EXIDE、GNB、C&D； 日本的YUASA、GS Gel技術(shù):德國Sonnenshein； 意大利FIAMM （交流時提到的電池，不作特殊說明一般指AGM技術(shù)）,AGM和Gel技術(shù)的比較,AGM技術(shù)： 內(nèi)阻小，超細(xì)玻璃棉隔板吸收電解液，具有93以上的孔隙率，其中10左右作為O2的復(fù)合通道。,AGM電池氧氣的復(fù)合,AGM和Gel技術(shù)的比較,Gel技術(shù)： 內(nèi)阻較大，SiO2膠體吸收

4、電解液，膠體的微裂紋作為O2的復(fù)合通道，使用初期有酸霧逸出。,膠體電池氧氣的復(fù)合,VRLA電池一般結(jié)構(gòu)及各組件的作用,負(fù)極板,板柵,正極板,隔板,安全閥,極柱,電池蓋,電池槽,VRLA電池一般結(jié)構(gòu)及各組件的作用,板 柵： 由鉛合金經(jīng)過模具鑄造形成柵格狀的物體，用于支撐活性物質(zhì)、傳導(dǎo)電流。 極 板： 板柵上涂膏后稱為極板，它提供電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，是電化學(xué)反應(yīng)的場所，電池容量的主要制約者。根據(jù)所涂鉛膏性質(zhì)的不同分為正極板和負(fù)極板。 隔 板： 儲存電解液；作為氧氣復(fù)合的氣體通道；防止活性物質(zhì)脫落；防止正負(fù)極之間短路。,VRLA電池一般結(jié)構(gòu)及各組件的作用,槽 蓋： 盛裝極群，槽的厚度及材料直接影響

5、到電池是否鼓脹變形。 極 柱： 直接焊接在匯流排上，用以連接連接條形成串聯(lián)或并聯(lián)回路，傳導(dǎo)電流。 安全閥： 安全閥安裝在電池蓋上，由閥體和安全閥共同組成，使電池保持一定內(nèi)壓，提高密封反應(yīng)效率；過充電或高電流充電時，安全閥打開排出氣體，防止電池變形甚至發(fā)生爆炸；防止外界空氣進入電池；防止電解液揮發(fā),LSE系列產(chǎn)品特點 安全閥結(jié)構(gòu),閥控式鉛酸蓄電池的基本原理 充放電過程中活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)變,charge,discharge,charge,discharge,負(fù) 極,正 極,VRLA電池基本原理 充放電過程中電極的電化學(xué)反應(yīng),正負(fù)電極的主反應(yīng),正負(fù)電極的副反應(yīng),（充電達(dá)70時）,（充電達(dá)90時）,正 極

6、： 負(fù) 極： 總反應(yīng)：,discharge,charge,正 極： 負(fù) 極： 總反應(yīng)：,VRLA電池基本原理 氧循環(huán)復(fù)合原理,VRLA電池實現(xiàn)密封的關(guān)鍵技術(shù),高孔隙率的AGM隔板為O2的復(fù)合提供通道 電池極群的緊裝配 過量的負(fù)極活性物質(zhì) 正、負(fù)極板的容量比為1:1.1 高純度的無銻板柵合金 提高析氫過電位 開、閉壓可靠的安全閥 恒壓限流的充電方式,VRLA電池的優(yōu)點,在電池整個使用壽命期間，無需補加水，調(diào)整酸比重等，具有“免維護”的功能 不漏液、無酸霧、不腐蝕設(shè)備 自放電小，25下自放電率小于2（每月） 電池壽命長，25下浮充狀態(tài)使用可達(dá)1015年 結(jié)構(gòu)緊湊，放置方便（豎放、臥放），占地面積小

7、 電池的高低溫性能較好，可在4065范圍內(nèi)使用 沒有“記憶效應(yīng)”（指淺循環(huán)工作時容量損失） 比能量較高，大電流放電性能好,VRLA電池基本原理 與開口式電池比較,VRLA電池生產(chǎn)工藝流程,鉛粒鑄造 鉛粉制造 和膏 涂板 固化切刷耳 板柵制造 (包極板) 配組 焊組熱膠封 氣密性 灌酸 活化 儲存 裝箱 復(fù)檢 出廠,VRLA電池電性能介紹,1、工作電壓 工作電壓指電池接通負(fù)載后在充放電過程中 顯示的電壓，又稱負(fù)載電壓 2、浮充電壓 3、均充電壓,各廠家浮充電壓的設(shè)置原則,浮充電流足以補償電池的自放電損失 保護板柵不致于很快腐蝕 盡量減少O2與H2析出，并減少負(fù)極鹽化 考慮其它的設(shè)計影響因素 浮充

8、電壓的溫度補償 浮充電壓對VRLA電池使用壽命的影響 （具體值參考廠家各型號電池的用戶手冊）,閥控鉛酸蓄電池的充放電特性,閥控式鉛酸蓄電池容量的影響因素,容量的定義 電池在一定放電條件下所能給出得電量稱為電池的容量，以符號C表示。常用的單位為安培小時，簡稱安時（A.h）或毫安時（mA.h）。通常在C的下角處標(biāo)明放電時率，如C10表明10小時率的放電容量；C3表明3小時率的放電容量。,影響實際容量的因素,放電率 放電倍率越高，放電電流密度越大，電流在電極上分布越不均勻，將減少電池輸出的容量 終止電壓 溫度 ：溫度與容量、壽命關(guān)系密切 電極的結(jié)構(gòu)、制造工藝 等,溫度與容量的關(guān)系,有 效 容 量,環(huán)

9、境溫度 （）,閥控鉛酸蓄電池的失效模式,干涸失效模式 a 氣體再化合的效率低； b 電池殼體中滲出水； c 板柵腐蝕消耗水； d 自放電損失水。,閥控鉛酸蓄電池的失效模式,早期容量損失： a 不適宜的循環(huán)條件，諸如連續(xù)高速率放電、深放電、充電開始時低的電流密度； b 缺乏特殊添加劑如Sb、Sn、 H3PO4； c 低速率放電時高的活性物質(zhì)利用率、電解液高度過剩、極板過薄等； d 活性物質(zhì)視密度過低，裝配壓力過低等。,閥控鉛酸蓄電池的失效模式,熱失控的失效模式 電池工作環(huán)境溫度過高/充電設(shè)備電壓失控 充電量增加 內(nèi)部溫度升高 電池內(nèi)阻下降 充電電流又升高 內(nèi)阻進一步降低 惡性循環(huán) 措施： 充電設(shè)備應(yīng)有溫度補償功能或限流； 嚴(yán)格控制安全閥質(zhì)量，以使電池內(nèi)部氣體正常排出； 蓄電池要設(shè)置在通風(fēng)良好的位置，并控制電池溫度，排列不宜過于緊密（10MM以上）。,閥控鉛酸蓄電池的失效模式,負(fù)極不可逆硫酸鹽化 經(jīng)常處于充電不足或過放電，負(fù)極就會逐漸形成一種粗大堅硬的硫酸鉛，它幾乎不溶解，用常規(guī)方法充電很難使它轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，從而減少了電池容量，甚至成為蓄電池壽命終止的原因，這種現(xiàn)象稱為極板的不可逆硫酸鹽化。 為了防止負(fù)極發(fā)生不可逆硫酸鹽化