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電源知識

蓄電池的相關知識全解

蓄電池的工作原理

1.蓄電池是一種將化學能與電能互相轉換的裝置。

2.在充電時,電能轉換為化學能,正極上的硫酸鉛失去兩個電子后轉變成二氧化鉛,失去的電子通過外線路上的負載轉移到負極上,負極上的硫酸鉛得到兩個電子后轉變成海綿狀鉛(Pb)。

3.在放電時,化學能轉換為電能,整個過程正好相反。

4.上述過程用化學反應方程式表示即為:

蓄電池的密封原理

對常規鉛酸蓄電池,在蓄電池充電后期,充入的電流主要消耗在電解液中水的分解,導致在蓄電池的正極產生氧氣,在負極產生氫氣。這些氣體從蓄電池中不斷逸出,會導致電解液逐漸失水,從而導致蓄電池性能下降,甚至電池干涸。因此常規蓄電池需要定期補加水。

閥控密封鉛酸蓄電池采用密封技術(或氧氣再化合技術),即在設計上抑制氫氣的析出,同時,使蓄電池充電后期產生的氧氣在內部幾乎完全再化合,無剩余氣體排放。電池幾乎不失水,因此該電池在整個使用過程中不需補加水。

密封鉛酸蓄電池充電后期以前的過程和常規鉛酸蓄電池基本一樣。但在蓄電池充電末期或過充電過程中,蓄電池充入的電量基本用于氧氣的再化合過程,此時在電池內發生的氧氣再化合反應如下:

(1) 正極上的反應(氧氣的產生)

2H2O → O2 + 4H+ + 4e- ①

在正極產生的氧氣,穿過超細玻璃纖維(AGM)隔膜到達負極表面并在負極發生一系列反應。

(2) 負極上的反應

2Pb + O2 → 2PbO ②

2PbO + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O ③

2PbSO4 + 4H+ + 4e- → 2Pb + 2H2SO4 ④

負極上總的反應為

O2 + 4H+ + 4e- →2H2O ⑤

通過以上反應,在正極上產生的氧氣穿過超細玻璃纖維隔膜(AGM)傳輸到負極,完全被負極所吸收;正極上所消耗的水(電解液),在負極上的反應③中又重新生成,穿過隔膜又回到正極(如圖3-1所示),完成了H2O→O2→H20循環。負極活性物質經過一系列的反應,也完成了Pb→PbO→PbSO4→Pb的循環。使電池內多余的氣體產生和凈的物質(H2O、O2、Pb、PbO、PbSO4)生成。因此,電池不需要補加水,可以密封免維護。由于在不正常使用等特殊情況下,電池內反應平衡可能被打破,可能產生少量多余的氣體,電池裝有安全閥,當電池內氣壓超過一定數值時,安全閥開啟,以便將多余氣體排出;當電池內氣壓低于一定氣壓時,安全閥自動關閉,以隔絕電池外部氣體進入,故該類電池又稱閥控式密封鉛酸蓄電池。

容量

1.在一定的放電條件下(放電率、溫度、終止電壓)電池放出的電量就是電池的容量,容量的單位是安培小時(Ah)。符號表示為"C".

2.額定容量是設計和生產電池時,規定或保證在指定的放電條件下,電池應該放出的最低限度的電量。GFM系列電池規定在10小時內放出的容量為額定容量,符號表示為"C10".FM系列電池規定在20小時內放出的容量為額定容量,符號表示為"C20".

3.實際容量是電池在實際使用的條件下放出的容量,當放電率不同時電池給出的實際容量也不同。

放電率

放電率即放電速率,表示電池放電時的電流強度的大小,一般以"小時率"或"倍率"表示。小時率是指以放電時間來表示電池的放電速率。如"10小時率"和"0.1C10"都表示以額定容量的1/10的電流來放電,并可持續10小時。

內阻

電池的內阻是指電流通過電池時所受到的阻力。正常蓄電池內阻值的單位是以毫歐姆(mΩ)表示。充放電時,內阻都將消耗電池的能量,所以內阻越小越好。

自放電

由于電池活性物質在電解液中的不穩定性,電池在儲存過程中發生的容量自然下降的現象叫自放電。自放電率一般以規定時間內容量下降的百分率表示。

浮充壽命

蓄電池作為一種備用電源,采用全浮充制運行時,在電池容量下降到某規定值之前,電池能正常工作的時間稱為浮充壽命,一般以"年"表示。

循環壽命

蓄電池經一次充電和放電,稱為一次循環。在一定的充放電制度下,電池容量降至某一規定值之前,電池能正常循環的次數,稱為蓄電池的循環壽命,一般以"次"表示。

充放電制度

在實際使用時,對蓄電池的工作環境溫度、充電電流、充電時間、放電電流、放電時間、放電終止電壓等參數具體規定就是充放電制度。

蓄電池充電時的溫度補償

熱是閥控式密封蓄電池的殺手。熱對密封閥控式蓄電池的傷害有以下特點:

當環境溫度超過25℃時,如不調整充電電壓,將影響閥控式密封蓄電池的壽命,每升高10℃,閥控式密封蓄電池壽命將縮短50%.

為了部分抵消溫度變化產生的影響,充電電壓必須使用溫度系數進行校正。當環境溫度升高時,充電電壓必須降低。當環境溫度降低時,充電電壓必須升高。請注意,溫度測量須在閥控式密封蓄電池表面進行,以環境溫度為基準,溫度系數如下:

2V 電池 - 0.003V /℃x 閥控式蓄電池個數

6V 電池 - 0.009V /℃ x 閥控式蓄電池個數

12V 電池 - 0.018V /℃ x 閥控式蓄電池個數

不同環境溫度下充電電壓換算公式如下:

Vt=(T-25)×kt (式中Vt:t ℃時與25℃時充電電壓差值;T:環境溫度;kt:溫度系數)

過充過放對電池性能有何影響

經常過充過放影響電池使用壽命。防止過充,應采用恒壓限流充電制,嚴格控制充電電壓、電流和充電時間;防止過放,應控制放電終止電壓,最好有防止過充過放的保護線路來控制。

蓄電池組并聯連接方法

應該采用先串聯后并聯方法。

蓄電池正負極判斷

通常蓄電池正極有"+"標記和紅色色標;負極有"—"標記和黑色色標。(也可用電壓表來判斷)。

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