基础知识、常见问题分析工程设计、选型及运行维护交流材料汇报人:艾默生网络能源公司王可朴TEL:13923400617阀控式密封铅酸蓄电池第一部分阀控式密封铅酸蓄电池基础知识ValveRegulatedLead-AcidBattery提纲PartI:概述PartII:VRLA电池工作原理PartIII:VRLA电池结构、组件与制造1.电池基本概念v=1个单体具有更高正电动势的极板定义为正极板图1电池--是一种电的存储装置,可以有各种形状、大小、电压和容量的电池电能化学能当两种金属(通常是性质有差异的金属)浸没于电解液之中,它们可以导电,并在两极之间产生一定电动势2.铅酸蓄电池原理12v-+-+12v=24v图3负极板正极板6个单体=12V铅酸蓄电池图2铅(Pb)(负极)与二氧化铅(PbO2)(正极)浸入硫酸(H2SO4)溶液(电解液)构成。每个单体具有2V电动势。蓄电池通过串联获得所需电压;通过并联获得所需容量。3.铅酸蓄电池的发展(1)●1859年:G.Plante发明铅酸蓄电池。●1881年:C.Faure发明涂膏式极板。●1957年:西德Sonnenschein公司首次将凝胶电解质技术用于铅酸蓄电池,制成接触变性凝胶工业电池并投入市场。●1971年:美国Gates公司首次将超细玻璃纤维用于密封铅酸电池中,第一次把氧气复合原理在商品电池中实施,实现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。●70年代末期:美国GNB公司,英国Chloride公司,日本YUASA株式会社等先后申请了吸收式密封铅酸蓄电池技术专利。●80年代:欧洲电信部门数据通信网络启用分散式供电方案,要求基础电源设备与通信设备同装一室,刺激了密封铅酸蓄电池的发展。铅酸蓄电池的发展(2)铅酸蓄电池的发展(3)●我国VRLA电池的研制和生产始于80年代末,到1996年已有大小厂家400多家,具有较大规模的有40多家。现状:1、实力相差悬殊2、质量鱼龙混杂3、国产品牌占绝对优势4.铅酸蓄电池两种基本类型◆阀控式(密封)铅酸蓄电池(VRLABattery---ValveRegulatedLead-AcidBattery)注:术语SLA--SealedLead-AcidBattery已不再使用◆开口排气式(富液式)(OpenVented)5.两类蓄电池比较开口排气式阀控式VRLA◆较早的技术◆氧气复合技术◆需要单独的电池房◆可直接在办公环境中使用◆定期维护◆低维护--“免维护”◆需要额外的安全防护◆滤酸防爆,较安全◆贮存/使用保持直立状态◆贮存/使用可为任意方向◆接线数量可能较大◆可在负载内部或邻近使用○阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式6.VRLA电池分类比较AGM电池●高比能(按体积或重量)●可快速充电●可适应低温运行环境中等深度放电高温影响GEL电池●适合深循环放电●可适应高温运行环境●适于小电流放电模式早期无氧复合反应氧气通道的随机性◆AGM--AbsorbentGlassMat7.VRLA蓄电池应用通信电源电力操作电源太阳能贮能系统铁路机车起动应急备用电源UPS不间断电源警报系统安全装置电子检测设备◆三个基本应用1、工业用2、汽车起动用3、牵引用(电动马达驱动,如电动汽车)提纲PartI:概述PartII:VRLA电池工作原理PartIII:VRLA电池结构、组件与制造1.VRLA蓄电池工作原理--“双硫酸盐”理论放电PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4充电(二氧化铅)(硫酸)(海绵状铅)(硫酸铅)(水)(硫酸铅)正极活物质电解液负极活物质正极活物质电解液负极活物质“Doublesulfate”theory◆电解液中硫酸不仅是导电用之电解质也是反应之反应物◆阳极的PbO2与阴极的Pb于放电反应后皆产生PbSO42.开口(富液式)电池充电后期电极反应正极板(PositivePlate)隔板(Separator)负极板(NegativePlate)氧气(OxygenGas)氢气(HydrogenGas)正极板(PositivePlate)2H2OO2(oxygengas)+4H++4e-负极板(NegativePlate)4H++4e-2H2(hydrogengas)正极板(PositivePlate)玻璃纤维隔板(AGMSeparator)负极板(NegativePlate)氧气3.VRLA电池氧气复合反应◆VRLA电池内含不流动电解液VRLACellwithImmobalizedElectrolyte当吸收正极板产生的氧气而消耗的海绵状铅的量与负极板充电生成海绵状铅的量二者达到平衡状态时,便实现了电池的密封VRLA电池氧气复合反应(1)正极板的反应(产生氧气)①2H2O→O2+4H++4e-(通过隔板移向负极板表面)(2)负极板的反应②2Pb+O2→2PbO(海绵状铅与氧气发生反应)③2PbO+2H2SO4→2PbSO4+2H2O(PbO与电解液发生反应)(参与①的反应)④2PbSO4+4H++4e-→2Pb+2H2SO4(PbSO4的还原)(参与②的反应)(参与③的反应)(3)负极板的总反应:O2+4H++4e-→2H2OPartI:概述PartII:VRLA电池工作原理PartIII:VRLA电池结构、组件与制造提纲电池壳端子排气孔排气三通上盖提手1.蓄电池外观结构镀锡紫铜端子阻燃ABS电池壳2.铅酸蓄电池内部结构①电池槽、盖(container&cover)——超强阻燃ABS塑料②端极柱(terminal)——内嵌镀锡紫铜芯,使其电阻最小化,极柱采用三层特殊密封技术,完全阻止蓄电池漏液可能③汇流排(strap/groupbar)——防腐蚀抗氧化、耐大电流冲击④正负极群(Positive&negativeplates)——板栅采用特殊的铅钙锡铝四元合金,抗伸延、耐腐蚀、析氢过电位高⑤微细玻璃纤维隔板(AGM)——粗细纤维合理配比,吸液力强、弹性持久⑥安全阀(safetyvalve)——配备导气三通阀,采用防酸雾集气排气专利结构①①②③③④④⑤⑥3.板栅(Grids)结构●放射状结构:利于大电流放电●栅格结构:利于深度放电厚度●薄板:大电流放电性能较好●厚板:浮充使用寿命较长正极板栅合金成份◆Pb(Lead)◆Pb-高Sb(Lead-HighAntimony)◆Pb-低Sb(Lead-LowAntimony)◆Pb-Ca(Lead-Calcium)◆Pb-Sn(Lead-Tin)◆Pb-Ca-Sn-Al(Lead-Calcium-Tin-Aluminium)◆Pb-Ca-Sn-Ag(Lead-Calcium-Tin-Silver)蓄电池板栅------采用特殊配方铅钙锡铝四元合金试验时间(天)抗张强度(kg/mm2)①较强耐腐蚀性能;②抑制正极板伸延,防止内部短路;③提高负极析氢过电位,在充电后期有效抑制氢气的析出,保持电解液水份不被分解。0.07Ca-2.5Sn0.07Ca-1.3Sn0.07Ca-0.6Sn0.07Ca正极板◆涂膏:一氧化铅(leadoxidePbO)◆化成:二氧化铅(leaddioxidePbO2)负极板◆涂膏:一氧化铅(leadoxidePbO)◆化成:铅(leadPb)◆膨胀剂:木素/炭黑、硫酸钡(xylogen/carbonblackandbariumsulfate)4.活性物质保持正负极板绝缘防止铅枝短路(DendriteShorts)吸附、保持电解液气体通道压紧活性物质,延缓活物质脱落5.隔板(Separator)正极板隔板负极板隔板材料孔隙度%孔隙尺寸μm内阻Ω/cm2微孔PVC80<30.18微孔隙聚乙烯63<10.15无纺聚乙烯60120.21无纺玻璃棉65200.18微细玻璃纤维棉90240.1(AGM)组成:H2SO4+H20缓冲添加剂:Na2SO46.电解液(Electrolyte)电解液既为导电物质又参与化学反应电解液比重(SpecificGravity)与电池开路电压(Opencircuitvoltage)关系:OCV=SG+0.84SG影响充电电压大小、电池“放电性能”SG影响电解液冰点(SG=1.300,冰点:-68.9)SG影响板栅腐蚀速度00.20.40.60.80.911.11.21.31.41.5H2SO4Densitywt.%00.20.40.60.8wt.%*10conductivitymhos/cmsolubilityofPbSO4*10常用材料◆丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)◆聚丙烯(Polypropylene--PP)7.电池壳(Container)ABSPP8.安全阀(SafetyValve)◆功能:单向调节蓄电池内压,防止空气进入电池内部。开阀压力:10--49Kpa闭阀压力:1--15Kpa集气盖板排气三通阀一体安全阀端极柱排气堵头阻燃电池壳9.蓄电池的制造流程铅粉制造板栅铸造和膏、涂板固化、干燥化成负极板无氧干燥组装工序应用入库-检查-充电-注液-封盖-极群入槽焊接-叠板Typetext第二部分阀控式密封铅酸蓄电池常见问题分析与解决方案1、现象◆极柱四周有白色晶体◆极柱铜芯、连接条与端子接触部位发绿,周围出现电解液◆电池槽盖间、电池阀体有电解液渗出2、原因◇机械损伤:外力造成壳体、密封部位裂纹;◇制造原因:注液量过多,密封不严;◇使用原因:蓄电池达到寿命期,极柱腐蚀穿透,密封材料老化常见问题1--蓄电池漏液解决蓄电池漏液的对策“O”形密封圈极柱密封结构剖面端极柱热缩套管胶封层多层密封结构◆发展趋势维护:注意到货验收、避免安装时磕碰如极柱漏液及时更换如安全阀渗液,量不大,使用一段时间后会消失设计:常见问题2--蓄电池鼓胀热失控区域1、一组电池鼓涨---充电发生热失控环境温度过高、充电器故障等充电电流过大蓄电池发热量大蓄电池温度上升蓄电池损伤704060302.22.32.42.5环境温度充电电压(V/单体)℃502、个别电池鼓涨---电池安全阀失效常见问题2--蓄电池鼓胀内部压力超过一定限度蓄电池有发生破裂的危险解决蓄电池鼓胀的对策设计:◆改善板栅合金配方——提高析氢过电位,抑制氢气的产生◆提高安全阀可靠性——确保长期使用的可靠性维护:◆减小初期充电电流——艾默生电源预限流功能,最大充电电流≤0.15C10,温度适应范围广◆采用温度补偿调整充电电压——高温条件下减小充电电流提高氧气复合反应效率是关键正极板(PositivePlate)玻璃纤维隔板(AGMSeparator)负极板(NegativePlate)氧气蓄电池温度与过充电电流的关系00.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.00901020304050607080蓄电池温度(℃)过充电电流(CA)试验方案蓄电池在75℃环境温度下,采用2.23V/单格恒压充电,连续充电75小时。试验样品艾默生12V65Ah电池试验结果正常浮充电流为0.5‰C10,上述试验条件下的浮充电流为8.0‰C10以下,极限测试证明艾默生蓄电池不发生热失控。例:艾默生蓄电池抗热性试验常见问题3--蓄电池过放电物质分子重量密度相对Pb体积比Pb207.211.341PbO223.29.641.26α-PbO2239.29.371.32β-PbO2239.29.31.40PbSO4303.36.292.64现象超过电池放电终止保护电压之后的继续放电危害生成的PbSO4在充电时不能完全恢复成活性物质,导致电池容量下降针对过放电的对策1.设计深放电后具备良好回复充电特性的板栅合金、结构与铅膏配方以12V100Ah为例,5次短接容量测试与初始容量比较,某国产合资品牌为55%,某进口品牌为65%,艾默生电池为95%2.根据负载电流调整放电终止保护电压。1.6≥0.6C101.7≈0.25C101.75≈0.17C101.8≈0.1C101.9<0.1C10放