閥控式鉛酸蓄電池特性

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1、閥控式鉛酸蓄電池特性 目錄 目錄錯(cuò)誤!未定義書簽。 1背景錯(cuò)誤!未定義書簽2VRLA電池結(jié)構(gòu)及工作原理錯(cuò)誤!未定義書簽 2.1 VRLA電池的電化學(xué)反應(yīng)原理錯(cuò)誤!未定義書簽。 2.2VRLA電池的氧循環(huán)原理錯(cuò)誤!未定義書簽。 2.3VRLA電池的容量分類錯(cuò)誤!未定義書簽。 3 特性曲線錯(cuò)誤!未定義書簽 3.1 充放電曲線錯(cuò)誤!未定義書簽 3.2 倍率特性錯(cuò)誤!未定義書簽 3.3 溫度特性錯(cuò)誤!未定義書簽 循環(huán)特性錯(cuò)誤!未定義書簽總結(jié)錯(cuò)誤!未定義書簽參考文獻(xiàn)錯(cuò)誤!未定義書簽。 1背景 閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）盡管它的質(zhì)量比能量、體積比能量不能和鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰

2、離子電池、鋰聚合物電池相比，但它的性能價(jià)格比仍有很大優(yōu)勢，特別是作備用電源、儲(chǔ)能電源和動(dòng)力電源等領(lǐng)域的應(yīng)用。由于鉛酸蓄電池容量大，大電流放電性能好，無記憶效應(yīng)，價(jià)格便宜，因此鉛酸蓄電池的市場份額仍是化學(xué)電源產(chǎn)品的首位。 VRLA電池結(jié)構(gòu)上是密封的，充、放電過程中不會(huì)漏液，也不需要定期加水或加酸液，同時(shí)，電池內(nèi)部有一個(gè)可以控制電池內(nèi)部氣壓的特殊排氣閥，當(dāng)電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)氣量超過一定值時(shí)，排氣閥會(huì)自動(dòng)打開，把多余氣體排出，從而防止電池內(nèi)氣壓過大發(fā)生危險(xiǎn)，因此，排氣閥又被稱作安全閥?；谝陨蟽牲c(diǎn)，目前生產(chǎn)廠家通常把這種電池叫做“免維護(hù)”閥控密封式鉛酸蓄電池。 2VRLA電池結(jié)構(gòu)及工作原理2.1

3、VRLA電池的電化學(xué)反應(yīng)原理 鉛酸蓄電池主要由正極板（活性物質(zhì)為PbO2）、負(fù)極板（海綿狀金屬Pb）、隔板、電池槽、蓋、安全閥、電解液（硫酸）等組成，并具有正極、負(fù)極端子，一種典型鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。蓄電池通過正負(fù)極充、放電反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)蓄電池正常工作。放電時(shí)，蓄電池將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能；充電時(shí)，蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存下來。電池總反應(yīng)如下：放電PbO2+Pb+2H2SO4；2PbSO4+2H2O 充電 從反應(yīng)方程式中可以看出，電池正負(fù)極反應(yīng)是可逆的。電池放電時(shí)，負(fù)極板上的鉛放出兩個(gè)電子，在極板上生成難溶的硫酸鉛。正極板的鉛離子得到來自負(fù)極的兩個(gè)電子后，變成二價(jià)鉛離子，在極板上

4、也生成難溶的硫酸鉛。由于正負(fù)極存在電勢差，電解液中硫酸根離子向正極移動(dòng)，氫離子向負(fù)極流動(dòng)，這樣在電池內(nèi)部就形成了整個(gè)電流回路。反之就是電池充電的過程。 圖1鉛酸電池結(jié)構(gòu)圖 2.2 VRLA電池的氧循環(huán)原理 鉛酸蓄電池在充電后期或過充電時(shí)，電極上會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體，這是因?yàn)榘l(fā)生了電解水的副反應(yīng)，反應(yīng)如下： 正極2H2O—O2+4H++4e- 負(fù)極2H++2e-—H2 從上面反應(yīng)式可看出，電池正負(fù)極在充電到一定程度時(shí)，會(huì)分別析出氧氣和氫氣，造成電池失水干涸，這就是為什么早期傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池需要加水進(jìn)行維護(hù)的原因。為了使蓄電池可以免維護(hù)，對(duì)負(fù)極活物質(zhì)量進(jìn)行了過量設(shè)計(jì)，通過這種設(shè)計(jì)，正

5、極產(chǎn)生的氧氣與負(fù)極鉛發(fā)生反應(yīng)生成水，負(fù)極一直處于充電不足狀態(tài)，就不會(huì)發(fā)生負(fù)極氫氣析出的反應(yīng)，從而減少水量消耗。 閥控式鉛酸蓄電池負(fù)極氧循環(huán)反應(yīng)式如下： O2+2Pb—2PbO PbO+H2SO4—PbSO4+H2O2.3VRLA電池的容量分類 目前市場上的閥控鉛酸蓄電池一般有2V、6V、12V電池，根據(jù)電池容量的不同，通常情況下,可以分為大型、中型和小型三種,單體電池容量200Ah及以上稱為大型蓄電池，20?200Ah稱為中型蓄電池，20Ah以下稱為小型蓄電池。 3特性曲線 VRLA標(biāo)稱電壓為2.0V,研究電池特性一般從充放電曲線、倍率特性、溫度特性、循環(huán)特性等不同角度來考慮，以下

6、是相關(guān)的特性曲線。 3.1充放電曲線 從電池標(biāo)準(zhǔn)充放電曲線可以了解電池最基本的輸入/輸出電壓、電量等特性，可以初步判斷電池能否滿足負(fù)載的需求。 某品牌VRLA按照其規(guī)格書說明，以0.1C電流對(duì)其進(jìn)行室溫下的標(biāo)準(zhǔn)充放電，充放電電壓范圍為1.8V?2.35V，所得充放電曲線如圖2所示。 圖22V電池標(biāo)準(zhǔn)充放電曲線 從圖2可知電池0.1C電流下所得電池充電容量為229.6Ah，放電容量為210.8Ah，充放電庫倫效率為91.81%，充電電壓平臺(tái)為2.0V?2.2V,放電電壓平臺(tái)為2.1V?1.9V。 3.2 倍率特性 電池的倍率特性是指不同輸入/輸出電流下電池的電壓、電量變化特征，

7、主要用于判斷電池能否滿足負(fù)載功率需求。 電池分別以0.15C、0.25C、0.35C不同倍率進(jìn)行放電，所得放電曲線如圖3所示。鉛酸電池充電方式為先恒流充電，再恒壓充電，再經(jīng)過長時(shí)間浮充電池可以完全充滿。電池不同倍率充電，經(jīng)過以上充電方式都能完全充滿，但恒流階段充電效率隨倍率增大降低。電池充電電壓平臺(tái)隨充電倍率增大依次上升，說明了電池內(nèi)阻引起充電電壓極化。 圖3電池倍率充電曲線 電池分別以0.1C、0.15C、0.25C、0.5C不同倍率進(jìn)行放電，所得放電曲線如圖4所示。電池放電容量隨充電倍率增大而減小，電池放電電壓平臺(tái)隨放電倍率增大逐步下降，也是電池內(nèi)阻造成的放電電壓極化。 3

8、.3 圖4電池倍率放電曲線溫度特性 溫度影響電池的容量，圖5為一種VRLA電池放電容量（10小時(shí)率，終止電壓1.80V）與溫度的關(guān)系曲線。溫度降低，電池容量將減少，例如溫度從25°C降低到0°C,容量將下降到額定容量的80%左右，同時(shí)溫度過低，使電池長期充電不足，造成負(fù)極硫酸鹽化，最終導(dǎo)致電池不能放電。 隨著環(huán)境溫度的升高，電池容量在一定范圍內(nèi)會(huì)增加，例如溫度從25C升高到35C,容量將上升到額定容量的105%左右，但溫度如繼續(xù)上升，容量的增加很緩慢，最終將不會(huì)繼續(xù)增加。環(huán)境溫度的升高，也將加速電池板柵的腐蝕和電池水分的損失，從而大大縮短電池的壽命。 由此可見VRLA電池工作在環(huán)境溫度范

9、圍為10°C?40°C內(nèi)容量保持率較高，低溫或高溫環(huán)境將對(duì)電池造成永久損傷，可能致使電池過早失效。 3.4 圖6一種鉛酸電池容量與溫度關(guān)系曲線循環(huán)特性 電池循環(huán)特性反應(yīng)了電池壽命，也是需要重點(diǎn)關(guān)注的電池特性。鉛酸電池循環(huán)壽命受到多種因素影響，如板柵結(jié)構(gòu)、電解液量、電池槽等機(jī)械強(qiáng)度、正極板添加劑石墨比例及壓緊程度、環(huán)境溫度等。根據(jù)文獻(xiàn)1所述，循環(huán)試驗(yàn)是將25Ah汽車用VRLA電池進(jìn)行恒流放電-恒壓充電的充放電方式，完成了深放電和高溫循環(huán)試驗(yàn)，同時(shí)與富液式電池做了對(duì)比。40?45°C實(shí)驗(yàn)實(shí)施每25次循環(huán)之后1次20A放電周期性容量檢查，75C實(shí)驗(yàn)實(shí)施每500次循環(huán)測量1次272A放電的30

10、s電壓。圖8為正極板不同石墨比例和極板壓力的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析曲線。 —一J7$*iqp戰(zhàn) mA放電 深放電循環(huán)實(shí)驗(yàn) 75C循環(huán)實(shí)驗(yàn) 圖8溫度為75C下的循環(huán)壽命 文獻(xiàn)1實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正板柵的結(jié)構(gòu)與重量對(duì)VRLA電池的循環(huán)壽命特性有很大的影響，加壓使極板與隔板緊密地接觸對(duì)增加高溫循環(huán)壽命有明顯的作用。在正極活性物質(zhì)中添加各向異性石墨以提高低溫高倍率放電特性，使之得到了與富液式電池同樣的效果。 4總結(jié) VRLA電池具有“免維護(hù)”特性，額定電壓為2.0V,所測試電池有較優(yōu)的充放電倍率較低，溫度范圍在10°C?40°C輸入/輸出能量穩(wěn)定，循環(huán)壽命較長。由此可見，VRLA電池整體性能較好，能夠滿足常用動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池的功率和能量需求。 參考文獻(xiàn)[1]坪田正溫等.閥控式汽車蓄電池深放電特性[J].蓄電池，1992,2：30-35.