閥控式鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

1993 <2)箔電池39閥控式鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)1993 <2)箔電池391993 <2)箔電池39摘 要 為改善世界各地的生活條件，需要一種可滿足少維護(hù)要求的、有 效的儲能裝置。閥控式鉛酸蓄電池（VRB）有希望以具有競爭性的價(jià)格滿 足這一要求。由于對這種技術(shù)的有效性很少進(jìn)行嚴(yán)格的分析，因此，本文 對衣儲能裝芥中使用的VRB近電池的優(yōu)點(diǎn)和塊點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析.其優(yōu)點(diǎn)是：無需加水維護(hù)；很少溢酸；析出的酸霧和氫乞極少；無特 殊的通鳳妥求；在正常溫度不需要過充電；運(yùn)輸方便；并且可以側(cè)辰使用。其塊點(diǎn)是：耐過充電性能不如雷液式電:'丸，舛且必須采用杵殊的充.電 方法才可達(dá)到其使用壽命：其它還右不能;則量電解滋第應(yīng)；祠盍壽命受限 制（兩蟲；,熱失控增加辛。1.引言在儲能裝置中曾用過多種蓄電池，如： 鎘鎳、銀鐵和鉛酸蒂電池。鉛酸蒂電池是 最常用的，主要原因是該電池的成本低。雖 然諫鎘蒂電池使用壽命校長，但是，價(jià)格 卻比鉛酸蓄電池高5倍。而傑合金蓄電池 自放電速度快，水損耗大（排氣式），充電 效率低。鉛酸蓄電池可以分為兩類，即：閥控 式（VRB）和富液式。前者為最新技術(shù)，而且應(yīng)用范圍越來越廣泛。閥控鉛酸蓄電池 也稱“免維護(hù)”“密封”或“貧液式”蓄電 池?，F(xiàn)在有兩種存在形式，一是膠體電解 液式，另一種是玻璃纖維隔板吸附式。閥控蓄電池的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要加水 維護(hù)。這是由于充電時正極板上產(chǎn)生的氧 氣在負(fù)極上還原成水，這種“再化合”反 應(yīng)是由以下這些電池持點(diǎn)決定的。（1）正極板與負(fù)極板活性物質(zhì)化學(xué)當(dāng) 按的比率接近，使正極板比負(fù)極板校早析 出氣體釋放岀的氧氣擴(kuò)散到負(fù)極板上，與 負(fù)極板上的金屬沿與硫酸反應(yīng)生成硫酸鉛 和水；（2）般不采用佛合金板柵；（3）采用不流動電解液，這種形式增 進(jìn)氧氣由正極板向負(fù)極板擴(kuò)散；（4）蓄電池是密封的，在內(nèi)壓下工作 以促進(jìn)氧氣再化合；（5）安裝排氣裝置以釋放過雖氣體。因?yàn)殚y控蓄電池是密封的，所以電池 槽不破損就不會溢酸。由于其電解液的不 流動性，即使電池槽破裂，所能流岀的電 解液也是極少的。因此，閥控蓄電池危險(xiǎn) 性較低，運(yùn)輸方便，也就是說，閥控蓄電 池在空運(yùn)和海運(yùn)中可作為無危害貨物運(yùn) 輸。相反.富液蓄電池在運(yùn)輸過程中總是 被歸入危險(xiǎn)貨物中，而這一類貨物需要特 殊的包裝，使運(yùn)費(fèi)增加。閥控蒂電池在正常使用條件下只放岀 極少量的酸霧和氫氣，因此閥控蓄電池不 需要特殊的排氣裝置.對蓄電池工作間的 其它金屬物體腐蝕小，氫氣爆炸的危險(xiǎn)也 小得多。所有這些，簡化了蓄電池工作間 的設(shè)計(jì)，也就是說使蓄電池工作間禹建筑 和維護(hù)費(fèi)用相對減少。閥控式蓄電池特別 適合在精密的電子設(shè)備中使用，吸附式玻 璃纖維隔板蓄電池的內(nèi)阻非常低，使其具 有優(yōu)良的高倍率放電性能。因此，吸附式 玻璃纖維隔板蓄電池認(rèn)為最適合UPS電 源、備用電源使用，在這些應(yīng)用中，充電 時間和條件可以預(yù)測并旦校規(guī)則。閥控蓄電池的主要缺點(diǎn)是必須嚴(yán)格控 制充電制度，如果蓄電池單-格電壓超過某 一水平（一般為2352. 40V/單格），蓄 電池就無法使產(chǎn)生的氧氣充分再化合。電 壓過高，在負(fù)極板上生成氫氣（僅有少部 分被再化合）產(chǎn)生的壓力造成蕃電池失水。 其有效的充電方法如下：（1）恒流充電至 再化合開始電壓，即2. 452. 5V/單格； （2）小電流恒流充電達(dá)到預(yù)定的電壓變化 <dV/dt）o顯然在某些應(yīng)用中（例RAPS 負(fù)載）常常無法満足這種克電制度。因?yàn)? 閥控蓄電池需要常確旳充電制度以達(dá)到其 最優(yōu)的性能和壽命，所以有必要采用微處 理器進(jìn)行控制。充電過程中，閥控蓄電池內(nèi)的再化合 反應(yīng)包括氧氣與負(fù)極板反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn) 生熱，由于蓄電池的密封結(jié)構(gòu).使熱量不 易從電池中散岀閥控蕃電池的內(nèi)部溫度 超過富液式蓄電池，特別是吸附式隔板蓄 電池對熱失控最敏感。這種現(xiàn)象可定義如 r：即由于蓄電池內(nèi)部失拎的放熱反應(yīng)而 導(dǎo)致蓄電池內(nèi)溫度上升。有時還造成蓄電 池失火因此，充電過程中，應(yīng)將蓄電池 放置在電池架上，保持蓄電池通風(fēng)。吸附式玻璃纖維隔板的孔沒有浸滿電 解液，因此這些空孔允許氧氣傳遞到負(fù)極 上，這些電池會岀現(xiàn)電解液失水，-般說 來，無論是閥控式還是富液式蒂電池，在 較長的串聯(lián)組中，單體蓄電池容最都可能 變得不一致，在極端情況下，個別單格在 放電時會造成反極，此狀況可由如下原因 而加重：（1初充電狀態(tài)差距大；（2）電 池質(zhì)址不同，如極板涂存量不一致；（3）電 池年過長；（4）深放電；（5）充電不足等。 由于閥控蓄電池再化合效率有差別，所以表1與富液式電池比較閥控電池的優(yōu)、 缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)不加水充電制度嚴(yán)格不溢酸熱管理極其嚴(yán)格酸霧極少最大充電電壓差距較 大運(yùn)輸方便溫度上升以后，要求 過充屯增多不需要專門的通在選擇最佳條件丁風(fēng)裝置邊深循環(huán)壽命降低可以平放使用不能測量電解液密度在室溫條件下不 蓋耍過充電不具備干荷電性能高倍率放電容量擱進(jìn)壽命最長兩年犬它對上述現(xiàn)象比富液式蓄電池更敏感。然 而，采用適當(dāng)?shù)某潆姺椒梢詼p少單格容 量不平衡現(xiàn)象，用微處理器控制，再加上 精心設(shè)計(jì)的充電制度，可將此危害降到最 低水平。有的研究結(jié)果表明.在較高的溫度下 （例如45 0,閥控蓄電池需要額外的充電 時間和過充電。這種現(xiàn)象與舊電池充電接 受能力低下有關(guān)，如果不作額外的充電，蓄 電池容址將緩慢F降，從而造成充電接受 能力的進(jìn)一步降低。閥控式蓄電池還有在使用中無法測量 電解液密度的缺點(diǎn)，因此，單格電壓和電 池組電流是唯一能用來評價(jià)狀態(tài)的參數(shù)。 另外，閥控舊電池沒有干荷電形式，致使 擱置壽命僅兩年（注：如果干荷電富液式 蓄電池被密封、不透氣，則擱置壽命可長 達(dá)五年）。2.結(jié) 論閥控式蓄電池的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要加 水維護(hù)，但是，這種電池需要用微機(jī)嚴(yán)格 控制充電制度以達(dá)到滿意的使用壽命。吸40蒂電池1995 (2)密封鉛蓄電池用新型電解液載體的開發(fā)(四)在叉車電池中的應(yīng)用吉岡俊樹鹽見正昭 高橋克仁兩田一美摘 要 討論了牽引用的新型閥控式輒酸蓄電池的性能，并公布了3年實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果。這種以粒狀二氧化硅為電解液義體的新型電池，其初期性能與普通富液式和閥控式膠休電解質(zhì)的相同，其循環(huán)壽命性能比閥控式膠體電池要好俘多，但不如富液式的。根據(jù)3年實(shí)車試驗(yàn)結(jié)杲，送種新型電池40蒂電池1995 (2)也優(yōu)于膠體電池，可用于牽引車。R前，在固定型、UPS等裝置中使用 的鉛蓄電池，不需補(bǔ)水的密封式鉛蒂電池 占主流。在以電池呃動附取車方面，用戶 強(qiáng)烈要求研制岀不需補(bǔ)水的密封弍鉛蒂電 池以代替目前毎23周需要進(jìn)行一次補(bǔ) 水的傳統(tǒng)液式電池，但目前日本這種電池 尚未達(dá)到實(shí)用化。叉車用鉛蕃電池.因其 釆用背式正極板，與采用平板的涂膏式極 板的電池不同，很難使用玻纖氈作電解液 載體而達(dá)到密封化。在歐洲正極板采用管式，電解液保持 膠狀，即膠體密封式鉛蓄電池，這類產(chǎn)品 其中一部分已投放市場，但還未達(dá)到普及, 其原因是壽命性能問題。在這種狀況下，為了開發(fā)具有耐久能 力的密封式電池，我們著手研究了以顆粒 二氧化硅為電解液載體的粒狀二氣化硅式 密封鉛蕃電池。本文就采用管式正極板制 做的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的叉車用密封式鉛蓄電池的 各種性能試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告如下。2.試尷方滋(1) 試-驗(yàn)電池作為叉車用鉛蓄電池，最通用的型號 為 VCF4 型(2V280Ah/5HR)電池。表 1 列出粒狀二氧化硅、膠體及液式三種電池 的內(nèi)容并進(jìn)行了各種試驗(yàn)。這些電池的大 致結(jié)構(gòu)示于圖1。在粒狀二氧化硅電池中，極板的間隙 及周圍都均勻地充填著顆粒二氧化硅，用 多孔性樹脂薄膜板固定后，注入電解液，使 其保持在顆粒二氧化硅中。在膠體電池中 以膠體代替顆粒二氧化硅，電解液保持為 膠體。這兩種密封式鉛蓄電池都設(shè)有安全 閥，由于充電電池內(nèi)部產(chǎn)生壓力，當(dāng)內(nèi)壓 上升到一定值時頂開電池閥，電池內(nèi)部壓 力下降，使電池內(nèi)部處于減壓狀態(tài)，同時 安全閥還可防止外部空氣侵入。另外，粒狀二氧化硅及膠體電池的極 板面積是液式電池極板面積的1. 3倍。40蒂電池1995 (2)40蒂電池1995 (2)附式玻璃纖維隔板蓄電池目前還不適合深 電池要少得多。放電使用，但這種電池的高倍率放電性能最(原載Journal of Power Sources好，所以最適合用于UPS和備用電源?？俈ol. 52 (1994), 149-153之，閥控式蓄電池并非是完全不要維護(hù)，端高悅敏編譯)子和連接器仍需要維護(hù)，但是比起富液式蓄