铅酸蓄电池的认识、安装及维护.doc

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1、铅酸蓄电池的认识、安装及维护一、任务导入风力发电系统中，蓄电池是重要组成部件。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是1325V变化的交流电，发电系统的功率输出也变化无常，须经充电器整流，再对蓄电池充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把蓄电池里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。因此小型风力发电系统产生的电能需要蓄电池进行储存和调节，蓄电池才能提供相对稳定的电能。从风力发电机组的使用寿命期来讲，蓄电池在此期间至少需要更换23次。就是说，蓄电池的总投资费用将超过风力发电机的购置和维护费用。因此，配置合理容量的蓄电池，延长蓄电池的使用寿命，对用户的用电和节

2、省经费开支都有重要的现实意义。小型风光力发电系统一般采用阀控密封式铅酸蓄电池，一般有12V和24V两种。二、相关知识学习情境：铅酸蓄电池（一）化学电源的发展化学电源，是一种将化学能转化为电能的装置，自1859年普兰特试制成功铅酸电池，1868年法国勒克朗谢制成锌锰干电池以来，化学电源经历了100多年的发展历史，现已形成独立完整的科技与工业体系，全世界已有1000多种不同系列和型号规格的电池产品。化学电源已成为人民生活中应用极为广泛的方便能源。今天，人造卫星、宇宙飞船、火车、汽车、潜艇、鱼雷、军用导弹、火箭、飞机，哪一样都离不开电源技术的发展。电源技术的进步，大大加速了现代移动通信、家用电器乃至

3、儿童玩具的发展速度。随着高新技术的发展和为了保护人类生存的环境，对新型化学电源又提出了更高的要求。可以预言：产量大、价格低、应用范围广的锌-锰电池，铅酸蓄电池仍将占有世界上电池的大部分市场，并且近年来市场保持10%的增长,而性能优越的锂离子电池，金属氢化物-镍电池，可充无汞碱性锌-锰电池，燃料电池将是21世纪最受欢迎的绿色电池并挤占电池市场。随着人民生活水平的提高和电池技术的发展，以电池为能源的电动自行车将代替摩托车,电动汽车将逐步取代燃油汽车，新型化学电源的时代已经到来。1铅酸蓄电池的发展历史蓄电池是1859年由普兰特发明的，至今已有一百多年的历史。铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝

4、对优势。这是因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。到20世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：充电末期水会分解为氢、氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。1912年Thomas Edison发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加热，成为氢、氧化合的催

5、化剂，使析出的H2与O2重新化合，返回电解液中。但该专利未能付诸实现：铂催化剂很快失效；气体不是按氢2氧1的化学计量数析出，电池内部合仍有气体发生；存在爆炸的危险。60年代，美国Gates公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热，世界各大电池公司投入大量人力物力进行开发。1969年，美国登月计划实施，密封阀控铅酸蓄电池和镉镍电池被列入月球车用动力电源，最后镉镍电池被采用，但密封铅酸蓄电池技术从此得到发展。1969-1970年，美国EC公司制造了大约35万只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。1975年，

6、Gates Rutter公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项D型密封铅酸蓄电池的发明专利，成为今天VRLA的电池原型。1979年，GNB公司在购买Gates公司的专利后，又发明了MFX正板栅专利合金，开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封免维护铅酸蓄电池。1984年，VRAL电池在美国和欧洲得到小范围应用。1987年，随着电信业的飞速发展，VRLA电池在电信部门得到迅速推广使用。1991年，英国电信部门对正在使用的VRLA电池进行了检查和测试，发现VRLA电池并不像厂商宣传的那样，电池出现了热失控、燃烧和早期容量失效等现象，这引起了电池工业界的广泛讨论，并对VRLA电池的发展前

7、途、容量监测技术、热失控和可靠性表示了疑问，此时，VRLA电池市场占有率还不到富液式电池的50，原来提到的“密封免维护铅酸电池”名称正式被“VRLA电池”取代，原因是VRLA电池是一种还需要管理的电池，采用“免维护”容易引起误解。1992年，针对1991年提出的问题，电池专家和生产厂家的技术员纷纷发表文章提出对策和看法，其中Dr Darid Feder提出利用测电导的方法对VRLA电池进行监测。I.c.Bearinger从技术方面评述VRLA电池的先进性。这此文章对VRLA电池的发展和推广应用起了很大的促进作用。1992年，世界上VRLA电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加，在亚洲国家电信部门提倡

8、全部采用VRLA电池；1996年VRLA电池基本取代传统的富液式电池，VRLA电池已经得到了广大用户的认可。2化学电源的分类（1）一次化学电源：一次电池生产历史最久，产量最大，应用最广，这种电池不能用简单方法再生，不能充电，用后废弃。（2)镉-镍电池：镉-镍电池是1899年瑞典尤格尔发明的，可满足大功率放电的要求，用于导弹，火箭及人造卫星的能源系统。镉-镍电池的最大特点：循环寿命长：可达20004000次，电池结构紧凑，牢固，耐冲击性，耐振动，自放电较小，性能稳定可靠，可大电流放电，使用温度范围宽（-40+40），缺点：电流效率，能量效率，活性物质利用率较低，价格较贵。(3)氢-镍电池：高压氢

9、-镍电池是20世纪70年代补由美国的M.Klein和J,F,Sfockel首先研制，具有较高的比能量，寿命长，耐过充过放，反极以及可以通过氢压来指示荷电状态等优点。其缺点：1.容器需要耐高氢压，一般充电后氢压达35Mpa，这就需要用较重耐压容器，降低了电池的体积比能量及质量比能量；2.自放电较大；3.不能漏气，否则电池容量减小，并且容易发生爆炸事故；4.成本高；5.体积比能量低。目前研制的高压氢-镍电池主要是应用于空间技术,目前由深圳一家公司展出的镍氢电池用在电动车上续行里程已经达到100公里,显示出较好的发展前景。(4)锂电池：锂电池是用金属锂作负极活性物质的电池的总称。以锂为负极组成的电池

10、具有比能量大，电池电压高的电性能，并且放电电压平稳，工作温度范围宽（-4050），低温性能好，贮存寿命长等优点。主要应用于心脏起搏器、电子手表、计算器、录音机、无线电通讯设备、导弹点火系统、大炮发射设备、潜艇、鱼雷、飞机及一些特殊的军事用途。(5)锂离子电池：锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正、负极板二次电池。锂离子电池由于工作电压高（3.6V），是镉-镍，氢-镍电池的3倍，体积小，比氢-镍电池小30；质量轻，比氢-镍电池轻50；比能量高（140WhKg-1）无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长、是21世纪发展的理想电源。在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用,由于它不具备大

11、电流放电的功能虽然现在正在研究的锂聚合物电池可以具备但它也在研究阶段,因此在动力电池领域给了铅酸电池发展的时间。(6)燃料电池：燃料电池（FC）是1839年由W,R,Grove首先制成，特点：燃料电池不同于一般的原电池和蓄电池，所需的化学原料全部由电池外部供给，是一种将化学能转变为电能的特殊装置。20世纪20年代，燃料电池的应用已由空间飞行、军用设施扩大到商业和工业领域（燃料电池电站和燃料电池汽车）。(7)铅酸蓄电池:铅酸蓄电池是1859年由普兰特发明的二次电池。由于具有价格低廉，原料易得，使用可靠，又可大电流放电等优点，因此，一直是化学电源中产量大应用范围广的产品。风光互补发电系统工程中广泛

12、使用的蓄电池。（二）阀控式铅酸蓄电池简介铅酸蓄电池按电解液和充电维护情况分类：（1）干放电蓄电池；（2）干荷电蓄电池；（3）带液充电蓄电池；（4）免维护，少维护蓄电池；（5）湿荷电蓄电池。1阀控式铅酸蓄电池的定义普通的铅酸蓄电池在充电后期或搁置期间，由于正极析氧，负极析氢导致电解液中水分损失，需经常对电池加水维护。阀控式铅酸蓄电池是70年代出现的新型铅酸蓄电池，英文名称为Valve Regulated Lead Battery（简称VRLA电池），其基本特点是使用期间不加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀（也叫安全阀），该阀的作用是当电池内部气体量超过

13、一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。 图1-46 阀控式铅酸蓄电池这种电池的板栅是采用铅钙系列合金或低锑合金，自放电极少，常温下贮存一年自放电损失小于40。 如图1-46所示。2阀控式铅酸蓄电池的分类阀控式铅酸蓄电池分为AGM和GEL(胶体)电池两种，AGM采用吸附式玻璃纤维棉（Absorbed Glass Mat）作隔膜，电解液吸附在极板和隔膜中，贫电液设计，电池内无流动的电解液，电池可以立放工作，也可以卧放工作；胶体（GEL）采用SiO2作凝固剂，电解液吸附在极板和胶体内，一般立放工作。目前文献和会议讨论

14、的VRLA电池除非特别指明，皆指AGM电池。阀控密封式铅酸蓄电池具有成本低、容量大及免维护的特性，是风光互补发电系统储能部分的首选。3阀控式铅酸蓄电池的基本结构（1）基本结构简介构成阀控铅酸蓄电池的主要部件是正负极板、电解液、隔膜、电池壳和盖、安全阀，此外还一些零件和端子、连接条，极柱等。这里主要介绍应用较广泛的玻璃纤维隔板吸附式VRLA的组成结构。如图1-47所示。阀控式密封铅酸蓄电池主要由以下几部分构成。 极板：由板栅与活性物质构成，分正极板与负极板两种。 隔板与电解液：隔板由超细玻璃纤维经抄制而成；电解液为一定比重的稀硫酸溶液。 外壳：包括电池槽、盖板等塑料件。 汇流排与端极柱：电池内部

15、极板与电池外部之间的导流体。 安全阀：一般由阀体、橡胶件与防爆片组成。（2）极板阀控式密封铅酸蓄电池的极板通常为涂音式，分板栅与活性物质两部分。板栅的作用是支撑活性物质和导电，活性物质的作用是通过电化学反应储存电能或输出电能。 图1-47 阀控式密封铅酸蓄电池 板栅：板栅合金。纯铅板栅因为机械性能不好，很难加工。经一段时间的研究，有人发明了铅锑合金板栅。梯通过与铅形成低共熔物分散于铅固熔体树枝晶间而使板栅强度得到增加。这种板栅合金因其良好的机械性能、加工性能等直到现在还得到较广泛的应用。但它有一个弱点，就是负极析氢电位低，在正常充电情况下析出气体较多，自放电也较大，无法实现密封。铅钙合金的出现使铅酸蓄电池的密封成为可能。铅钓合金为沉淀硬化型合金，在铅基质中形成Pb3Ca金属间化合物的细颗粒沉淀，使得合金具有一定的机械强度，其电导优于铅锑合金，最重要的是用它作负板栅，析氢量小，水损失少。由于单纯的铅钙合金不能满足板栅的制造工艺性及理化性能要求，人们经过不断探索，相继引入了Al与Sn.A1的加入不仅解决了钙的烧损问题，而且作为成核剂，大大降低了原始晶粒尺寸，并且増加了铅钟合金中Ca的沉淀。Sn的加入不仅提S了合金铸造时的流动性，而且提高了电池深放电后的再充电能力，有效地解决了“无镑效应”（一种因为取消原铅锑合金中的锑而出现的早期容量损失现象）。Pb-C