蓄电池(Storage Battery)是将化学能直接转化成电能的一种装置,是按可再充电设计的电池,通过可逆的化学反应实现再充电,通常是指铅酸蓄电池,它是电池中的一种,属于二次电池。它的工作原理:充电时利用外部的电能使内部活性物质再生,把电能储存为化学能,需要放电时再次把化学能转换为电能输出,比如生活中常用的手机电池等。
它用填满海绵状铅的铅基板栅(又称格子体)作负极,填满二氧化铅的铅基板栅作正极,并用密度g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。电池在放电时,金属铅是负极,发生氧化反应,生成硫酸铅;二氧化铅是正极,发生还原反应,生成硫酸铅。电池在用直流电充电时,两极分别生成单质铅和二氧化铅。移去电源后,它又恢复到放电前的状态,组成化学电池。铅蓄电池能反复充电、放电,它的单体电压是2V,电池是由一个或多个单体构成的电池组,简称蓄电池,最常见的是6V,其它还有2V、4V、8V、24V蓄电池。如汽车上用的蓄电池(俗称电瓶)是6个铅蓄电池串联成12V的电池组。
对于传统的干荷铅蓄电池(如汽车干荷电池、摩托车干荷电池等)在使用一段时间后要补充蒸馏水,使稀硫酸电解液保持1.28g/ml左右的密度;对于免维护蓄电池,其使用直到寿命终止都不再需要添加蒸馏水。
化学能转换成电能的装置叫化学电池,一般简称为电池。放电后,能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能;需要放电时再次把化学能转换为电能。将这类电池称为蓄电池(Storage Battery),也称二次电池。
所谓蓄电池即是贮存化学能量,于必要时放出电能的一种电气化学设备。
电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。 英文名称:Lead-acid battery 。放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。分为排气式蓄电池和免维护铅酸电池。
电池主要由管式正极板、负极板、电解液、隔板、电池槽、电池盖、极柱、注液盖等组成。排气式蓄电池的电极是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。主要优点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低(即每公斤蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右,而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科技的发展,铅酸蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。
铅酸蓄电池最明显的特征是其顶部有可拧开的塑料密封盖,上面还有通气孔。这些注液盖是用来加注纯水、检查电解液和排放气体之用。按照理论上说,铅酸蓄电池需要在每次保养时检查电解液的密度和液面高度,如果有缺少需添加蒸馏水。但随着蓄电池制造技术的升级,铅酸蓄电池发展为铅酸免维护蓄电池和胶体免维护电池,铅酸蓄电池使用中无需添加电解液或蒸馏水。主要是利用正极产生氧气可在负极吸收达到氧循环,可防止水分减少。铅酸水电池大多应用在牵引车、三轮车、汽车起动等,而免维护铅酸蓄电池应用范围更广,包括不间断电源、电动车动力、电动自行车电池等。铅酸蓄电池根据应用需要分为恒流放电(如 不间断电源)和瞬间放电(如 汽车启动电池)。
蓄电池内阻与容量之间的关系其中有两种含义:
电池内阻跟额定容量的关系,以及同一型号电池的内阻跟荷电态SOC的关系。十多年前人们曾经试图利用阀控密封铅酸蓄电池内阻(或电导)的变化去在线检测电池的容量和预测电池寿命,但却未能如愿;人们对动力电池的大电流放电能力提出了越来越高的要求,这就要求尽可能降低电池内阻。因而本文将进一步探索和阐明一些常用蓄电池内阻与容量之间的内在关系。
阀控密封
当前阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代开口式流动电解液铅酸蓄电池,广泛用于邮电通信电源、UPS、储能电源系统等。动力型阀控密封铅酸蓄电池已广泛用于电动助力车。这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。
蓄电池的内阻跟荷电态的关系
蓄电池的荷电态SOC指的是电池可以放出的容量跟其额定容量的比。这一数据对邮电通信电源系统和正在使用的动力电池组十分重要。
铅酸蓄电池
常用的车用蓄电池主要分为三类:普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池。
普通蓄电池:普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成,电
解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低 ( 即每公斤蓄电池存储的电能 ) 、使用寿命短和日常维护频繁。
干荷蓄电池:它的全称是干式荷电铅酸蓄电池,它的主要特点是负极板有较高的储电能力,在完全干燥状态下,能在两年内保存所得到的电量,使用时,只需加入电解液,等过 20 — 30 分钟就可使用。
免维护蓄电池:免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电解液的消耗量非常小,在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也有两种:第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护( 添加补充液 ) ;另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死,用户根本就不能加补充液。
用途
铅酸蓄电池产品主要有下列几种,其用途分布如下:
起动型蓄电池:主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明;
固定型蓄电池:主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源;
牵引型蓄电池:主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源;
铁路用蓄电池:主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力;
储能用蓄电池:主要用于风力、太阳能等发电用电能储存。
UPS蓄电池
UPS 称为不间断电源,是因为停电的时候,它能快速转换到"逆变"状态,从而不会让在使用中的电脑因为突然停电未来得及存储而失去重要文件。 不是用来当备用电源用的,如果你只是想在停电的时候可以用电,光买逆变器就够了。 一般家用UPS里用的大多是,免维护型铅酸蓄电池。
UPS蓄电池好坏判别方法
蓄电池的好坏判断有专用的蓄电池测量仪,但是一般的用户很少有这种仪器,都只有一只万用表。
下面几点维修中判断蓄电池好坏的几点总结,以供参考.
1、从外观判断:观察外观有无变形、凸出、漏液、破裂炸开、烧焦、螺丝连接处有无氧化物渗出等。
2、 带载测量:若外观无异常,UPS工作于电池模式下,带一定量的负载,若放电时间明显短于正常放电时间,充电8小时以后,乃不能恢复正常的备用时间,判定电池老化。
3、 用万用表测量:
A 、电池放电模式下测量:测量电池组中各个电池端电压,若其中一个或多个电池端电压显明高于或低于标称电压(标称电压12V/节),判断电池老化。
B 、 市电模式下测量:电池组中各个电池端的充电电压,若其中一个或多个电池的充电电压显明高于或低于其他电压,判定电池老化。
C、 测电池组的总电压:电池组总电压明显低于标称值(以C1K电池组标称值是36V为例),充电8小时后乃不能恢复到正常值,即使恢复到正常值,放电时间达不到正常放电时间,判定电池老化。
D、电池开机测量:UPS不开机,也不要接市电,先用万用表测量电池组总电压,以C1K为例,此时电压可能在36V-40V之间,属于正常值,表笔不要离开,一直盯住万用表的指示,然后接开机键,若此时电池总电压马上降至30V以下乃至十几伏,UPS马上自动关机,关机后电压立即恢复到原有值。判定电池老化。
磷酸铁锂蓄电池
磷酸铁锂电池是锂离子电池家族中最安全的高比能量电池。磷酸铁锂电池的放电电压非常平稳,一般为3.2 V,放电后期(主要指剩余的10%容量)电压变化较快,截止电压一般为2.5 V。环境温度特别是低温会对磷酸铁锂电池的放电容量产生影响:-20℃的放电容量是常温容量的45%,-10℃是常温的65%,-5℃是常温的80%,0℃是常温的90%,0℃~20℃的放电容量变化非常小。磷酸铁锂电池的低温性能优于铅酸蓄电池。
安装注意事项
虽然磷酸铁锂蓄电池在出厂时正负极板都进行了充放电活化,但如果磷酸铁锂蓄电池的安装日期距出厂日期时间较远,经过长期的自放电容量必然会有损失。另外,磷酸铁锂蓄电池在出厂时荷电量一般为60%,安装初始时应该对电池组进行补充电。由于单体电池自放电的差异,可能会出现各电池端电压不均衡的现象。磷酸铁锂电池组安装前必须测量开路电压,开路电压差不能大于50 mV,需做好电池测试并记录。用假负载可以对电池组按0.1C10和0.2C5进行容量试验,此试验不需接入电池管理系统(Battery Management System,BMS),只需将电池组串联起来,但是放电过程中必须严格检测电池单体电压,每小时对电池的总电压、放电电流、电池单体电压进行测量并记录。电池在放电后期每10 min检测放电电池单体电压低的电池,若有一只电池端电压到2.5 V马上停止放电,计算出实际电池放出的容量与蓄电池额定容量是否一致,若基本一致则证明电池放电试验合格,再对电池进行充电。若放电到终止电压时,电池组放出的容量与额定容量的差别大于15%,说明电池组的出厂容量可能存在问题,应及时联系厂商处理。
超级蓄电池
”超级蓄电池——发动机启动电源”是一种当内燃机配用的传统蓄电池失效而无法实施启动时,能通过快速储能后向内燃机提供启动电源的装置。
传统蓄电池的工作原理及缺陷:2013年以内燃机为动力的设备主要采用传统蓄电池作为启动电源,由于传统蓄电池受使用寿命、存放时间、环境温度等因素的限制,会导致储量降低或内阻过大而失效,从而无法实施启动。同时,由于这些因素难以预测和控制,内燃机无法启动的情况随时可能发生而令人束手无策,特别是当用于消防、救灾、军事、通讯等用途的装备或体积庞大的工程机械遇到这种情况时,可能会造成极为严重的后果。
传统蓄电池环境温度每降低10℃内阻约增大15%,蓄电池的内阻超过正常值25%,该容量已降低到其标称容量的80%左右,如果蓄电池内阻超过正常值的50%,该蓄电池容量已降低到其标称容量的80%以下。若有新型的蓄电池与传统蓄电池设计为并联配置的话,就可以瞬时释放大电流,从而解决因低温启动设备困难问题,同时大大延长传统蓄电池的使用寿命。
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