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鉛酸電池(VRLA),是一種電極主要由鉛及其氧化物製成,電解液是硫酸溶液的蓄電池。鉛酸電池放電狀態下,正極主要成分為二氧化鉛,負極主要成分為鉛;充電狀態下,正負極的主要成分均為硫酸鉛。[1]
一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V;在應用中,經常用6個單格鉛酸電池串聯起來組成標稱是12V的鉛酸電池,還有24V、36V、48V等。
簡介
法國人普蘭特於1859年發明鉛酸蓄電池,已經歷了近150年的發展歷程,鉛酸蓄電池在理論研究方面,在產品種類及品種、產品電氣性能等方面都得到了長足的進步,不論是在交通、通信、電力、軍事還是在航海、航空各個經濟領域,鉛酸蓄電池都起到了不可缺少的重要作用。
根據鉛酸蓄電池結構與用途區別,粗略將電池分為四大類:
啟動用鉛酸蓄電池。
動力用鉛酸蓄電池。
固定型閥控密封式鉛酸蓄電池。
其它類,包括小型閥控密封式鉛酸蓄電池,礦燈用鉛酸蓄電池等。
一個單格鉛酸電池的標稱電壓是2.0V,能放電到1.5V,能充電到2.4V。在應用中,經常用6個單格鉛酸電池串聯起來組成標稱是12V的鉛酸電池。還有24V、36V、48V等。
產品結構
VRLA電池是這樣設計的:在電池中,一部分數量的電解液被吸收在極片和隔板中,以此增加負極吸氧能力,阻止電解液損耗,使電池能夠實現密封。
電極中的電化學反應
閥控鉛酸電池的電化學反應式如下所示。充電是將外部直流電源連在蓄電池上進行充電,使電能轉化成化學能儲存起來。放電是電能從電池中釋放出來去驅動外部設備。
當VRLA蓄電池充電將達到頂點時,充電電流只被用來分解電解液中的水,此時,電池正極產生氧氣,負極產生氫氣,氣體會從蓄電池中溢出,造成電解液減少,需不定時加水。
另一方面,充電末期或過充條件下,充電能量被用來分解水,正極產生的氧氣與負極的海綿狀鉛反應,使負極的一部分處於未充滿狀態,抑制負極氫氣的產生。
使用條件
避免將電池與金屬容器直接接觸,應採用防酸和阻熱材料,否則會引起冒煙或燃燒。
使用指定的充電器在指定的條件下充電,否則可能會引起電池過熱、放氣、泄露、燃燒或破裂。
不要將電池安裝在密封的設備里,否則可能會使設備浦破裂。
將電池使用在醫護設備中時,請安裝主電源外的後備電源,否則主電源失效會引起傷害。
將電池放在遠離能產生火花設備的地方,否則火花可能會引起電池冒煙或破裂。
不要將電池放在熱源附近(如變壓器),否則會引起電池過熱、泄漏、燃燒或破裂。
應用中電池數目超過一隻時,請確保電池間連接無誤,且與充電器或負載連接無誤,否則會引起電池破裂、燃燒或電池損害,某些情況下還會傷人。
特別注意別讓電池砸在腳上。
電池的指定使用範圍如下。超出此範圍可能會引起電池損害。
電池的正常操作範圍為: 77.F(25℃) 電池放電後(裝在設備中): 5.F到122.F(-15℃到50℃) 充電後: 32.F到104.F(0℃到40℃) 儲存中: 5.F到104.F(-15℃到40℃)
不要將裝在機車上的電池放在高溫下、直射陽光中、火爐或火前,否則可能會造成電池泄漏、起火或破裂。
不要在充滿灰塵的地方使用電池,可能會引起電池短路。在多塵環境中使用電池時,應定期檢查電池。
壽命
放電深度: 放電深度即使用過程中放電到何程度開始停止。100%深度指放出全部容量.鉛酸蓄電池壽命受放電深度影響很大,設計考慮的重點就是深循環使用、淺循環使用還是浮充使用.若把淺循環使用的電池用於深循環使用時,則鉛酸蓄電池會很快失效。
因為正極活性物質二氧化鉛本身的互相結合不牢,放電時生成硫酸鉛,充電時又恢復為二氧化鉛,硫酸鉛的摩爾體積比氧化鉛大,則放電時活性物質體積膨脹。若一摩爾氧化鉛轉化為一摩爾硫酸鉛,體積增加95%。這樣反覆收縮和膨脹,就使二氧化鉛粒子之間的相互結合逐漸鬆弛,易於脫落。若一摩爾二氧化鉛的活性物質只有20%放電,則收縮、膨脹的程度就大大降低,結合力破壞變緩慢。因此,放電深度越深,其循環壽命越短。
過充電程度: 過充電時有大量氣體析出,這時正極板活性物質遭受氣體的衝擊,這種衝擊會促進活性物質脫落;此外,正極板柵合金也遭受嚴重的陽極氧化而腐蝕,所以電池過充電時會使應用期限縮短。
溫度的影響: 鉛酸蓄電池壽命隨溫度升高而延長。在10℃~35℃間,每升高1℃,大約增加5~6個循環,在35℃~45℃之間,每升高1℃可延長壽命25個循環以上,高於50℃則因負極硫化容量損失而降低了壽命。
電池壽命在一定溫度範圍內隨溫度升高而增加,是因為容量隨溫度升高而增加。如果放電容量不變,則在溫度升高時其放電深度降低,固壽命延長。
硫酸濃度的影響: 酸密度的增加,雖對正極板容量有利,但電池的自放電增加,板柵的腐蝕也加速,也促使二氧化鉛的鬆散脫落,隨着蓄電池中使用酸密度的增加,循環壽命下降。
放電電流密度的影響: 隨着放電電流密度增加,電池的壽命降低,因為在大電流密度和高酸濃度條件下,促使正極二氧化鉛鬆散脫落。
注意事項
新的蓄電池投入使用後,必須定期地進行充電和放電。充電的目的是使蓄電池貯存電能及時地恢復容量,以滿足用電設備的需要。放電的目的是及時地檢驗蓄電池容量參數,及促進電極活性物質的活化反應。蓄電池充電和放電狀況的好壞,將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。蓄電池充電的方法有很多,選擇科學合理的充電方法將會大大提高蓄電池的維護效果。
確保在電池和設備之間和周圍進行充分的絕緣措施。不充分的絕緣措施可能引起電擊、短路發熱、冒煙或燃燒。
充電應用充電器,直接連在直流電源可能會引起電池泄漏、發熱或燃燒。
由於自放電,電池容量會緩慢減少。在儲存長時間後使用前,請重新對電池充電。
恆定電流充電法
在充電過程中充電電流始終保持不變,叫做恆定電流充電法,簡稱恆流充電法或等流充電法。在充電過程中由於蓄電池電壓逐漸升高,充電電流逐漸下降,為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小,充電過程必須逐漸升高電源電壓,以維持充電電流始終不變,這對於充電設備的自動化程度要求較高,一般簡陋的充電設備是不能滿足恆流充電要求的。恆流充電法,在蓄電池最大允許的充電電流情況下,充電電流越大,充電時間就可以縮短。若從時間上考慮,採用此法有利的。但在充電後期若充電電流仍不變,這時由於大部分電流用於電解水上,電解液出氣泡過多而顯沸騰狀,這不僅消耗電能,而且容易使極板上活性物質大量脫落,溫升過高,造成極板彎曲,容量迅速下降而提前報廢。所以,這種充電方法很少採用。
定電流定周期快速充電法
這種方法的特點是,以電流幅度恆定和周期恆定的脈衝充電電流對蓄電池充電,兩個充電脈衝之間有一放電脈衝進行去極化,以提高蓄電池的充電接受能力。在充電過程中,充電電流及其脈寬不受蓄電池充電狀態的影響。因此,它是一種開環式脈衝充電。這種充電方法易使蓄電池充滿容量,但如果不增加防止過充電的保護裝置,容易造成強烈的過充電,影響蓄電池的使用壽命。在這種充電方法中,雖然整個充電過程均加有去極化措施,但是這種固定的去極化措施,難於適合充電全過程的要求。