鉅大LARGE | 點擊量：1748次 | 2019年06月21日
關(guān)于鉛酸蓄電池的原理、運用辦法
鉛酸蓄電池已創(chuàng)造有一百多年了，鉛酸蓄電池首要殼體、正負極板、隔板，電解液在電場作用下將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)電能貯存，又將化學(xué)電能轉(zhuǎn)為直流電能，并可重復(fù)進行數(shù)次充放電循環(huán)的一種設(shè)備。一般鉛酸蓄電池規(guī)劃壽數(shù)為2-3年，而往往實踐運用只一年我時間或更短時間，免維護鉛酸蓄電池規(guī)劃壽數(shù)為7-15年，有的制造出來因為貯存時間過長，未經(jīng)運用就已失效作廢，遠遠短于預(yù)期運用壽數(shù)，導(dǎo)致能源的糟蹋及應(yīng)用的經(jīng)濟效益。下面賢集網(wǎng)小編來為我們說明更多關(guān)于鉛酸蓄電池的常識，包含：鉛酸蓄電池原理、運用辦法、失效的首要原因分析。
鉛酸蓄電池原理
一、鉛酸蓄電池電動勢的發(fā)生：
1、鉛酸蓄電池充電后，正極板是二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少數(shù)二氧化鉛與水生成可離解的不安穩(wěn)物質(zhì)——氫氧化鉛（Pb（OH）2、氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb）留在正極板上，故正極板上短少電子。
2、鉛酸蓄電池充電后，負極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO2）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb+2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負極板上留下剩下的兩個電子（2e）?？梢?，在未接通外電路時（電池開路），因為化學(xué)作用，正極板上短少電子，負極板上剩下電子，兩極板間就發(fā)生了必定的電位差，這就是電池的電動勢。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
二、鉛酸蓄電池放電進程的電化反應(yīng)：
1、鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板構(gòu)成電流I，一同在電池內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng)；
2、負極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）；
3、正極板的鉛離子（Pb+4）得到來自負極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb+2）與電解液中的硫酸根離子（SO4-2）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（PbSO4）。正極板水解出的氧離子（O2）與電解液中的氫離子（H+）反應(yīng)，生成安穩(wěn)物質(zhì)水；
4、電解液中存在的硫酸根離子和氫離子在電力場的作用下分別移向電池的正負極，在電池內(nèi)部構(gòu)成電流，整個回路構(gòu)成，蓄電池向外持續(xù)放電；
5、放電時H2SO4濃度不斷下降，正負極上的硫酸鉛（PbSO2）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢下降；
6、化學(xué)反應(yīng)式為：
①正極活性物質(zhì)、電解液、負極活性物質(zhì)、正極生成物、電解液生成物、負極生成物↓↓↓↓↓↓；
②PbO2+H2SO4+Pb→PbSO4+2H2O+PbSO4氧化鉛、稀硫酸、鉛、硫酸鉛、水硫酸鉛。
三、鉛酸蓄電池充電進程的電化反應(yīng)
1、充電時，應(yīng)在外接一貫流電源（充電極或整流器），使正、負極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成本來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能貯存起來；
2、在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb）和硫酸根負離子(SO4￣2)因為外電源不斷從正極吸取電子，則正極板鄰近游離的二價鉛離子（Pb）不斷放出兩個電子來補充，變成四價鉛離子（Pb），并與水繼續(xù)反應(yīng)，終究在正極極板上生成二氧化鉛（PbO）。
鉛酸蓄電池的運用辦法
1、切勿短路電池。當電池的正負極經(jīng)過外部物質(zhì)完結(jié)電接觸，電池就短路了，例如放在口袋中的無外包裝電池就會因與鑰匙或硬幣等金屬材料接觸而發(fā)生短路。
2、正確設(shè)備電池，使電池的極性符號("+"和"-")和用電用具的符號正確對應(yīng)。假設(shè)電池被不正確地反向設(shè)備到用電用具中，則或許發(fā)生短路或充電，導(dǎo)致電池溫度的敏捷升高。
3、不要妄圖對電池充電。對不能充電的原電池進行充電，會使電池內(nèi)部發(fā)生氣體和熱量。
4、不要對電池強制放電。電池被強制放電時，其電壓將會低于規(guī)劃性能并在電池內(nèi)部發(fā)生氣體。
5、不要加熱或直接焊接電池。電池被加熱或焊接時，熱量會構(gòu)成電池內(nèi)部發(fā)生短路。
6、不要拆解電池。電池被拆解或分開時，電池組分之間有或許發(fā)生接觸，然后導(dǎo)致短路。
7、不要將新舊電池或是不同型號、品牌的電池混用。當需求替換電池時，應(yīng)一同用同品牌、同型號、同批次的新電池替換一切的電池。當不同品牌和型號的電池或是新舊不同的電池一同運用時，因為不同電池之間電壓或容量的不同，部分電池會發(fā)生過放電。
8、不要使電池變形。不要對電池進行揉捏、戳穿或其他辦法的危害，這些濫用往往會導(dǎo)致電池發(fā)生短路。
9、不要將電池放入火中。將電池放入火中時，熱量的集聚會導(dǎo)致爆炸和人身損傷，除了適宜的可控制的燃燒處理辦法外，不要妄圖焚毀電池。
10、不要讓兒童接觸電池或是在沒有成人監(jiān)督的情況下替換電池。那些有或許被吞咽的電池應(yīng)盡量避免讓兒童接觸，特別是那些能放入圖中所示的攝食量規(guī)內(nèi)的電池。一旦或人攝食了電池，應(yīng)立即尋求醫(yī)生協(xié)助。
11、不要密封或改動電池。密封電池或是其他辦法的改動電池，會使電池的安全閥被阻塞，然后當電池內(nèi)部發(fā)生氣體時不能及時排出。假設(shè)以為有必要改動電池，則應(yīng)盡量獲得制造商的主張。
12、關(guān)于不用的電池，應(yīng)以它們的原始包裝進行保存，并盡量遠離金屬物質(zhì)，假設(shè)包裝已打開，則應(yīng)有序排放，不要混亂堆放。無包裝的電池和金屬物質(zhì)混放在一同時，有或許使電池發(fā)生短路。避免這種情況發(fā)生的最好辦法就是運用它們的原始包裝來保存不用的電池。
13、除非是用于緊急情況，關(guān)于長時間不用的電池應(yīng)盡量從用電設(shè)備中取出。當一個電池達不到滿意的作用或是能夠估計長時間不運用，則將其從設(shè)備中取出是有益的，雖然現(xiàn)在市場上的電池都帶有維護性外殼或是以其他辦法來控制漏液，但是一個部分或是徹底用完的電池仍是會比一個沒用過的電池更簡略漏液。
鉛酸蓄電池失效的首要原因和分析
一、硫化
1、鉛酸蓄電池充放電的進程是電化學(xué)反應(yīng)的進程，放電時，生成硫酸鉛，充電時硫酸鉛復(fù)原為氧化鉛。這個電化學(xué)反應(yīng)進程正常情況下是循環(huán)可逆的，但硫酸鉛是一種簡略結(jié)晶的鹽化物，當電池中電解溶液的硫酸鉛濃度過高或靜態(tài)放置時間過長時，就會"抱成"團，結(jié)成小晶體，這些小晶體再吸引周圍的硫酸鉛，就象滾雪球相同構(gòu)成大的慵懶結(jié)晶，這就損壞了本來可逆的循環(huán)，導(dǎo)致硫酸鉛部分不行逆。結(jié)晶后的硫酸鉛充電時不但不能再復(fù)原成氧化鉛，還會吸附在柵板上，構(gòu)成了柵板工作面積下降，鉛酸蓄電池發(fā)熱失水，鉛酸蓄電池容量下降，這一現(xiàn)象叫硫化，也就是常說的老化。硫化還會導(dǎo)致短路、活性物質(zhì)松懈墜落、柵板變形開裂等"并發(fā)癥"。
2、只要是鉛酸蓄電池，在運用的進程中都會硫化，但其它領(lǐng)域的鉛酸電蓄池卻比電動自行車上運用的鉛酸蓄電池有著更長的壽數(shù)，這是因為電動車的鉛酸蓄電池有著一個更簡略硫化的工作環(huán)境。與轎車用發(fā)起電池不同，轎車電池點火放電后，電池一直處于浮充狀況，放電構(gòu)成的硫酸鉛很快又被轉(zhuǎn)化為氧化鉛，而電動車放電時，不或許一同進行充電，這就構(gòu)成硫酸鉛許多堆集，假設(shè)深放電，這時硫酸鉛濃度更高，而且電動車騎行后很難有條件及時充電，放電構(gòu)成的硫酸鉛不能及時充電轉(zhuǎn)化為氧化鉛，就會構(gòu)成結(jié)晶。所以，循環(huán)壽數(shù)，根據(jù)放電深度不同而差別很大，放電深度越深，循環(huán)次數(shù)越少，放電深度越淺，循環(huán)次數(shù)越多，根據(jù)實驗結(jié)果放電深渡與循環(huán)次數(shù)聯(lián)絡(luò)如下表：
3、一些鉛酸蓄電池在做70%的1C充電和60%的2C放電中，因為選用連續(xù)大電流循環(huán)，損壞了電池生成大硫酸鉛結(jié)晶的條件，所以或許看不到鉛酸蓄電池硫化對電池的損壞。假設(shè)實驗中途中止，鉛酸蓄電池硫化的問題就會顯現(xiàn)。因為電池重量大，一些用戶常常采納電池經(jīng)過多次運用放完電才再次充電，這樣電池放電往后沒有及時充電，鉛酸蓄電池硫化就比較嚴峻。別的，鉛酸蓄電池的硫酸比重比較高，也是鉛酸蓄電池硫化的重要因素。而鉛酸蓄電池硫化，損壞了負極板氧循環(huán)的才干，構(gòu)成加速失水。這樣，鉛酸蓄電池的硫酸比重更加高，導(dǎo)致更加簡略導(dǎo)致鉛酸蓄電池硫化。所以，鉛酸蓄電池硫化的程度或許不同，但是對鉛酸蓄電池的壽數(shù)影響卻是廣泛的。
二、失水
1、密封鉛酸蓄電池的最基本原理之一就是正極板析氧往后，氧氣直接到負極板與負極板的析氫復(fù)原為水，查核鉛酸蓄電池這個技術(shù)指標的參數(shù)叫做"密封反應(yīng)功率"，這種現(xiàn)象叫做"氧循環(huán)"。這樣，鉛酸蓄電池的失水很少，完結(jié)了"免維護"，就是免加水。但密封鉛酸蓄電池的這種氧循環(huán)在電動自行車上卻被損壞，導(dǎo)致電池許多失水。
2、為了滿意電池在8小時以內(nèi)充滿電，所以在三段式恒壓限流充電中，如36伏充電器的恒壓為44.4伏，3個單體電池共有18個單格，折合單格電壓就為2.466V。這樣，大大超越電池正極板析氧電壓的2.35V和負極板析氫電壓的2.42V。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了下降充電時間的指示，前進了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電往后，還沒有充滿電，就靠前進浮充電壓來補償。這樣，許多充電器的浮充電壓超越單格電壓2.35V，這樣在浮充階段還在許多析氧。而鉛酸蓄電池的氧循環(huán)又不好，這樣在浮充階段也在不斷的排氣。
3、一組36伏鉛酸蓄電池有3個單體電池，每個單體電池有6個單格，每個單格有15塊以上正負柵板，一組電池就最少有270個焊點，假設(shè)發(fā)生千分之一的虛焊就會導(dǎo)致每4組電池必定有一組不合格，而鉛鈣板十分簡略因析鈣而構(gòu)成虛焊，所以電池制造商廣泛選用低銻合金板，而低銻合金的析氣電壓更低，電池出氣量更大，失水就更加嚴峻。
4、浮充鉛酸蓄電池的硫酸標準比重應(yīng)該在1.21~1.28之間，但為習(xí)慣電動自行車大容量、大電流放電的要求，電池的硫酸比重一般都在1.36~1.38左右。因為電池的硫酸比重相對高了許多，所以，電池的硫化也相對嚴峻。電池放電往后到第二天充電曾經(jīng)，硫酸比重高的電池的硫化顯著。這樣，更加下降了負極板氧循環(huán)的才干。而失水往后的電池，失掉的首要是水，留下了硫酸的成分，相當于進一步前進了硫酸的比重，這樣就使鉛酸蓄電池更加簡略硫化。所以，鉛酸蓄電池硫化加重了失水，失水又加重了硫化。對用戶而言，"密封"是必要的，不然酸液溢出的后果不堪設(shè)想，但在電動車領(lǐng)域過份地推廣"免維護"的概念是不適宜的。
三、熱失控
1、鉛酸蓄電池在充入電量抵達70%往后，鉛酸蓄電池的極化電壓相比照較高，充電的副反應(yīng)開端逐步增加，電解水開端了。在充電的單格電壓抵達2.35V往后，首要正極板析氧，在抵達2.42V往后，負極板開端析氫。這時候充電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能減少，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娊馑哪芰吭黾?。充電進程的是否析氣取決于充電電壓，析氣量取決于抵達析氣電壓往后的充電電流。所以，在充電進程中，充電電壓在進入恒壓往后，電壓開端接近于最高，充電電流也堅持限流值。這時候析氣量最大。在進入恒壓往后，充電電流應(yīng)該逐步下降，析氣量也應(yīng)該逐步下降。充電自身是放熱反應(yīng)，一般鉛酸蓄電池的熱規(guī)劃是能夠控制溫升的。在鉛酸蓄電池許多析氣往后，氧氣在負極板復(fù)合為水，發(fā)熱量遠遠大于充電時的發(fā)熱。密封鉛酸蓄電池期望負極板具有出色的氧循環(huán)才干，但是，氧循環(huán)會發(fā)生發(fā)熱。所以，氧循環(huán)是一把雙刃劍，好處是減少了水丟失，壞處是電池會發(fā)熱。
2、在恒壓充電的條件下，氧循環(huán)電流也參與了充電電流，所以充電電流下降速率放緩。而鉛酸蓄電池發(fā)熱，會引起充電電流下降速率更加緩慢，乃至電流反升。而充電電流在電池發(fā)熱的作用下，一旦電流反升，又增加了發(fā)熱。這樣，充電電流一貫會上升到限流值。電池發(fā)高熱，并且堆集熱，一貫到電池外殼發(fā)生熱軟化變形。而電池的熱變形時，內(nèi)部氣壓高，所以出現(xiàn)電池時鼓脹的。這就是電池?zé)崾Э囟鴵p壞電池。鉛酸蓄電池一旦出現(xiàn)嚴峻鼓脹，漏酸和漏氣的問題也出現(xiàn)了，鉛酸蓄電池會出現(xiàn)急性失效。誘發(fā)電池鼓脹的原因有許多。假設(shè)充電電壓高，析氣量大，會發(fā)生熱失控。假設(shè)某一組電池或許某一個單格電池發(fā)生嚴峻落后，而充電的恒壓值不變，其他的單格電池也會出現(xiàn)充電電壓相對過高，也會發(fā)生熱失控問題。為下降電池的熱失控機率，許多充電器廠家將恒壓值下降至43伏，這也必定導(dǎo)致欠充。
3、導(dǎo)致鉛酸蓄電池充電發(fā)熱的另一個原因就是硫化，硫化直接導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，這就進一步構(gòu)成鉛酸蓄電池充電發(fā)熱，發(fā)熱又使氧循環(huán)電流上升，所以硫化嚴峻的電池，熱失控發(fā)生的機率很大。從解剖電動自行車鉛酸蓄電池的失效形式證明，90%的失效電池一同伴有嚴峻失水現(xiàn)象。膠體電池失水少于一般電池，所以其壽數(shù)應(yīng)該長于一般電池。膠體電池內(nèi)部自放電在貯存期間不比一般的電池大，這能夠經(jīng)過貯存往后容量下降比對能夠證明。在同樣的鉛酸蓄電池內(nèi)壓條件下，膠體電池析氣失水少于一般電池。而每次開閥析氣都會帶走部分熱量。膠體鉛酸蓄電池開閥少于一般鉛酸蓄電池，失水少是其長處，但是析氣失水少，開閥少，帶走電池內(nèi)部的熱量就少，所以電池內(nèi)部溫升就高于一般電池。而電池內(nèi)部溫升高，自放電也大，發(fā)生的熱量就更高。因此在夏季環(huán)境溫度較高的條件下，因為析氣電平的下降，析氣量最近，一同溫升也高。這樣膠體鉛酸蓄電池進入熱失控的概率就大得多了。
四、活性物質(zhì)墜落、極板軟化
鉛酸蓄電池正極板活性物質(zhì)的有效成分是氧化鉛，氧化鉛分α-PbO2和β-PbO2，其中，α-PbO2物理特性堅固，容量比較小，以多孔狀附著在極板，用于擴展極板面積和支撐極板；β-PbO2依附α-PbO2構(gòu)成的骨架上面，其荷電才干比α-PbO2強許多，氧化鉛放電放電往后構(gòu)成硫酸鉛，充電時硫酸鉛又復(fù)原為氧化鉛，但在強酸環(huán)境中硫酸鉛只能夠生成β-PbO2，活性物質(zhì)墜落就是α-PbO2墜落。構(gòu)成活性物質(zhì)墜落的原因許多：
1、鉛酸蓄電池極板活性物質(zhì)散布不均勻，構(gòu)成放電時脹大張力不同而墜落。
2、鉛酸蓄電池過放電欠壓時，β-PbO2許多減少，α-PbO2就會參與放電反應(yīng)生成硫酸鉛。
3、硫化結(jié)晶在極板上成長的脹大張力也會導(dǎo)致活性物質(zhì)墜落。正極板一旦出現(xiàn)軟化，起到支撐作用的多孔結(jié)構(gòu)就被損壞了，正極板的多孔被電池極板的壓力壓實了，就下降了參與反應(yīng)的真實面積，鉛酸蓄電池容量就下降了。這樣，避免過放電、按捺和消除硫化是控制正極板軟化的重要措施。放電的時候，每次放電，或多或少的總要有一點點α-PbO2參與反應(yīng)。
所以，一個正常運用的鉛酸蓄電池，在不失水也不硫化，也沒有過放電的情況下，電池的壽數(shù)就取決于正極板軟化。電池容量受活性物質(zhì)和使用率影響。電動車鉛酸蓄電池外形尺寸必定，極板的質(zhì)量已被約束到必定的程度，只要前進活性物質(zhì)的使用率，才干前進容量。要前進鉛酸蓄電池容量，必定增加孔率，前進PbO2含量、硫酸比重，但是這些措施都會加速正極板的軟化，構(gòu)成鉛酸蓄電池壽數(shù)加速衰減，充放電進程中活性物質(zhì)會發(fā)生脹大、縮短(特別是正極板)，放電深度越深，活性物質(zhì)脹大縮短量越大，更加速活性物質(zhì)軟化。因此，初始容量偏大時直接影響鉛酸蓄電池壽數(shù)。
五、短路
鉛酸蓄電池的短路指鉛電池內(nèi)部正負極群相連。為了增加鉛酸蓄電池的容量，現(xiàn)在電動車鉛酸蓄電池電池的極板數(shù)量廣泛選用增加極板辦法，這就導(dǎo)致隔板相比照其他電池的隔板薄一些，負極板的硫酸鉛結(jié)晶長大，充電往后出現(xiàn)少數(shù)硫酸鉛遺留在隔板中，遺留在隔板中的硫酸鉛一旦被復(fù)原稱為鉛，堆集多了，鉛酸蓄電池電池就會出現(xiàn)微短路，這種現(xiàn)象叫做"鉛枝搭橋"。微短路輕的發(fā)生該單格電壓落后，嚴峻的時候會出現(xiàn)單格短路。極板上活性物質(zhì)脹大墜落，也會構(gòu)成正負極板相連。
六、均衡問題
不少鉛酸蓄電池在單體測試中，能夠獲得比較好的結(jié)果，但是，關(guān)于串連鉛酸蓄電池組來說，因為容量差、開路電壓差等原始配組差錯，充電時電壓高的電池會增加失水，電壓低的電池會欠充電，放電的時候，電壓低的會出現(xiàn)過放電，構(gòu)成鉛酸蓄電池硫化。隨著充放電的循環(huán)，鉛酸蓄電池硫化的單體更易硫化，這個差異被擴展，終究影響整組電池壽數(shù)。
七、無法充電
12V鉛酸電池的中止放電電壓為10.5伏，假設(shè)強行放電至中止電壓以下，鉛酸蓄電池就有極大的機率失掉再充電才干。電動車的控制器內(nèi)都有一個維護設(shè)備，當鉛酸蓄電池抵達中止電壓時，維護設(shè)備會強行斷開電路，但假設(shè)這個維護設(shè)備出現(xiàn)上漂移時，或許斷電后電池出現(xiàn)電壓上升，維護設(shè)備就無法正確判別。
八、鉛酸蓄電池自行放電
足夠電的鉛酸蓄電池放置不用，逐步失掉電量的現(xiàn)象，稱之自行放電。自行放電是不行避免的，在正常情況下，每天放電率不應(yīng)超越0.35%~0.5%。鉛酸蓄電池自行放電的首要原因：
1、極板或電解液中含有雜質(zhì)，雜質(zhì)與極板間或不同雜質(zhì)間發(fā)生了電位差，變成一個部分電池，經(jīng)過電解液構(gòu)成回路，發(fā)生部分電流，使鉛酸蓄電池放電。
2、隔板決裂，導(dǎo)致正負極板短路。
3、鉛酸蓄電池殼表面上有電解液或水，在極樁間成為導(dǎo)體，導(dǎo)致鉛酸蓄電池放電。
4、活性物質(zhì)墜落過多，并沉積在電池底部，使極板短路構(gòu)成放電。
以上是賢集網(wǎng)小編為我們介紹的鉛酸蓄電池原理、運用辦法、失效的首要原因分析。鉛酸蓄電池自創(chuàng)造以來，在化學(xué)電源中一貫占有絕對優(yōu)勢，這是因為其價格低廉、原材料易于獲得，運用上有充分的安全性和可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍、維護修理很便利等長處。數(shù)據(jù)顯示，2017年前三季度全國鉛酸蓄電池產(chǎn)值1.46億KVAh，同比小幅下降21%。但在業(yè)內(nèi)人士看來，作為化學(xué)與物理電源中僅有能夠完結(jié)再生循環(huán)使用的電池，鉛酸蓄電池仍是現(xiàn)在最有競爭力和最不行或缺的化學(xué)電源。就市場占有率來看，雖然鋰電池來勢洶洶，但鉛酸蓄電池依然占有超70％的市場份額，工作影響力不容小覷。
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