蓄電池原理及應用

1、科華測試部 2009年07月課程的主要要點 蓄電池相關(guān)定義、術(shù)語介紹（重點介紹） 蓄電池的分類與充放電原理（略介紹） 蓄電池標準中知識介紹（重點介紹） UPS電池選型（重點介紹） UPS蓄電池使用及其注意事項（略介紹）定義、術(shù)語（1）w蓄電池 能將所獲得的電能以化學能的形式儲存并能直接把化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N化學裝置（化學電源）w 鉛酸蓄電池 電極主要由鉛制成，電解液是是硫酸溶液的一種蓄電池定義、術(shù)語（2）w 密封蓄電池 當蓄電池在規(guī)定的設(shè)計范圍內(nèi)工作時保持密封狀態(tài)，但當壓力超過預定值時，允許氣體通過一個可復位或不可復位的壓力釋放裝置逸出w 充電 蓄電池從外電路接受電能，并轉(zhuǎn)化為化學能的工作過

2、程w 放電 蓄電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，并向外電路輸出電流的工作過程定義、術(shù)語（3）w 開路電壓 電池開路狀態(tài)時正、負極間的電位差w 標稱電壓 用來鑒別蓄電池類型的適當?shù)碾妷航浦祑 終止電壓 規(guī)定的放電終止時的電壓w 容量 將完全充電狀態(tài)的電池按一定的放電條件，放電到所規(guī)定的終止電壓時，能放出的電量用安時(Ah)或瓦時(Wh)表示電池的分類化學電池化學電池干電池和液體電池干電池和液體電池原電池和蓄電池原電池和蓄電池燃料電池燃料電池太陽能電池太陽能電池原電池和蓄電池原電池和蓄電池原電池因為它們的電量耗盡后，無法再充電使用，只能丟棄。常見的一次性電池包括堿錳電池、鋅錳電池、鋰電池、銀鋅電池、鋅空電

3、池、鋅汞電池和鎂錳電池。 蓄電池常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳鐵電池、鎳氫電池、鋰離子電池。其優(yōu)點是循環(huán)壽命長，它們可全充放電200次左右，蓄電池的負荷力要比大部分原電池高。UPS電池的重要性 UPS（不間斷電源）之所以能夠在斷電后，繼續(xù)為計算機、基站等設(shè)備供電，就是因為它的里面有一種儲存電能的裝置在起作用，這種儲能的裝置就是UPS電池。其主要功能是：當市電正常時，將電能轉(zhuǎn)換成化學能儲存在電池內(nèi)部。當市電故障時，將化學能轉(zhuǎn)換成電能提供給逆變器或負載。 UPS電池的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個UPS系統(tǒng)的可靠性程度，然而蓄電池卻又是整個UPS系統(tǒng)中平均無故障時間（MTBF）最短的一種器件。如果用戶能夠正確

4、使用和維護，就能夠延長其使用壽命，反之其使用壽命會顯著縮短，蓄電池的種類一般分為鉛酸電池、鉛酸免維護電池及鎳鎘電池等。不同電池的參數(shù)對比鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)（1）鉛酸蓄電池主要結(jié)構(gòu)的成分正極： PbO2負極：Pb電解質(zhì)溶液：H2SO4隔板：玻璃纖維、硅凝膠 電槽：塑料蓄電池正極 正極板的組成 正極板是由正極板柵和活性物質(zhì)（正鉛膏）組成，充電狀態(tài)下為紅褐色的二氧化鉛（PbO2 ） 作用 正極板和負極板以電解液是蓄電池成流反應的主要材料，使用時蓄電池放電，此時正極板與電解液作用，變成硫酸鉛和水，放出電能；充電時在外電能的作用下，硫酸鉛和水的酸作用生成二氧化鉛和硫酸，把電能儲存起來蓄電池負極 負極板的組成

5、 負極板是有負極板柵和負活性物質(zhì)（鉛膏）組成，充電狀態(tài)下為灰色海綿妝（絨狀）鉛 作用 負極板和正極板以及電解液是蓄電池成流反應的主要材料，使用時蓄電池放電，此時負極板與電解液作用，變成硫酸鉛和水，放出電能；充電時在外電能的作用下，硫酸鉛和水中的酸作用生成絨狀鉛和硫酸，把電能存儲起來。鉛酸蓄電池化學反應鉛酸蓄電池的兩極是Pb和PbO2，電解質(zhì)溶液是H2SO4總的電池反應是: 放電 Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O 充電鉛酸蓄電池充電時化學反應負極反應（接電源負極 要發(fā)生還原反應 要得電子 要化合價降低的極。） PbSO4 +2e = PbSO42-正極反應（接電源正極 要發(fā)生氧

6、化反應 要失電子 要化合價升高的極。）PbSO4+2H2O =PbO2+2e-+4H+SO42-鉛酸蓄電池充電初期原理鉛酸蓄電池放電時化學反應負極反應（活潑金屬失電子 化合價升高，注意電極反應要連續(xù)寫到微粒最終的存在形式 ）： Pb-2e+SO42-=PbSO4 正極反應: PbO2+2e-+4H+SO42-=PbSO4+2H2O 鉛酸蓄電池過充時化學反應正極反應 ： 2H2OO24H-4e- （產(chǎn)生的 O2負極板上移動） 負極反應 2Pb+O22PbO(海綿狀鉛與氧氣反應） PbO2H2SO4 2PbSO4+2H2O (PbO與電解液的化學反應） （產(chǎn)生的H2O參與的反應）鉛酸蓄電池過充時化

7、學反應 2PbSO4 +4H+4e- 22H2SO4 （產(chǎn)生的H2SO4 參與的反應） （產(chǎn)生的 Pb參與的反應）負極總的化學反應式 O2 +4H+4e- 2H2O浮充時反應原理充電曲線Recharging characteristic 蓄電池充放電內(nèi)阻特性鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 鉛酸蓄電池放電時，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。 鉛酸蓄電池充電時，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。 實際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來判斷鉛酸蓄電池的充電程度溫度和容量的關(guān)系w例如0.05C放電時，25可以放電20小時；-10只能放電15小時深度放電后充電特性鉛酸蓄

8、電池充電電壓要求單體電池浮充電壓不能超過2.275V/格在UPS中推薦單節(jié)浮充電壓為13.625V，確保電池能夠充足電 ？蓄電池的型號命名規(guī)則 C10容量 蓄電池型號 單體電池個數(shù) 蓄電池的型號命名規(guī)則（例） 100Ah容量 密封型 閥控式蓄電池 固定型 6個單體電池(12V) 6GFM100國標相關(guān)術(shù)語解釋（1）C1010h率額定容量(Ah)，數(shù)值為1.00 C10C33h率額定容量(Ah)，數(shù)值為0.75 C10C11h率額定容量(Ah)，數(shù)值為0.55 C10Ct當環(huán)境溫度為t時的蓄電池實測容量(Ah)，是放電電流I(A)與放電時間T(h)的乘積Ce在基準溫度(25)條件時的蓄電池容量(

9、Ah)國標相關(guān)術(shù)語解釋（2）I1010h率放電電流(A), 數(shù)值為1.00I10I33h率放電電流(A), 數(shù)值為2.50I10I11h率放電電流(A), 數(shù)值為5.50 I10 放電電流與時間關(guān)系放電電流2C1C0.6C0.4C0.2C0.1C0.05C放電時間 12min 30min1h1h4h10h20h放電效率0.40.550.60.70.8211.02電池選型需要確定的基本條件電池選型需要確定的基本條件w 放電功率要求w 放電時間要求w 放電終止電壓要求w 溫度要求w 富裕容量要求w 外形尺寸、重量w 內(nèi)阻w 壽命w 電池結(jié)構(gòu)w 循環(huán)壽命要求w 充電條件UPS蓄電池的選型例如1：（此

10、例來于YUASA技術(shù)資料） 某一UPS的功率輸出為30KVA； 其中直 流電壓范圍305V400V； 放電時間要求30min； 單體終止電壓1.75V； UPS效率0.90；功率因數(shù)0.95； 電池1C放電、放電效率為0.55計算1）將UPS的KVA數(shù)轉(zhuǎn)換為KW數(shù) 30（0.90.95）35.09KW2）決定所需要電池個數(shù)N N305V1.75V174（電池的單節(jié)數(shù)）3）確定電池電壓不超過直流電壓范圍 1742.275395. 85V400V計算4）決定電池放電電流 35090W（1742）101A5）放電容量 101A0.550.5AH6）確定電池在實際放電時，所需要的電池容量 50.5AH

11、0.5591.818AH 故最優(yōu)化選擇12V 系列100AH的電池，電池異常壽命終了主要原因 充電不足：電池開路電壓在充電不足：電池開路電壓在12.6012.80V以下，充電以下，充電電壓設(shè)置異常，或電壓表顯示有誤，導致經(jīng)常充電不電壓設(shè)置異常，或電壓表顯示有誤，導致經(jīng)常充電不足，引起損壞；足，引起損壞； 充電過量：電池過充電，（一般指長期超過充電過量：電池過充電，（一般指長期超過14.2V）電池內(nèi)部水分解嚴重，導致電池內(nèi)阻偏大，開路電壓電池內(nèi)部水分解嚴重，導致電池內(nèi)阻偏大，開路電壓偏高，電池重量減少；偏高，電池重量減少；浮充充電電流異常：長時間浮充充電電流超過浮充充電電流異常：長時間浮充充電電流超過1CA；.環(huán)境溫度較高，電池發(fā)熱：電池離發(fā)熱源過近，導致環(huán)境溫度較高，電池發(fā)熱：電池離發(fā)熱源過近，導致熱吸收過高，導致壽命減少；熱吸收過高，導致壽命減少；用戶現(xiàn)場檢驗步驟：外觀用戶現(xiàn)場檢驗步驟：外觀電壓電壓內(nèi)阻內(nèi)阻螺絲是否鎖螺絲是否鎖緊（加彈簧墊片防止螺絲松動）緊（加彈簧墊片防止螺絲松動）浮充電流。浮充電流。 UPS蓄電池使用及維護1.正常時，電池每隔36個月帶載充、放電一次，放電后標準機的連續(xù)充電時間應不少于 10小時。 2. UPS長期閑置不用，應每隔36個月充電一次3.電池使用環(huán)境要求溫度在0到40