蓄电池介绍.ppt

,蓄电池,电池,二、铅蓄电池的工作原理,一、铅蓄电池基本构造,三、铅蓄电池的主要特性,四、固定型铅蓄电池的使用与维护,五、阀控铅蓄电池基本结构,六、阀控铅蓄电池原理,七、阀控铅蓄电池特点,八、阀控铅蓄电池充电控制技术,十、太阳能电池供电系统,九、阀控铅蓄电池放电控制技术,主要内容,一、铅蓄电池基本构造,由,正负极板、隔板、电解液、容器,组成。,电池,正极板,负极板,正极柱,负极柱,加液孔塞,隔板,容器,第一节铅蓄电池,将若干片正、负极板分别焊在一起，构成极板组，通常负极板比正极板多一片。正、负极板交错插合在一起，正、负极板之间隔以多微孔隔板，装在耐酸的容器中，加盖封口,(,盖上留有注液孔,),后，就构成铅蓄电池。只要注入电解液，经过初充电后即可使用。,半化成式极板,1,、正负极板,),作用：与电解液发生化学反应，储存并释放能量。,2),分类：,涂膏式极板,玻璃丝管式极板,化成式极板,电池,正负极板都由板栅,(,又称基板,),和活性物质组成。板栅是活性物质的载体，并可传导电流。板栅由铅锑合金浇铸而成。活性物质参与电化学反应，储存并释放能量。,一氧化铅（,PbO,）和金属铅粉混合后，加稀硫酸拌成铅膏，附在板栅上就构成涂膏式极板，经过浸泡、充电、放电、水洗、干燥等化成工艺后，形成正负极板上的活性物质。化成终了，正极板上活性物质为二氧化铅,(PbO2),，负极板上活性物质为海绵状铅（,Pb,）。,一、铅蓄电池基本构造,2,）分类：,a.,木质隔板,b.,微孔橡胶隔板,c.,微孔塑料隔板,、隔板,1,）作用：,保证正、负极板间的绝缘，同时让电解液中,的正、负离子顺利通过。与极板上的活性物,质反应。,电池,2,）要求：,具有良好耐酸性、较高的机械强度、微孔多,而均匀且不含有害杂质。,移动型铅蓄电池中，常用一面光滑，一面带有沟槽的木隔板。装配时，有沟槽的一面朝向正极板，使较多的电解液与正极板起反应。此外，在充电过程中，正极板上析出的氧气可沿直槽上升排除，从而减轻隔板的氧化。,一、铅蓄电池基本构造,作用：与极板上的活性物质起化学反应，并起离子,导电作用。,3,、电解液,注意：,任何铅蓄电池的电解液密度，在,15,时都不能超过,1,30,，否则会加快蓄电池的损坏。,15,时，蓄电池电解液密度为：,移动型,1,28,1,30,之间,固定型,1,20,1,22,之间,电池,用密度为,1.84,的,H,2,SO,4,。加,H,2,O,配置：,电池,作用：用来封装极板和电解液。,4,、容器：,要求：,耐酸、绝缘和足够的机械强度,。,材料：硬橡胶、塑料、有机玻璃、无机玻璃等,。,二、铅蓄电池的工作原理,1,、电动势的产生。,负极板上的海绵状金属铅由二价铅离子和电子组成。稀硫酸在水中被电离为氢离子和硫酸根离子。负极板浸入稀硫酸溶液后，二价铅离子进入溶液，在极板上留下能自由移动的电子，因而负极板带负电，即产生了电极电位。,同样，正极板上的二氧化铅与稀硫酸作用，产生四价铅正离子留在极板上，使正极板带正电，即产生了电极电位。这样，在电他的正、负两极上便产生了电动势。,铅蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅，负极板上的活性物质是海绵状铅。在稀硫酸溶液中，由于电化学作用，正、负极板与电解液之间分别产生了电极电位，正、负两极间电位差就是蓄电池的电动势。,电池,3,、充电过程的电化学反应,二、铅蓄电池的工作原理,电池,2,、放电过程的化学反应,三、铅蓄电池的主要特性,铅蓄电池与外界电路联接并有电流流过时，在正负两端测得的电压，称为端电压。,1,、电动势与端电压,电动势,电池开路时，在常温下测得正、负极板之间的电位差称为铅蓄电池的电动势。,可用下面经验公式决定：,（,d15,为,15,C,时极板微孔内部电解液的密度）,端电压,电池,用一定的电流对铅蓄电池充电时，电池端电压随着充电时间的变化曲线称为充电特性曲线。,2,、充电特性曲线,电池,a,o,b,d,c,充电过程中：若充电电流小，内阻压降小，因此充电过程中的端电压与充电终了电压亦略低，反之，则略高。,充电初期，充电电流用于极板活性物质恢复。蓄电池的端电压上升很快,(oa,段,),。,充电中期，充电电流用于活性物质恢复。端电压在较长时间内缓慢上升,(ab,段,),。,充电末期，充电电流主要用于分解水。蓄电池的端电压迅速升高到,2.6V,左右,(bc,段,),；,此后，充电电流完全用于分解水，电极上气泡释出已趋近饱和。端电压稳定在,2.6,2.7V,左右,(cd,段,),停止充电后，内阻压降消失，蓄电池内各部分硫酸浓度趋于一致，蓄电池电动势稳定在,2.06,2.07V,或,2.13,2.15V(,移动型,)(,曲线段,),。,3,、放电特性曲线,铅蓄电池以一定的电流放电时，端电压随着放电时间的的变化曲线称为放电特性曲线。,电池,V,A,A,V,R,r,R,蓄电池,c,d,e,a,o,b,曲线中的,c,点为端电压急剧下降的临界点。端电压降到,1.8V,时，不立即停止放电，会导致极板硫化，缩短蓄电池的寿命。,放电初期,(oa,段,),，蓄电池端电压下降很快。,放电中期,(ab,曲线段,),，蓄电池端电压下降很缓慢。,放电末期,(bc,段,),，端电压又下降很快。,蓄电池端电压下降到,1.8V,时，应立即停止放电。这时，蓄电池电动势立刻上升至,2V,左右,(ce,段,),。,、铅蓄电池的充、放电率,1,）放电率,铅蓄电池放电到终了电压的速度。通常以小时率作为正常放电率。,2,）充电率,铅蓄电池充电到终了电压的速度，通常以小时率作为正常充电率。,电池,、铅蓄电池的容量,2,）实际容量：,在,特定的,放电电流、电解液温度与放电终了电压下，蓄电池实际放出的电量。,1,）额定容量：,在规定的工作条件下，蓄电池能放出的最低能量。,规定工作条件为：,小时放电，电解液温度为,，放电终了电压为,1.8v,。,电池,3,）固定型铅蓄电池的容量选择,蓄电池的容量，应能保证在市电停电时间内，供给通信设备最大负载电流。,市电可靠条件下，应能保证放电,1.25,小时,市电比较可靠条件下，应能保证放电小时,市电不可靠条件下，应能保证放电小时,电池,铅蓄电池放完电后，小时内必须充电，此称为正常充电；,蓄电池部分放电，输出容量不足额定容量一半，但已持续一周；,或一个月内蓄电池未放电，也应正常充电。,、充电方法,1,）正常充电适用对象,电池,电池,（,2,）正常充电方法,两阶段分级恒流法,：,第一阶段，用小时率电流充电，直到单格电池电压达,.,伏，一般需要小时,第二阶段，小时率电流充电，直到终了，一般需要小时。,（,3,）充电终了标志,正负极板剧烈冒泡。,电解液密度达规定值，移动型,.,.,固定型,.,.,，且不再上升。,蓄电池单格电压达,.,.,伏，不再上升。,涂膏式极板正极板变为棕红色，负极板变为深灰色。,正极板变为浅棕色，负极板变为浅灰色（对涂膏式极板而言）。,（,4,）,铅蓄电池放电终了标志：,蓄电池端电压下降到,1.8v,。,电解液密度下降到,1.15,1.17,。,电池,第二节 阀控铅蓄电池,(VRLA),电池,盖,安全阀,接线柱,沥青封口,防爆陶瓷过滤器,正极板,负极板,隔板,外壳,阀控铅蓄电池,由正负极板、隔板、电解液、安全阀、气塞、外壳等组成。,一、阀控铅蓄电池基本结构,1,、正负极板,采用涂浆式极板，活性物质涂在特制的铅钙合金骨架土。,2,、隔板,采用超细玻璃纤维制成。,3,、电解液,全部电解液均注入极板和隔板中，电池内没有流动的电解液，即使外壳破裂，仍能正常工作。,电池,盖,安全阀,接线柱,沥青封口,防爆陶瓷过滤器,正极板,负极板,隔板,外壳,4,、安全阀,装于电池顶部，当电池内部达到一定的数值时，安全阀自动开启，排除气体。,5,、气塞,顶盖上有内装陶瓷过滤器的气塞，可以防止酸雾从蓄电池中逸出。,6,、外壳,电池,盖,安全阀,接线柱,沥青封口,防爆陶瓷过滤器,正极板,负极板,隔板,外壳,二、阀控铅蓄电池原理,电池,1,、产生电势的原理,2,、免维护的原理,阀控铅蓄电池原理,与普通铅蓄电池相同。,充电过程中，正极产生的氧气通过隔板扩散到负极板，负极板上的活性物质在潮湿条件下活性很高，与氧气快速反应，化合成水。因而在使用过程中不用加水。,特点：,密封性好，无泄露，无污染，,使用安全，无须维护。,三、阀控铅蓄电池特点,四、阀控铅蓄电池充电控制技术,1,、浮充充电,通信电源系统中，为了确保直流电源不间断，通常采用开关整流器与蓄电池组并联的浮充供电方式。,电池,1,）浮充电压设置,标准型单体阀控铅蓄电池浮充电压通常设置在,2.25,伏,，,允许变化范围为,2.23,2.27,伏。,低压型单体阀控铅蓄电池浮充电压应设置在,2.20,伏,，,允许变化范围为,2.17,2.21,伏。,电池放完后，应先用恒流充电，当电池电压达到设定的浮充电压时，再转为恒压充电。,通信电源系统中，阀控铅蓄电池组通常由,24,只单体电池串联组成，开关整流器的浮充电压应设置为,54,伏（,2.25,24,）或,54.5,伏（,2.27,24,）。,加速寿命试验表明：,浮充电压与规定值差,5%,，电池浮充寿命缩短一半。,电池,浮充电压设置过低时，阀控电池长期处于欠充电状态，极板深处的活性物质不能参与化学反应，因而在活性物质与板栅之间形成高电阻层，因此，电池的内阻增大，容量下降。,充电电压,充电电流,2.25,20,恢复容量,100,V,C,I,40,100AH,电池充电曲线,浮充电压设置过高时，电池将长期处于过充电状态，因此，电池内产生的气体量增加，安全阀经常处于开阀状态，电解液中的水分大量损失。通常，水分损失,15,，电他的容量就减小,15,。此时，电池的寿命就终止了。此外，浮充电压设置过高时，浮充电流过大。试验表明，单体阀控铅蓄电池的浮充电压升高,100mV,，浮充电流可增大,10,倍。浮充电流过大时，电池内产生的热量不能及时散掉，电池中将出现热量积累，从而使电池的温度升高。这样又促使浮充电流增大，最终造成电池温度和电流不断增加的恶性循环，这种现象通常称为热失控。,实验表明,：浮充电压设置在,2.28V(25,),时，,12,18,个月后，电池的容量严重下降并可导致热失控；浮充电压设置在,2.30V(25,),时，,6,8,个后可能出现热失控；浮充电压设置在,2.35V(25,),时，,4,个月后就可能出现热失控。,在通信电源系统中，阀控铅蓄电池组通常都由,24,只单体电池串联组成。开关整流器的浮充电压应当设置在,54V(2.25V,24),或,54.5V(2.27V,24),。但是，目前有一些开关整流器的浮充电压设置在,52V,，这样，标准型阀控铅蓄电池将长期充不足电。另外，也有一些开关整流器为了不进行均衡充电，浮充电压设置得过高，这样也将严重影响电池寿命。,加速寿命试验表明,，浮充电压与规定值相差,5,，电他的浮充寿命将缩短一半。,2,）浮充电压与温度的关系,浮充电压的温度系数约为：,-3mv/,温度每升高，单体电池的浮充电压应当下降,3mv,电池,温度,/,0,5,10,150,20,25,30,35,40,2.15,2.20,2.25,2.30,2.35,2.40,单体电压,/V,试验表明,，在浮充电压不变的条件下，环境温度升高,10,，阀控铅蓄电池的浮充电流将增加,10,倍,3,）浮充寿命与环境温度的关系,加速寿命试验结果表明，,在,25,度时，国外阀控铅蓄电池的浮充寿命可达,20,年，国产,2V,阀控铅蓄电池的浮充寿命也可达到,10,年以上。,在浮充状态下，阀控铅蓄电池能够正常供电的时间称为浮充寿命。,寿命,年,15.6,21.1,25,26.7,32.2,37.8,43.3,48.9,0,5,10,15,20,25,温度,/,环境温度升高后，浮充电流增大，板栅腐蚀加速，产生氢气的电位降低，电池内将发生电解水反应。同时，温度越高，电解液中水分蒸发得越快。通常温度每升高,10,C,，水分蒸发损失约增加一倍，水分减少后，电池的容量下降，寿命也随之减短。,以看出，当环境温度从,25,C,上升到,43,C,时，阀控铅蓄电池的浮充寿命将从,20,年下降到,5,年。因此，为了延长寿命，阀控铅蓄电池应当安装在有空调的房间内。此外，安装时，各单体电池之间应留空隙，避免太阳照射，远离开关整流器等热源，采用多层安装时，层数不要太多。,电池,2,、均衡充电,阀控铅蓄电池组深度放电或长期浮充供电时，单体电池的电压和容量都可能出现不平衡，为了消除不平衡，必须适当提高充电电压，称之为均衡充电。,电池,1,）均衡充电的时机,电信电源维护规程,两只以上单体电池的浮充电压低于,2.18,伏,放电深度超过,20%,（放出的电量超过额定容量的,20%,）,闲置时间超过三个月,全浮充时间超过,3,个月,2,）均衡充电电压设置,恒压限流充电法：环境温度为,25,时，单体阀控铅蓄电池的,均衡充电电压应设置在,2.35,伏,，充电电流应小于,0.25C,10,A,C,10,为蓄电池,10,小时率放电容量,通信电源系统中，采用,24,只单体电池串联，因此，开关整流器的均衡充电电压应设置在,56.4,伏,(2.35V24),。,电池,3,）均衡充电电压与环境温度的关系,环境每升高,1,，单体电池的均衡充电电压应下降,3mv,。,注意：,均衡充电结束后，必须立即转入浮充状态，否则会严重过充电而影响寿命。,电池,40,30,20,10,0,40,10,20,30,50,60,环境温度,/,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,单体电压,/V,4,）均衡充电时间设置,均衡充电时间与充电电压和充电电流有关。当均衡充电电流为,0.25C,10,A,时，当均衡充电电压设置为,2.35V,时，充入额定容量的,100%,所需时间为,6h,，充入额定容量的,105%,所需时间约为,9h,。设置的均衡充电电压改变时，均衡充电时间应相应改变。,在实际应用过程中，若均衡充电时间过短，则蓄电池充不足电，若均衡充电时间设置过长，蓄电池将过充电。为了延长蓄电他的使用寿命，必须根据均衡充电电压和电流，精确地设置均衡充电时间。,电池,3.,补充电,阀控铅蓄电池长期开路存放时，电池的容量将因自放电而损失。为了保证电池具有足够的容量，使用前，应根据电池的开路电压，判断电池的剽余容量，然后采用不同的方法对蓄电池进行的充电。,开路电压与剩余容量的关系,1.99,自放电剩余容量,/%,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,1.93,1.95,1.97,2.01,2.03,2.05,2.07,2.09,电池开路电压,/V,充电方法当剩余容量小于,80,时，应进行均衡充电；当均衡充电的电流连续三小时不变时，再转入浮充充电。,注意：,阀控铅蓄电池在存放过程中，为了避免因过放电而损坏，每隔三个月或半年，也应当进行一次补充电。,电池,4.,循环充电,蓄电池循环使用时，放出一定电量后，应当及时充电，这种充电称为循环充电。,1,）,循环充电电压设置,阀控铅蓄电池循环使用时，通常放出的电量远远大于额定容量的,20,。为了使活性物质充分进行化学反应，充电电压应略高于均衡充电电压，通常设置在,2.40V,到,2.45V,之间，,但充电电流也应限制在,0.25C,10,A,以内。,2,）,循环寿命,阀控铅蓄电池循环使用时，容量下降到额定容量的,50,时，蓄电池完成的充放电循环次数，称为循环寿命。,阀控铅蓄电池的循环寿命随电池放电深度增大而迅速降低。可以看出，,12V,系列阀控铅蓄电池放电深度为,30,时，循环寿命可达,1200,次；当放电深度为,100,时，循环寿命小于,400,次。因此，阀控电池循环充放电时，为了延长寿命，应当尽量避免深度放电。,电池,五、阀控铅蓄电池放电控制技术,电池,放电电流越大，放电终了电压越低。,采用不同放电速率放电时，阀控铅蓄电池的终了电压也不同。在通信电源系统中，通常阀控铅蓄电池的放电速率为,0.02C,10,、,0.1C,10,、,0.2C,10,或,0.3C,10,(,为蓄电池,10,小时率放电率,),。阀控铅蓄电池应用过程中，应当尽可能避免放电速率过小。,放电特性,蓄电池,放电终止电压设定：,在通信电源系统中，开关整流器通常都将阀控铅蓄电池组的放电终止电压设置在,43V,。单体电池的终止电压约为,1.80V,。,放电速率（,C,10,）,0.01,0.025,0.05,0.25,0.30,0.55,0.65,2,终止电压（,V,）,2.00,1.80,1.75,1.60,1,电池在使用中，每月要检查一次浮充电压，单个电池的浮充电压低于,2.20V,时，则应对整组电池进行均衡充电。方法是：在,25,5,的环境下，限制初始电流不得超过,0.25 C,10,A,，恒定电压为,2.35,2.40V,，充电,24,48h,。,2,避免过电流充电和过电压充电。前者会损坏电池内部正负极板，使电池电量下降；后者会使电池中电解液的水大量电解，使电解液浓度增大，导致蓄电池寿命缩短，甚至烧坏。,3,避免用快速充电器充电，否则会使蓄电池处于,“,瞬时过流充电,”,和,“,瞬时过压充电,”,状态，造成蓄电池可供使用电量下降甚至损坏蓄电池。应使用具有恒流和恒压作用的充电器充电。,4,避免短路放电或过度放电。否则，会严重损坏蓄电池的再充电能力和蓄电能力，缩短使用寿命。电池放电后，要及时进行再充电。,六、阀控铅蓄电池,的使用,电池,5,电池长期处于市电供电状态时，应每隔一段时间对电池进行一次人为断电，让电池工作一段时间，以激活蓄电池的充放电能力，延长其使用寿命。,6,电池,长期不用时，每隔一段时间须充电一次。蓄电池的充电间隔时间与环境温度密切相关，温度越高，充电时间间隔越短。,7,蓄电池应在,O,一,30,的环境温度下使用。环境温度过高，会缩短其使用寿命；环境温度过低，释放的电量会大大减少。,8,在电池供电时，电池放电电流不宜过小，否则会造成电池使用寿命的快速缩短和电池内阻反常增大。因电池电压过低而自动关机，此时不能再开机继续使用，以免电池因过度放电而损坏。,电池,由,PN,结，金属栅状上电极、金属下电极、减反射膜和背反射器等组成。,一、太阳能电池的组成,电池,第三节 太阳能电池,PN,结,背反射器,金属底电极,金属栅状电极,P,型衬层材料,减反射模,N,一层,二、硅太阳能电池的工作原理,光生伏特效应,电池,当阳光照射半导体时，共价键中的电子因获得足够的光子能量而摆脱共价键的束缚，成为可以自由移动的电子，原来的共价键上就留下一个空穴。因此，半导体经太阳光的照射后就会产生一些电子,空穴对。这些非平衡的电子一空穴对进入,PN,结的空间电荷区。受自建电场的作用，电子和空穴向相反的方向运动，使,PN,结两侧出现电荷积累，产生与,PN,结自建电场方向相反的光生电场，产生了光生电动势。这就是,“,光生伏特效应,”,。,太阳能电池方阵：,若干太阳能电池组件按一定方式连接后，再配上适当的支架及接线盒，即构成太阳能电池方阵，它的作用是将太阳辐射直接转换为电能。,三、太阳能供电系统,电池,蓄电池,太阳电池方阵,控制器,负载,太阳能电池发电系统框图,太阳能电池发电系统,(,又称光伏发电系统,),，可以作独立电源，也可与发电机等组成混合发电系统，还可与电网联接，向电网输送电力。,1,、组成,太阳能电池发电系统主要由太阳能电池方阵、蓄电池、控制器以及阻塞二极管组成。,蓄电池组：,蓄电池组是太阳能电池方阵的贮能装置，它的作用是将有日照时方阵发出的多余电能贮存起来，在晚间或阴雨天供负载使用。,2.,工作过程,电池,控制器：,控制器主要由各种电子元器件、仪表、继电器、开关等组成。它的主要功能是防止过充电、过放电并保证稳压供电。如果负载要求交流供电，系统中还应配置逆变器。,阻塞二极管：,防止无日照时，蓄电池通过太阳能电池方阵放电。其工作电流需大于方阵最大输出电流，耐压要高于蓄电池组电压。,电池,谢谢,