电池简介

技术特点

相关参数(电池容量? 电池内阻 循环寿命 电池能量 储存性能)

同名图书(基本信息 简介 目录)

电池简介

阀控式密封铅酸蓄电池就是VRLA电池。

英语全称为：Valve Regulated Lead Acid Battery

它诞生于20世纪70年代，到1975年时，在一些发达国家已经形成了相当的生产规模，很快就形成了产业化并大量投放市场。这种电池虽然也是铅酸蓄电池，但是它与原来的铅酸蓄电池相比具有很多优点，而倍受用户欢迎，特别是让那些需要将电池配套设备安装在一起(或一个工作间)的用户青睐，例如UPS、电信设备、移动通信设备、计算机、摩托车等。这是因为VRLA电池是全密封的，不会漏酸，而且在充放电时不会象老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备，污染环境，所以从结构特性上人们把VRLA电池又叫做密闭（封）铅酸蓄电池。为了区分，把老式铅酸蓄电池叫做开口铅酸蓄电池。由于VRLA电池从结构上来看，它不但是全密封的，而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀，所以VRLA铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密闭铅酸蓄电池”阀控式铅酸蓄电池的密封机理

铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时（一般在2.30V/单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：

（1）采用多元优质板栅合金，提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体（25℃）以上时释放气体。采用优质多元合金后，在2.35V/单体（25℃）以上时释放气体，从而相对减少了气体释放量。

（2）让负极有多余的容量，即比正极多出10%的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水，即O2+2Pb→2PbO+2H2SO4→H2O+2PbSO4，使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。

（3）为了让正极释放的氧气尽快流通到负极，必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新型超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上，从而使氧气易于流通到负极，再化合成水。另外，超细玻璃纤维隔板具有将硫酸电解液吸附的功能，因此即使电池倾倒，也无电解液溢出。

（4）采用密封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。

在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维电池的由来。但是，免维的含义并不是任何维护都不做，恰恰相反，为了提高阀控式密封铅酸蓄电池的使用寿命，有许多维护工作等着我们去做，正确的使用方法只有在做中才能探索出来。

技术特点

铅酸蓄电池的电性能用下列参数量度：电池电动势、开路电压、终止电压、工作电压、放电电流、容量、电池内阻、储存性能、使用寿命（浮充寿命、充放电循环寿命）等。

相关参数

当蓄电池用导体在外部接通时，正极和负极的电化反应自发地进行，倘若电池中电能与化学能转换达到平衡时，正极的平衡电极电势与负极平衡电极电势的差值，便是电池电动势，它在数值上等于达到稳定值时的开路电压。电动势与单位电量的乘积，表示单位电量所能作的最大电功。但电池电动热与开路电压意义不同：电动势可依据电池中的反应利用热力学计算或通过测量计算，有明确的物理意义。后者只在数字上近于电动势，需视电池的可逆程度而定。

电池在开路状态下的端电压称为开路电压。电池的开路电压等于电池正极电极电势与负极电极电势之差。

电池工作电压是指电池有电流通过（闭路）的端电压。在电池放电初始的工作电压称为初始电压。电池在接通负载后，由于欧姆电阻和极化过电位的存在，电池的工作电压低于开路电压。

电池容量?

电池容量?

电池容量是指电池储存电量的数量，以符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时（mAh）。

电池的容量可以分为额定容量（标称容量）、实际容量。

（1）额定容量

额定容量是电池规定在在25℃环境温度下，以10小时率电流放电，应该放出最低限度的电量(Ah)。

a、放电率。放电率是针对蓄电池放电电流大小，分为时间率和电流率。

放电时间率指在一定放电条件下，放电至放电终了电压的时间长短。依据IEC标准，放电时间率有20，10，5，3，1，0.5小时率及分钟率，分别表示为：20Hr，10Hr，5Hr，3Hr，2Hr，1Hr，0.5Hr 等。

b、放电终止电压。铅蓄电池以一定的放电率在25℃环境温度下放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终了电压。大多数固定型电池规定以10Hr放电时（25℃）终止电压为1.8V/只。终止电压值视放电速率和需要而定。通常，为使电池安全运行，小于10Hr的小电流放电，终止电压取值稍高，大于10Hr的大电流放电，终止电压取值稍低。在通信电源系统中，蓄电池放电的终止电压，由通信设备对基础电压要求而定。

放电电流率是为了比较标称容量不同的蓄电池放电电流大小而设的，通常以10小时率电流为标准，用I10表示，3小时率及1小时率放电电流则分别以I3、I1表示。

c、额定容量。固定铅酸蓄电池规定在25℃环境下，以10小时率电流放电至终了电压所能达到的额定容量。10小时率额定容量用C10表示。10小时率的电流值为C10/10。

其它小时率下容量表示方法为：3小时率容量(Ah)用C3表示， 在25℃环境温度下实测容量(Ah)是放电电流与放电时间(h)的乘积，阀控铅酸固定型电池C3和I3值应该为：

C3=0.75 C10(Ah)

I3=2.5 I10(h)

1小时定容量(Ah)用C1表示，实测C1和I1值应为C1=0.55 C10(Ah)

I1=5.5 I10(h)

（2）实际容量

实际容量是指电池在一定条件下所能输出的电量。它等于放电电流与放电时间的乘积，单位为Ah。

电池内阻

电池内阻包括欧姆内阻和极化内阻，极化内阻又包括电化学极化与浓差极化。内阻的存在，使电池放电时的端电压低于电池电动势和开路电压，充电时端电压高于电动势和开路电压。电池的内阻不是常数，在充放电过程中随时间不断变化，因为活性物质的组成、电解液浓度和温度都在不断地改变。

欧姆电阻遵守欧姆定律；极化电阻随电流密度增加而增大，但不是线性关系，常随电流密度的对数增大而线性增大。

循环寿命

蓄电池经历一次充电和放电，称为一次循环（一个周期）。在一定放电条件下，电池工作至某一容量规定值之前，电池所能承受的循环次数，称为循环寿命。

各种蓄电池使用循环次数都有差异，传统固定型铅酸电池约为500~600次，起动型铅酸电池约为300~500次。阀控式密封铅酸电池循环寿命为1000~1200次。影响循环寿命的因素一是厂家产品的性能，二是维护工作的质量。固定型铅电池用寿命，还可以用浮充寿命（年）来衡量，阀控式密封铅酸电池浮充寿命在10年以上。

对于起动型铅酸蓄电池，按我国机电部颁标准，采用过充电耐久能力及循环耐久能力单元数来表示寿命，而不采用循环次数表示寿命。即过充电单元数应在4以上，循环耐久能力单元数应在3以上。

电池能量

电池的能量是指在一定放电制度下，蓄电池所能给出的电能，通常用瓦时（Wh）表示。

电池的能量分为理论能量和实际能量。理论能量W理可用理论容量和电动势（E）的乘积表示，即

W理=C理E

电池的实际能量为一定放电条件下的实际容量C实与平均工作电压U平的乘积，即

W实=C实U平

常用比能量来比较不同的电池系统。比能量是指电池单位质量或单位体积所能输出的电能，单位分别是Wh/kg或Wh/L。

比能量有理论比能量和实际比能量之分。前者指1 kg电池反应物质完全放电时理论上所能输出的能量。实际比能量为1 kg电池反应物质所能输出的实际能量。

由于各种因素的影响，电池的实际比能量远小于理论比能量。实际比能量和理论比能量的关系可表示如下：

W实= W理·KV·KR·Km

式中 KV—电压效率； KR—反应效率； Km—质量效率。

电压效率是指电池的工作电压与电动势的比值。电池放电时，由于电化学极化、浓差极化和欧姆压降，工作电压小于电动势。

反应效率表示活性物质的利用率。

电池的比能量是综合性指标，它反映了电池的质量水平，也表明生产厂家的技术和管理水平。

储存性能

蓄电池在贮存期间，由于电池内存在杂质，如正电性的金属离子，这些杂质可与负极活性物质组成微电池，发生负极金属溶解和氢气的析出。又如溶液中及从正极板栅溶解的杂质，若其标准电极电位介于正极和负极标准电极电位之间，则会被正极氧化，又会被负极还原。所以有害杂质的存在，使正极和负极活性物质逐渐被消耗，而造成电池丧失容量，这种现象称为自放电。

电池自放电率用单位时间内容量降低的百分数表示：即用电池贮存前（C10’）（C10”）容量差值和贮存时间T（天、月）的容量百分数表示。

同名图书

基本信息

书名:阀控式铅酸蓄电池

ISBN:711119908

作者:(澳)兰德|译者:郭水榔

出版社:机械工业出版社

定价:58

页数:502

出版日期:2007-1-1

版次: 1

开本:32开

简介

本书是国外电气工程名著译丛之一，是一部关于阀控式铅酸蓄电池的理论研究专著，内容包括铅酸蓄电池原理和动力学机理、板栅合金、活性物质添加剂、固化、化成、制造工艺、新型隔板、充电方法改进以及克服电池早期容量损失的有效方法；全书还对电动车辆电池要求、发展趋势、42V电气系统、电池组管理以及电池回收再利用进行了较为系统的论述。

目录

译者的话

前言

第1章 阀控式铅酸蓄电池——铅酸蓄电池工艺的变迁

P.T.Moseley D.A.J.Rand

1.1铅酸蓄电池——能源持续性的一种关键技术

1.2铅酸蓄电池

1.3阀控式铅酸蓄电池

1.4铅酸蓄电池的热管理

1.4.1热产生

1.4.2热散发

1.5未来的挑战

参考文献

第2章 阀控式铅酸蓄电池的铅合金 R.D.Prengainan

2.1无sb板栅合金

2.2纯Pb正极板栅

2.3 Pb—Ca合金

2.4 sn添加到纯Pb及Pb-Ca合金中

2.5 Pb-Ca-Sn合金

2.5.1晶粒结构

2.5.2浇铸的Pb-Ca-Sn合金力学性能

2.5.3Al添加剂

2.5.4 Pb-Ca-Sn合金的腐蚀

2.5.5 sn对电池板栅导电性的影响

2.5.6 Pb-Sn-Ca合金中添加Ag

2.6 Pb-Sb-Cd合金

参考文献

第3章 铅酸蓄电池的化成及正负极活性物质结构 D.Pavlov

3.1前言

3.1.1铅酸蓄电池极板制造

3.1.2浸酸及化成现象概述

3.2极板浸酸过程

3.2.1阀控式铅酸蓄电池的灌酸过程

3.2.2浸酸期间化学晶带的形成过程

3.2.3固化的三碱式硫酸铅铅膏的浸酸过程

3.2.4固化的四碱式硫酸铅铅膏的浸酸过程

3.3正极板的化成

3.3.1化成过程热力学

3.3.2三碱式硫酸铅铅膏化成为正极活性物质的反应

3.3.3三碱式硫酸铅铅膏化成为正极活性物质期间晶带的形成

3.3.4β-Pb02与a—Pb02比率及对正极板容量的影响

3.3.5正极活性物质结构

3.3.6 Pb02颗粒胶体.晶体的形成

3.3.7 Pb02颗粒形成的机理

3.3.8正极活性物质中微孔结构的形成及作用

3.3.9碱式硫酸铅对正极板循环寿命的影响

3.3.10四碱式铅膏极板化成的反应

3.3.11电流集流体表面对板栅/正极活性物质界面上硫酸铅晶粒形成的影响

3.4负极板的化成

3.4.1化成过程热力学

3.4.2负极板化成期间的反应

3.4.3 晶带形成过程

3.4.4负极活性物质结构

3.4.5化成期间负极板微孔结构的变化

3.4.6膨胀剂对负极活性物质的影响

3.4.7膨胀剂结构对电池电性能的影响

3.5化成工艺

3.5.1化成过程工艺参数

3.5.2正负极板化成的各阶段

3.5.3正极板化成恒流(恒压)充电方法.

3.6总结

参考文献

第4章 加快化成及改善电池性能的正极添加剂

K.R.Bullock T.C.Dayton.

4.1前言

4.2添加剂影响的模拟

4.3非导电添加剂

4.3.1中空玻璃微球

4.3.2羧甲基纤维素(CMC)

4.3.3硅胶

4.3.4其它添加剂

4.4导电添加剂

4.4.1铅酸钡

4.4.2氧化钛.

4.4.3导电聚合物

4.4.4 SnO2

4.4.5硼化铁

4.4.6镀铅玻璃丝

4.4.7碳

4.4.8氧化铅

4.5化学活性添加剂

4.5.1硫酸盐

4.5.2磷酸盐

4.5.3铋

4.5.4聚乙烯磺酸及盐

4.6结论

参考文献

第5章 阀控式铅酸蓄电池负极板 K.Peters

5.1前言

5.2基本电化学特性

5.3负极板添加剂

5.3.1碳

5.3.2硫酸钡

5.3.3有机添加剂

5.4充电影响

5.5内催化剂的使用

5.6总结

参考文献

第6章 阀控式铅酸蓄电池中隔板的功能 M.J.Weilghall

6.1前言

6.2吸附式玻璃棉(AGM)的特性

6.2.1 AGM的润湿性能

6.2.2 AGM材料的物理性质

6.3胶体电池

6.4隔板的性质及功能

6.4.1压缩特性

6.4.2氧循环与再化合效率

6.4.3分层与干涸

6.5未来的发展趋势

参考文献

第7章 阀控式铅酸蓄电池的隔板材料 K.Ihinels WBfhnstedt

7.1前言

7.2隔板现状

7.2.1 吸附式玻璃棉(AGM)隔板

7.2.2胶体电池的隔板

7.3阀控式铅酸蓄电池(VRLA)隔板的发展趋势

7.4隔板的发展

7.4.1改进的隔板

7.4.2可选择的其它隔板

7.5结论

参考文献

第8章 电池管

A.Jossen

8.1前言

8.2电池管理系统的任务

8.3电池管理系统的设计

8.4电池数据采集

8.5电池状态的确定

8.5.1电池荷电状态

8.5.2电池健康状态

8.6电池的电气管理

8.6.1充电控制

8.6.2放电过程控制

8.6.3多电池组系统

8.7电池的热管理

8.7.1空气系统

8.7.2液相系统

8.7.3电气系统

8.7.4被动冷却系统和隔热

8.7.5相转变材料

8.7.6其它系统

8.8电池历史数据存储

8.9电池的安全管理

8.10系统通信

8.11结论

参考文献

第9章 阀控式铅酸蓄电池的充电技术

R.F.‰

9.1前言

9.1.1基本充电过程——化学反应及副反应

9.1.2传统的充电方法

9.2阀控式铅酸蓄电池的充电过程

9.2.1氧循环和饱和度

9.2.2气体传输和氧循环

9.2.3过充电过程

9.3阀控式铅酸蓄电池的现有充电方法

9.3.1浮充充电

9.3.2循环充电

9.3.3快速充电

9.3.4充电终止策略

9.3.5电池充电的失效模式

9.4发展和优化的充电方法

9.4.1浮充充电的优化方法.

9.4.2循环充电的优化方法

9.4.3部分荷电状态循环——正在研究的充电方法

9.5总结与结论

参考文献

第10章 供电网中的蓄电池储能系统

C.D.Parker J.Garche

10.1前言

10.2历史回顾

10.3储能技术

10.3.1铅酸(和先进的)蓄电池

10.3.2超级电容器

10.3.3飞轮

10.3.4超导磁场的能量存储(S：MES)

10.4储能应用

10.4.1快速备用(发电)

10.4.2区域控制和频率响应备用(发电)

10.4.3日常储存(发电)

10.4.4传输系统稳定性(传输与配电(幽))

10.4.5传输电压调节(传输与配电)

10.4.6传输设施延迟(传输与配电)

10.4.7配电设施延迟(传输与配电)

10.4.8可再生能源管理(用户服务)

10.4.9用户能源管理(用户服务)

10.4.10功率品质与可靠性(用户服务)

10.5蓄电池储能系统

10.5.1德国熏瑙电力公司(Elektfizitatswerk Hammermuehle)

lO.5.2德国柏林能源电力联合股份公司(BEWAG AG)

10.5.3德国柏林索斯特哈根蓄电池AG

10.5.4美国北卡罗来纳州斯泰茨维尔的新月电子会员公司

10.5.5美国加利福尼亚州奇诺的南加利福尼亚爱迪生公司

10.5.6美国威斯康星州密尔沃基的约翰逊控制有限公司-

10.5.7波多黎各电力局

10.5.8美国加利福尼亚州弗农的GNB技术公司

10.5.9美国阿拉斯加的Metlakatia

10.5.10德国的赫恩和博霍尔德

10.5.11 PQ2000

10.6功率转换

10.6.1 基本概念

10.6.2开关问题

10.6.3 性能问题

10.7成本问题.

10.8结论

参考文献

第11章 阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用——车辆制造商的前景 R.D.Brost

11.1前言

11.1.1电池选择过程

11.1.2子系统描述

11.1.3初始设计阶段

11.1.4失效模式和影响分析

11.1.5设计鉴定计划

11.1.6未来的电气负载

11.1.7环境

11.1.8成本

11.1.9可靠性

11.1.10安全性

11.1.11免维护

11.1.12减轻重量

11.2阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用

11.2.1汽车工业感兴趣的vRLA电池特性

11.2.2电驱动系统

11.3汽车应用

11.3.1 12V汽车电池

11.3.2 42V汽车电池

11.3.3软混合电动车

11.3.4串一并联型混合电动车

11.3.5电动车

11.4结论

参考文献

第12章 阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用——电池制造商的前景 G.Richter E.Meismer

12.1前言

12.2汽车电池及车辆电气系统的发展历史

12.2.1 发展初期

12.2.2 20世纪的车辆供电系统和汽车电池的发展

12.2.3未来十年车辆电气系统的预期变化和汽车电池的相应需尊

12.3汽车电池的设计、构件和制造

12.3.1构件

12.3.2特殊设计/特殊应用

12.3.3极板组装——极群组和螺旋式卷绕.

12.3.4车辆使用的AGM和胶体技术

12.3.5标准车辆供电系统使用的12V VRIA汽车电池

12.3.6 42V电网使用的36V VIIIA汽车电池

12.4 vmA电池在汽车中的应用及其与车辆的相互影响

12.4.1目前车辆电气系统中的VRIA电池

12.4.2新部件、新操作策略车辆中的VRIA汽车电池

12.4.3vRIA电池的状态检测和管理

12.5电性能数据

12.6前景展望

参考文献

第13章 通信和UPS电源应用中的阀控式铅酸蓄电池 R.Wanger

13.1前言

13.2阀控式铅酸蓄电池技术的特点

13.2.1正极板栅腐蚀

13.2.2使用寿命的改进

13.3胶体电池

13.4AGM电池

13.5固定应用的大电池

13.6备用电池发展趋势

13.6.1连续的极板制造过程

13.6.2卷绕技术

13.6.3先进隔板

13.7结论

参考文献

第14章 边远地区供电系统和阀控式铅酸蓄电池 R.H.Newnham

14.1边远地区供电系统的需求

14.2边远地区供电系统的组成

14.2.1电池组

14.2.2柴油发电机

14.2.3光伏列阵

14.2.4风力发电机

14.2.5水轮发电机

14.2.6逆变器

14.2.7控制系统

14.3边远地区供电系统的设计

14.3.1边远地区直流供电系统

14.3.2边远地区交流供电系统

14.4边远地区供电系统的阀控式铅酸蓄电池.

14.4.1优点

14.4.2缺点.

14.4.3失效模式

14.4.4更好的设计特性

14.4.5最近发展

14.4.6先进的操作方法

参考文献

第15章 铅酸蓄电池的回收与再利用 M.W.Stevenson

15.1前言

15.2电池的收集与处理

15.2.1电池收集

15.2.2电池处理

15.3回收与精炼

15.3.1火法冶炼

15.3.2湿法冶炼

15.3.3铅的精炼及合金制造

15.4二次铅工业面临的挑战.

15.4.1处理和回收

15.4.2精炼

15.4.3银

15.4.4锑

15.4.5催化剂元素

15.4.6其它元素

参考文献

第16章 阀控式铅酸蓄电池再利用的环境问题

C.J.Boreiko B.Wilson

16.1前言

16.2回收利用的理由

16.3回收率

16.4废旧阀控式铅酸蓄电池的收集

16.5废旧阀控式铅酸蓄电池的运输

16.6回收过程

16.7回收选择

16.8监测与控制排放

16.9工作场地的工艺控制

16.10过程排放控制

16.11废气的检验与分析

16.12生物学监测

16.13呼吸保护

16.14员工的福利设施

16.14.1位置

16.14.2隔离

16.14.3控制

16.15废水控制

16.16国际公约和协议

16.16.1巴塞尔公约

参考文献

第17章 阀控式铅酸蓄电池的未来巨大挑战——新一代道路交通工具的高倍率部分荷电状态用途

A.Cooper L.T.IAlln’P.T.Moseley D.A.J.Rand

17.1未来车辆电气系统

17.2高倍率部分荷电状态(IIRPSoC)用途的挑战

17.3高倍率部分荷电状态用途下硫酸铅的积累机理

17.4高倍率充电期间副反应的控制

17.4.1痕量元素控制

17.4.2隔板设计

17.4.3碳总量

17.5高倍率部分荷电状态用途下的板栅设计

17.6极板厚度的作用

17.7结论

参考文献

附录 本书中使用的缩写符号及名称

附录A 缩写符号

附录B 物理量符号及单位