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如何理解免維護(hù)鉛酸蓄電池

人們常說的免維護(hù)蓄電池正規(guī)名稱叫做閥控式密封鉛酸蓄電池。閥控式密封鉛酸蓄電池從外表看，有外殼、閥蓋、接線端子。接線端子周邊的密封材料分別用紅色和黑色(或者藍(lán)色)來表明正極和負(fù)極。 12V的電池內(nèi)部分為6個獨立的相互隔絕的單格，每個單格內(nèi)有用各自的匯流導(dǎo)體連接的正極板群和負(fù)極板群。鉛酸蓄電池的極板猶如鋼筋水泥的結(jié)構(gòu)，是在合金絲的篩網(wǎng)狀的骨架上涂敷（或者軋制）活性物質(zhì)形成的：正極板上的物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），負(fù)極板上的物質(zhì)是絨狀鉛（Pb）。每一個正、負(fù)極板之間都隔著多孔的超細(xì)纖維物質(zhì)（也有使用二氧化硅膠物質(zhì)填充的），其中吸附著硫酸（H2SO4）電解液，這個纖維物質(zhì)（或硅膠物質(zhì)）是電化學(xué)反應(yīng)過程中液相傳輸和氣相傳輸?shù)耐ǖ溃驼?、?fù)極板群被緊密地裝配在一起，形成一個2V的電池單體。由于鉛酸蓄電池在充電時極板不可避免的會產(chǎn)生氫氣和氧氣，當(dāng)它們產(chǎn)生的過多并且來不及化和成水的時候就會在單格內(nèi)形成壓力。為了保證蓄電池正常安全的工作，每個單格都設(shè)有自己的溢氣閥，當(dāng)壓力過量時讓氣體自動逸出。相對于電池槽里裝滿電解液體的富液電池而言，閥控式密封鉛酸蓄電池內(nèi)部只蘊(yùn)含著很少的電解液，屬于貧液電池。盡管如此，由于設(shè)計時電解液有一定的冗余，并且在溢氣閥壓力的保護(hù)下只要使用合理，由氣體逸出造成的水損失極小，以至閥控蓄電池的電解液在壽命過程中基本不用補(bǔ)充，因此閥控式密封鉛酸蓄電池也被稱為免維護(hù)蓄電池。 　　　

蓄電池的電壓多少伏算正常？

人們常說：這個蓄電池電壓是12V的。這里所說的12V是指蓄電池的最基本參數(shù)——標(biāo)稱電勢（單位V）。一個鉛酸蓄電池單格標(biāo)稱電勢為2V，由6個單格串連起來的蓄電池標(biāo)稱電勢就是12V。電動車使用的電源一般都是用2到5個12V的蓄電池串連組成24V、36V、48V、60V電池組，這里都是指蓄電池組的標(biāo)稱電勢，它是由蓄電池所采用活性物質(zhì)的特性決定的理論值。實際上，不同的狀況下蓄電池的電壓和標(biāo)稱電勢存在差異。比如：一個標(biāo)稱電勢為12V的正常的鉛酸蓄電池在充電過程的末期，充電極化達(dá)到最大值，電壓可以達(dá)到14.4V或更高一點；在放電將終了時，放電極化達(dá)到最大值，電壓可以低到9V左右。而充電或者放電停止并且靜置數(shù)小時后，極化電壓（濃度極化）完全消失，這個12V的蓄電池的電勢可以在13.8V（充滿后）至11V（放完后）之間，此時的差異是蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)狀態(tài)的改變造成的。 　　　

電池容量（Ah）的含義是什么？

蓄電池的額定容量C，單位安時（Ah），它是放電電流安（A）和放電時間小時（h）的乘積。由于對同一個電池采用不同的放電參數(shù)所得出的Ah是不同的，為了便于對電池容量進(jìn)行描述、測量和比較，必須事先設(shè)定統(tǒng)一的條件。實踐中，電池容量被定義為：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所給出的電量。也可以說電池容量是：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所經(jīng)歷的時間和這個電流的乘積。為了設(shè)定統(tǒng)一的條件，首先根據(jù)電池構(gòu)造特征和用途的差異，設(shè)定了若干個放電時率，最常見的有20小時、10小時時率、電動車專用電池為2小時率，寫做C20、C10和C2，其中C代表電池容量，后面跟隨的數(shù)字表示該類電池以某種強(qiáng)度的電流放電到設(shè)定電壓的小時數(shù)。于是，用容量除小時數(shù)即得出額定放電電流。也就是說，容量相同而放電時率不同的電池，它們的標(biāo)稱放電電流卻相差甚遠(yuǎn)。比如，一個電動自行車用的電池容量10Ah、放電時率為2小時，寫做10Ah2，它的額定放電電流為10（Ah）/ 2（h）=5A；而一個汽車啟動用的電池容量為54Ah、放電時率為20小時，寫做54Ah20，它的額定放電電流僅為54（Ah）/ 20（h）=2.7A！換一個角度講，這兩種電池如果分別用5A和2.7A的電流放電，則應(yīng)該分別能持續(xù)2小時和20小時才下降到設(shè)定的電壓。上述所謂設(shè)定的電壓是指終止電壓（單位V）。終止電壓可以簡單的理解為：放電時電池電壓下降到不至于造成損壞的最低限度值。終止電壓值不是固定不變的，它隨著放電電流的增大而降低，同一個蓄電池放電電流越大，終止電壓可以越低，反之應(yīng)該越高。也就是說，大電流放電時容許蓄電池電壓下降到較低的值，而小電流放電就不行，否則會造成損害。電池在工作中的電流強(qiáng)度還常常使用倍率來表示，寫做NCh 。N是一個倍數(shù)，C代表容量的安時數(shù)，h 表示放電時率規(guī)定的小時數(shù)。在這里h的數(shù)值僅作為提示相關(guān)電池是屬于那種放電時率，所以在具體描述某個時率的電池時，倍率常常寫成NC的形式而不寫下標(biāo)。倍數(shù)N乘以容量C就等于電流A。比如20Ah電池采用0.5C倍率放電，0.5×20=10A。換一個角度舉例：某汽車啟動蓄電池容量54Ah，測得輸出電流為5.4A，那么它此時的放電倍率N為5.4 / 54=0.1C 。 　　　

鉛酸蓄電池的工作原理

1、鉛酸蓄電池電動勢的產(chǎn)生　　

鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì)--氫氧化鉛（Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子（Pb4）留在正極板上，故正極板上缺少電子　　鉛酸蓄電池充電后，負(fù)極板是鉛（Pb），與電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生反應(yīng)，變成鉛離子（Pb2），鉛離子轉(zhuǎn)移到電解液中，負(fù)極板上留下多余的兩個電子（2e）?！　】梢?，在未接通外電路時（電池開路），由于化學(xué)作用，正極板上缺少電子，負(fù)極板上多余電子，如右圖所示，兩極板間就產(chǎn)生了一定的電位差，這就是電池的電動勢?！?　　　

2、鉛酸蓄電池放電過程的電化反應(yīng)　　

鉛酸蓄電池放電時，在蓄電池的電位差作用下，負(fù)極板上的電子經(jīng)負(fù)載進(jìn)入正極板形成電流I。同時在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?！　∝?fù)極板上每個鉛原子放出兩個電子后，生成的鉛離子（Pb2）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）?！　≌龢O板的鉛離子（Pb4）得到來自負(fù)極的兩個電子（2e）后，變成二價鉛離子（Pb2），，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（O-2）與電解液中的氫離子（H）反應(yīng)，生成穩(wěn)定物質(zhì)水。　　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(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電?！　》烹姇rH2SO4濃度不斷下降，正負(fù)極上的硫酸鉛（PbSO4）增加，電池內(nèi)阻增大（硫酸鉛不導(dǎo)電），電解液濃度下降，電池電動勢降低。 　　　

3、鉛酸蓄電池充電過程的電化反應(yīng)　

充電時，應(yīng)在外接一直流電源（充電極或整流器），使正、負(fù)極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來?！　≡谡龢O板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負(fù)離子（SO4-2），由于外電源不斷從正極吸取電子，則正極板附近游離的二價鉛離子（Pb2）不斷放出兩個電子來補(bǔ)充，變成四價鉛離子（Pb4），并與水繼續(xù)反應(yīng)，最終在正極極板上生成二氧化鉛（PbO2）。　　在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價鉛離子（Pb2）和硫酸根負(fù)離子（SO4-2），由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的二價鉛離子（Pb2）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上?！　‰娊庖褐?，正極不斷產(chǎn)生游離的氫離子（H）和硫酸根離子（SO4-2），負(fù)極不斷產(chǎn)生硫酸根離子（SO4-2），在電場的作用下，氫離子向負(fù)極移動，硫酸根離子向正極移動，形成電流。　　充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會發(fā)生水的電解反應(yīng)?！?　　　

4、鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化　

從上面可以看出，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?！纳厦婵梢钥闯?，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?！嶋H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。免維護(hù)鉛酸蓄電池的使用與維護(hù)近年來，隨著電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造的深入，使用開關(guān)電源技術(shù)制造的高頻開關(guān)電源和免維護(hù)鉛酸蓄電池有了較廣泛的應(yīng)用。但由于運(yùn)行經(jīng)驗不足，對直流電源尤其是蓄電池的維護(hù)不到位，使得直流電源的可靠性得不到有效保證。 　　　

存在問題 2010年8月，某單位110kV變電所發(fā)生火災(zāi)，高壓室嚴(yán)重?zé)龤?。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)交流失壓后，二次系統(tǒng)失去電源，保護(hù)裝置無法動作，后經(jīng)檢查直流電源系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)有8只蓄電池的端電壓幾乎為零，這8只蓄電池內(nèi)阻很大，直流無法輸出，使事故擴(kuò)大。直流電源裝置中的關(guān)鍵設(shè)備是蓄電池組，事故暴露出運(yùn)行人員在直流電源，尤其是蓄電池維護(hù)方面知識的欠缺，錯誤地認(rèn)為免維護(hù)蓄電池就不必維護(hù)，因而沒有定期對蓄電池進(jìn)行均衡充電，使電池一直工作在浮充狀態(tài)，單體電池的電壓和容量出現(xiàn)的不平衡現(xiàn)象沒有得到及時處理，致使電池?fù)p壞，直流裝置如同虛設(shè)。

（2）免維護(hù)蓄電池的含義

閥控式鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點是在充電時正極板上產(chǎn)生的氧氣，通過再化合反應(yīng)在負(fù)極板上還原成水，使用時在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護(hù)，所以又稱為免維護(hù)鉛酸蓄電池。可見，免維護(hù)只是與普通蓄電池相比，運(yùn)行中免去了添加純水或蒸餾水，調(diào)整電解液液面的項目，并非免去一切維護(hù)工作。