圣阳培训手册11.docx

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圣阳培训手册11

SACREDSUN

圣阳牌GFM系列

阀控式密封铅酸蓄电池使用维护

培训手册

曲阜圣阳电源实业有限公司

2003年8月编制

（8月30日发送景总，并由景总与沈乃琳协定封面设计可否或重新设计）

前言

铅酸蓄电池诞生至今虽已有一百多年历史，但它仍是应用得最为广泛的一种二次电池，在电讯设备、能源和交通运输等方面，铅蓄电池起着重要的作用。

最近几年，随着电子技术，特别是通信和电力事业的发展，为阀控式密封铅蓄电池提供了发展之良机，整个蓄电池行业呈现出良好的发展势头。

本公司作为国内最早的阀控式密封铅酸蓄电池生产厂家之一，近几年也取得了长足的发展，产品品种不断丰富，产品应用领域不断扩大。

这随之而来的是要求公司相关人员应掌握一定的铅酸蓄电池的基本知识，以满足产品开发、市场开发和客户服务工作的需要。

本手册编制的目的在于向从事客户服务、市场开发和电池运行维护人员介绍铅酸蓄电池的基本原理和蓄电池安装、运行维护基本知识，既可作为公司对内部人员技术培训手册，又可作为公司对客户进行外部培训的教材，同时也可作为公司内部从事铅蓄电池研究、生产、质量控制等工作的有关工程技术人员工作参考资料。

铅蓄电池的内容是极为丰富的，本手册因篇幅和编者的能力所限，以及使用的对象限制，只能重点介绍铅蓄电池基础理论和运行维护方面的有关知识和要求，对基本的电化学原理和产品设计等专业性很强的知识，则涉及很少。

为了讨论方便和阅读，本书第一章概要地介绍了铅蓄电池的发展，第二章至第五章则简要地介绍了铅蓄电池的定义、胶体和AGM两类技术的产品比较以及阀控式铅酸蓄电池基本原理、基本结构。

第六章至第九章介绍了阀控铅酸蓄电池性能参数、圣阳公司产品的性能指标、自放电和电池设计方面的基本知识，以开拓非产品研发人员和电池使用人员的技术视野，增加该类人员对阀控铅酸蓄电池设计技术了解。

第十章至第十四章则详细介绍了产品的安装、使用、维护和故障分析和排除等方面的知识和经验，利于客户服务人员，市场开发人员能为用户提供可信的服务，同时也利于电池使用、维护人员掌握产品正确的使用方法和解决电池使用过程中发生一般故障的能力。

第十五章是为了便于检查培训和学习效果而编制的思考题，附件是思考题的参考答案。

本手册的编写是公司多年工作经验的积累，同时参考了有关的技术文献。

在编写过程中主要查阅了天津大学朱松然老师编写的《蓄电池手册》，复旦大学徐品第、柳厚田老师著《铅蓄电池——基础理论和工艺原理》，北京工业大学出版社出版的李安定先生著《太阳能光伏发电系统工程》等书籍，以及《蓄电池》、《电源技术》、《电池》等专业技术杂志，也查阅了一些国外的资料。

由于引用之处甚多，不能一一加以署名，敬请有关作者谅解，并请加以指正。

在本手册的编写过程中，张振芳先生以及圣阳公司相关人员对本手册提出了许多宝贵意见，在此一并表示感谢。

本手册主要编写人员：

孔德龙，孔庆敏，李乃军，宫建波。

鉴于编者业务水平有限以及编著的时间仓促，手册中必然存在不少错误和不妥之处，希望广大同仁予以斧正。

编者

2003年8月

目录

1．铅酸蓄电池的发展……………………………………………………………………

2．阀控式铅酸蓄电池的定义……………………………………………………………

3．阀控式铅酸蓄电池两类技术产品的比较……………………………………………

4．阀控式铅酸蓄电池的基本原理………………………………………………………

5．阀控式铅酸蓄电池的基本结构………………………………………………………

6．阀控式铅酸蓄电池的性能参数………………………………………………………

7．圣阳公司产品的性能指标…………………………………………………………

8．阀控式铅酸蓄电池的自放电…………………………………………………………

9．阀控式铅酸蓄电池的设计……………………………………………………………

10．阀控式铅酸蓄电池的充放电特性……………………………………………………

11.阀控式铅酸蓄电池容量的影响因素…………………………………………………

12.阀控式铅酸蓄电池的失效模式………………………………………………………

13．阀控式铅酸蓄电池的使用……………………………………………………………

14．阀控式铅酸蓄电池的维护和故障处理………………………………………………

15．阀控式铅酸蓄电池使用维护思考题…………………………………………………

附件：

阀控式铅酸蓄电池使用维护思考题参考答案……………………………………

参考文献……………………………………………………………………………………

、

版本号（A/0）

（注：

本手册为内部资料，仅作为圣阳公司培训教材使用）

第一章铅酸电池的发展

第一节铅酸蓄电池的发展和历史

蓄电池是1859年由法国科学家普兰特（Plant）发明的，至今已有一百多年的历史。

铅酸蓄电池自发明后，因其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，在化学电源中一直占有绝对优势。

到20世纪初，铅酸蓄电池经历了许多重大的改进，这些具有发展里程碑的重大改进是：

1881年福尔（Faure）发明涂膏式极板

1881年赛伦（Sellon）发明铅锑合金板栅

1882年Gladstone&Tribe提出双硫酸盐化理论

1890年Part,Woodward发明管式电极

1924年日本GS公司发明岛津式铅粉机

1935年Haring,Thomas发明铅-钙合金板栅

1937年（Bode,Voss）采用编织玻璃丝管

1970年--各种板栅制造技术；Pb-Ca合金板栅大量采用；免维护电池；密闭电池技术（AGM,Silicongel）；

早期的开口式铅酸蓄电池存在两个主要缺点：

①充电末期水会分解为氢、氧气体析出，需经常加酸、加水，调节电解液密度，维护工作繁重；②气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境。

近二十年来，为了解决以上两个问题，世界各国竞相开发阀控式密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得绿色环保能源。

第二节阀控铅酸蓄电池（VRLAB）中氢、氧再化合技术的发展

1912年ThomasEdison发表专利，提出在单体电池的上部空间使用铂丝，在有电流通过时，铂被加热，成为氢、氧化合的催化剂，使析出的H2和O2重新化合成水，返回电解液中。

但该专利未能付诸实现，原因是：

①铂催化剂很快失效；②气体不是按氢2氧1的化学计量数析出，电池内部仍有气体发生，③存在爆炸的危险，铂价格昂贵，来源紧张。

1957年德国Sonnenschein（阳光）公司将凝胶电解质用于铅酸蓄电池.

60年代，美国GatesRubber公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热。

1969-1970年，美国EC公司制造了大约350,000只小型密封铅酸蓄电池，该电池采用玻璃纤维棉隔板，贫液式系统，这是最早的商业用阀控式铅酸蓄电池，但当时尚未认识到其氧再化合原理。

1971年美国GatesRubber公司将玻璃纤维用于密封铅酸蓄电池中。

作成吸液式卷绕极板“CYCLON”圆筒形电池。

1975年，美国GatesRubber公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项密封铅酸蓄电池的发明专利，成为今天VRLA的电池原型。

1979年，GNB公司在购买Gates公司的专利后，又发明了MFX正板栅专利合金（实质是铅锑镉合金，因锑和镉元素有毒，现在基本已完全停用），开始大规模宣传并生产大容量吸液式密封铅蓄电池。

1984年，VRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用。

1987年，随着电信业的飞速发展，VRLA电池在电信部门得到迅速推广使用。

1991年，英国电信部门对正在使用的VRLA电池进行了检查和测试，发现VRLA电池并不象电池制造厂商宣传的那样好，电池出现了热失控和早期容量失效等现象，这引起了电池工业界的广泛讨论。

此时，VRLA电池市场占有率还不到富液式电池的50%，原来提到的“密封免维护铅酸电池”名称正式被“VRLA电池”取代，原因是VRLA电池是一种还需要管理的电池，采用“免维护”容易引起误解。

1992年，针对1991年提出的问题，电池专家和生产厂家的技术员纷纷发表文章提出对策和看法，并从技术方面对阀控电池进行技术改进。

此后,世界上VRLA电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加。

1996年VRLA电池基本取代传统的富液式电池。

第二章阀控式铅酸蓄电池的定义

阀控电池的中文全称：

阀控式密封铅酸蓄电池，其英文名称为“Valve-RegulatedLeadAcidBattery”（简称“VRLA”电池），其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不漏酸，可任意位置使用（垂直倒立使用应禁止），使用过程中无酸雾析出，电池寿命长，自放电率低等。

电池盖子上设有单向排气阀，亦称安全阀。

该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体；待电池内部压力降低到安全压力后，阀门自动关闭，防止空气进入电池内部。

第三章阀控式铅酸蓄电池的两类技术产品的比较

目前在国内外所生产的VRLA电池，主要有两类技术：

AGM（吸附式玻璃纤维棉）技术和GEL（胶体）技术。

第一节AGM技术

AGM技术是采用吸附式玻璃纤维棉（AbsorptiveGlassMat）作隔板，电池反应所需要的电解液全部吸附在电池正负极板和隔膜中，贫电液设计，因此可使电池内无流动的电解液，玻璃棉隔板在吸收了足够的电解液后，仍保持在10%~15%左右的孔隙作为氧气（O2）的复合通道，这样正极产生的氧气通过隔板的通道到达负极，在负极上被负极活性物质—海绵状铅吸收，还原成水，实现氧循环，减少电池使用过程中水的损失，进而达到电池的密封效果，AGM电池氧气复合示意图见图1。

目前国内外的VRLA电池，以AGM技术为主，因为AGM电池有以下优点：

1）采用Pb-Ca合金板栅和高纯度原材料，电池的自放电低，月自放电率<3%，为富液电池的三分之一。

2）具有较好的充电效率。

3）电池内阻较小，适合大电流放电。

4）贫液式设计，气体复合效率较高，＞95%，正常使用无酸雾逸出。

5）初期容量较高，前三个循环周期内即可达到100%以上的额定容量。

6）有较好的低率放电性能。

AGM电池的缺点：

1）深循环性能差。

2）温度敏感性强。

第二节GEL（胶体）技术

胶体电池的密封原理与AGM技术相似，也是氧的循环过程，但正极的氧气不是通过隔板的孔隙传输到负极的，而是通过胶体电解质内部的裂纹来实现的。

胶体的裂纹是胶体形成时和使用过程中收缩产生的。

胶体电池使用初期，由于胶体的裂纹较少，氧的复合效率较低，因此安全阀易开阀而有较多酸雾析出，电池的浮充电压偏差也较大，随着电池的使用，胶体内裂纹增加，氧的复合效率提高，电池的浮充电压一致性也逐步提高。

胶体电解质电池的氧复合原理如图2所示。

胶体技术的优点：

1）胶体电池采用富液设计，因此，深放电的恢复特性较好，较好地防止电解液干涸。

2）由于胶体的固定作用，胶体电池几乎不存在电解液的分层现象。

3）在较高的环境温度下，胶体电池有比AGM电池更长的使用寿命。

GEL技术比AGM技术发展慢的原因，是由于胶体电池有以下缺点：

采用胶体和PVC隔板，且胶体易堵塞隔板及活性物质中孔，使电池内阻较大，因此与AGM电池相比，在常温下20小时率容量低15%左右，-18℃启动放电，负荷电压约低20%。

胶体电池的缺点：

a）使用初期，氧的复合效率较低，酸雾排出较多。

b）胶体电池对过充电较为敏感，如果电池倾斜或卧放，则电池内胶体可能会流出来。

c）不适合快速充电和高倍率放电