英威腾蓄电池MF3000-2太原总代理
|
铅蓄电池
|
|||||
|
1 铅蓄电池的特性2 铅酸蓄电池负极铅膏的探讨3 铅蓄电池短路现象及原因4 铅蓄电池故障分析
在铅蓄电池中，相对正极铅膏而言，负极铅膏组成比较复杂些。按用途分为汽车起动用、动力用、固定型，按极板分为干荷电式及普通式，这些不同类型的负极配方各异，涉及到膨胀剂的选用则更复杂些。 1 干荷电极板 众所周知，目前，对于汽车起动电池，包括摩托车用均喜欢干荷电型．用户只需注入所需浓度和数量的稀硫酸，静置片刻，不必进行初充电即可使用。干荷电电池的生产关键是控制负极板在化成后的洗涤、干燥、装配甚至储存中，活性物质不被大量氧化，而失去活性。为了防止氧化，采用不同的干燥方法，中国多数生产厂家采用配方法，即在负极铅膏中加入不同的防氧化剂，化成好极板经洗涤后再浸硼酸、甘油或木糖醇等浸渍液。铅膏中的防氧化剂大多数生产厂家使用α－羟基β－萘酸(简称1.2酸)或硬酯酸类(少数厂家)。最近几年提出。用液体石蜡代替1.2酸[1.2]，使用1.2酸的配方法，应用广泛，工艺成熟，但有如下缺点：(1)对鼻膜有刺激、呛人；(2)充电接受能力差，化成时常常表现出滞后于正极，(3)价格较贵，(4)与木素磺酸钠配合时，电池经几次循环容量明显下降。硬脂酸配方法因硬脂酸为蜡状固体，不易分散，合膏时混合不均。液体石蜡首先由重庆厂李永奎先生提出[1]，液体石蜡是石油化工产品，是一种混合烃，为无色无味的油状液体，不溶于水。价格便宜，密度为0.89，燃点稍高于245℃，杂质含量很低，分子量平均为490。合膏时无需乳化或喷淋，加水后或加酸后加入均可，易于分散，合膏均匀，与木素磺酸钠合用，未发现容量下降，铅膏的弹塑性好，易于填涂。日本在若干年前就使用一种矿物油进行干荷，估计就是液体石蜡。目前，在国内尚未为大多数厂家所接受，尚存疑虑。柴树松先生[3]已经过大量的试验：5 s放电电压、低温起动放电、极板铅含量分析、储备容量、充电接受、荷电保持、循环寿命等进行了全面的试验，结果表明各项指标均符合技术要求，效果很理想。我们在实验室也进行过验证，用循环伏安法和小片试样证明用液体石蜡代替1.2酸，具有以下优点：析氢过电位高，充电时析氢少，极板可逆性好，即充电接受能力得到改善，鉴于上述结果，可完全打消疑虑放心在生产上使用。 干荷电极板的生产不仅仅用于汽车起动型，部分阀控密封摩托车电池也用干荷式，电动自行车蓄电池的生产当采用槽化成工艺时，为了减少装配后的补充充电时间，也采用干荷极板工艺，有的生产厂也有使用液体石蜡为防氧化剂的，同样取得了好的效果，实践证明，液体石蜡做为防氧化剂代替1.2酸或硬脂酸工艺完全可行。 值得注意的是，在阀控密封电池中，负极组成含有1.2酸是非常不利的，因为负极在循环中的充电，同时有3个可能的反应，PbSO4的还原、H＋离子还原为氢，O2的还原。1.2酸的存在既不利于PbO4的还原，也不利于O2的还原，O2的还原即O2的吸收在该类电池中是很重要的。我们建议最好不使用1.2酸而使用液体石蜡。甚至在干荷摩托车和自行车电池中，负极配方可不加防氧化剂，只在化成后经水洗浸硼酸，就可以满足要求，因为电池密封，在贮存过程中没有防氧化问题，只是化成后的洗涤、干燥中防氧化，硼酸对电池性能无害，还可以降低正极的自放电[4]。 2 不同用途电池的典型配方 铅酸蓄电池虽然品种较多，但按其使用特点主要分为三大类别：起动用(以汽车电池为代表)、动力型(以牵引车电池为代表)、固定型(以通信电池为代表)。 对汽车起动要求大电流低温起动，低温可达—40℃，一般以5分钟率电流起动，然后以浮充方式进行充电。动力型电池，以中等速率进行深放电，也具有短时间大电流放电性能，然后进行恒压或恒流充电，为典型的循环使用方式。固定型电池为备用电源，不定期的使用，经常以恒压并联方式进行浮充电。对三种不同使用类型电池的典型负极配方如表1[5]。
BaSO4是各种用途的蓄电池都必须加入的无机膨胀剂，但对低温起动的去钝化作用不够，还必须与有机膨胀联合使用。没有膨胀剂负极活性物质，在充放电的循环中，放电时形成致密少孔的PbSO4层覆盖在铅上。这种缺孔沉积物的形成，引起活性物质的紧结收缩，极大地降低负极的比表面积，使得负极在相当少的循环后就丧失工作能力。 在负极组分中加入某些添加剂，可以减缓这种收缩倾向，通常称为膨胀剂，准确地说是防收缩剂。 硫酸钡为无机膨胀剂，它与PbSO4具有近似的结晶参数，如表2。在负极活性物质中加入高分散的同晶硫酸钡或硫酸锶，放电时可以做为硫酸铅的结晶中心，硫酸铅可以在硫酸钡上析出，而无需形成硫酸铅的结晶中心，这样就不会产生由于要形成晶核而必须的过饱和度，这带来两点好处，首先浓差过电势降低，其次在低过饱和度条件下所形成的硫酸铅层压实程度小于高过饱和度下所形成的硫酸铅层，这有利于硫酸的扩散，有利于电极的深度放电。硫酸钡是惰性的，不参加电极的氧化还原过程，它高度分散于活性物质之中，使放电时生成的PbSO4不是覆盖在金属铅上形成致密连续的钝化层，而是保持电极物质的发达的比表面积，充电时防止收缩。
当BaSO4与有机膨胀剂联合使用时，其去钝化作用将加强，使低温大电流放电时间延长，并能在循环过程中保持其去钝化作用，故在汽车起动电池中，这时既要求大电流保持一定时间，又要保持一定电压时(即要求一定功率才能起动)，必须无机与有机膨胀剂联合使用，效果如图1所示[6]。
在固定型电池中，用电设备和蓄电池均放在室内无低温起动问题，此外，由于恒压浮充电要求单格电池之间的电压一致性要好，而有机膨胀剂强烈的影响氢的过电势，结果引起电池之间电压的不一致，所以在固定型电池的负极中不加有机膨胀剂，以减少电压不一致的影响因素，尤其在密封电池中影响电压不一致性的因素较多，取消有机膨胀剂，而适当多加一些BaSO4。BaSO4的含量对电池的寿命和起动时间的关系如图2。最近几年提高了 BaSO4的含量到1.0％，改善了负极活性物质的寿命[7]。 |
|||||
汽车、摩托车起动用蓄电池
1.1汽车行业
汽车行业是国家列为重点发展的支柱产业，随着汽车产业的飞速发展，铅酸蓄电池的用量也迅速增加，大约占整个铅酸蓄电池用量的80%左右，到2010年汽车年产量将到750万辆，社会保有量将达到6000万辆，中国汽车的需求将仅次于美国、日本排世界第3位，假如起动用密封铅酸蓄电池开发成功，将是一个相当大的市场，要使汽车的电气系统电压由12V开至24V或36V，将给铅酸蓄电池带来新的机遇，无论使用何种电压，都必须将电源分成两部分，其中一部分是为大电放逐电负载服务的，如用于发动机起动，传统的富液式铅酸电池能适合这种要求，另一部分是用于低倍率深循环用途，阀控铅酸蓄电池最适合这种用途。
1.2摩托车行业
中国事世界摩托车第一生产与销售大国，1993年中国摩托车产量首次超过日本，中国摩托车市场仍处于需求高峰，电动摩托车是较大的潜伏市场，这一领域为铅酸蓄电池开辟了新的巨大市场。目前摩托车行业使用的仍以开口电池为主，但密封电池取代开口电池已是必然的趋势，目前我国摩托车拥有量只10~11辆/千人，而国际水平为20辆/千人，相差甚远，因此摩托车的产量会稳定增长。
2、通讯用铅酸蓄电池
中国的邮电通讯业目前正处于一个高速发展期，均匀每年的增长规模超过20%，固定资产投资已连续7年超过1000亿元。实际上不久前据权威消息国内电话用户最多统计已达4.6亿户，其中固定电话及移动电话用户各占一半，都超过了“十五目标”的数字，预计在今后20年内，中国将是世界上最大的通讯市场。
通讯行业是铅酸蓄电池的主要用户，特别是阀控式铅酸蓄电池占目前市场需求总量的三分之二。中、小型密封电池在邮电系统的主要应用领域为用户接进网和通讯专网。用户接进网是信息产业部“十五”期间发展的一个重要方向，从2000年开始，这一领域的发展呈现出强劲的势头，特别是北京、上海、广东、江苏等经济发达地区和大、中城市，纷纷投进到这一先进的通讯网络中，随着信息经济的不断发展，这一领域市场潜力巨大。
3、电力用铅酸蓄电池
电力行业是我国重点发展的基础产业，1998年至2002年装机容量每年均匀在2000万kW以上，多年来，由于城乡电网建设与改造投进不足，致使电网建设滞后于发电，限制了城市和农村用电的需求和消费。为加大电力结构调整力度，必须调整电力资金投向，加快城乡电网建设与改造步伐。1998至2000年，国家电力公司投资3800亿元进行了城乡电网改造，将建设重点从发电转向电网建设。2000年至2005年每年用于西部城乡电网改造和东部后续配套工程的投资也将达800亿元。
4、铁路内燃机车及电力机车用铅酸蓄电池
近几年我国对基础设施的投进不断加大，铁路建设是基础建设的重点之一。“十五”期间国家在铁路系统的总投资将达到3600亿元，电池的需求量很大，到2002年底，内燃机车数目已超过12000辆，电力机车达4600辆。
英威腾蓄电池MF3000-2太原总代理
5、UPS电池（中小密）
UPS即不中断电源系统，主要与计算机及精密仪器配套使用，蓄电池为其核心部分。近年来，随着计算机在我国国内的普及，UPS市场也相应被带动起来，UPS在中国市场发展较快。
6、电动汽车及电动自行车蓄电池
6.1 电动汽车
随着中国经济的发展，燃油汽车拥有量剧增，汽车尾气排放成为城市大气污染的主要来源之一，为此中国政府将环境保护作为实施可持续发展战略的重要内容，国家于1996年启动汽车重大科技产业化工程项目，包括概念车的研制，电动车关键部件攻关（电池、电池治理等）。作为电动车动力电池的研究种类很多，有铅酸电池、镉镍电池、氢镍电池、钠-氯化镍电池、锂离子电池、燃料电池等。根据中国电动车发展计划，期看将公交车、出租车作为电动车使用的首要地位，因此需要发展价格低廉的电动车电池，1991年国家将电动车铅酸电池的研究开发列为重点项目，目前存在的最大题目是电池均匀一致性差。
6.2 电动自行车用电池
进进20世纪90年代以来，随着经济的快速发展，人们对生活质量越来越重视。一方面从环保角度，另一方面从拥有轻便的私人交通工具出发，产生了对电动自行车的需求。目前电动自行车所配置的电池大部分是阀控密封铅酸蓄电池（简称小密），这种铅酸蓄电池是在密封铅蓄电池的基础上，经过性能改进的，特别是在比能量和循环寿命方面有所突破，国内已有108家公司及研究所对电动自行车用阀控密封铅蓄电池进行开发，但目前为止都还存在着在中、高速率时比能量不够高和深循环寿命不够长等缺点，在很大程度上影响了电动自行车行业的高速成长。国内自行车保有量为2亿辆，每年销售量在2500～3000万辆，电动自行车目前的年销售量为10万辆左右，一旦技术成熟，将会有一个爆发性的增长，每年的需求至少可以达到200万辆，以均匀配置24V12Ah，均匀寿命一年计，则年配套电池用量可看达到58万kwh，社会零售量可达288万kwh，从目前阀控铅酸电池的技术开发情况来看，完全有可能满足这一产品的需要。
7、新能源用铅酸蓄电池
当今世界能源的结构正朝着绿色方向发展，绿色新能源中如风能、太阳能正在得到开发和利用，并已成为电力产业重要的有机组成部分。
国际铅酸蓄电池发展概况
根据英国着名电池机构 BEST (Batteries and Energy Storage Technology) 2008年发表的研究报告,2007 年全球汽车用铅酸蓄电池销售 3.8 亿只,价值 190 亿美元,如果包括工业用途在内,全球铅酸蓄电池总销售 220 亿美元。新增生产主要集中在巴西、俄罗斯和中国。实际上,在未来 5 年中国会取代美国,成为最大的汽车用铅酸蓄电池市场。根据亚洲电池协会的统计,全球铅蓄电池市场规模已经从 2005年 34,570 万 KVAH增长到 2009年的 37,290 万 KVAH。在亚洲市场,尤其是中国市场快速发展的影响下,2012 年全球铅蓄电池的市场规模将上升至41,370 万KVAH,年均增长率超过 4%。
环境问题将是影响未来铅酸蓄电池市场的关键因素,特别是减少车辆排放和改进燃油效率,将导致汽车用铅酸蓄电池市场的变化。包括“微混”(start-stop)技术在内的汽车新技术,将带动 VRLA电池、镍氢电池以及潜在的锂离子电池在汽车上的应用。先进结构的 VRLA电池的开发,将使铅酸蓄电池的市场份额在混合动力技术引起的汽车制造业变革中得以维持。
移动电话,无线互联网的发展,需要建设更多的数据中心,使得电信和UPS用途的铅酸蓄电池用量增加。由于欧美制造业的不景气,动力牵引蓄电池增长相对缓慢一些。
功能特点：
本设计方案采用是交流注入法，就是用激励信号加到电池两端，检测电池的响应电压值、电流值及两者的相位差，由阻抗公式R=U/I*cosθ计算出内阻值。其主要的检测对象是9V-12V、10Ah-70Ah的阀控式密封铅酸蓄电池，检测系统是检测蓄电池在线状态下的内阻值、蓄电池当前电压值、充电电流值以及机房的环境温度。具体如下：
检测蓄电池内阻值：分别检测出蓄电池在三种状态下的内阻值：在线放电状态、在线浮充状态、离线状态, 测量范围在1mΩ-500 mΩ。
检测蓄电池当前电压值:实时检测蓄电池于在线放电状态、在线浮充状态、离线状态下的当前电压值，测量范围是1V-45V。
检测蓄电池充电电流值：分别检测蓄电池的在线充电状态和浮充状态下的电流值。
检测环境温度值：检测蓄电池在机房工作的环境温度。
技术指标：
在实现主要功能的情况下，各技术指标达到如下要求：
实时显示三种检测状态下的内阻值，误差<5 mΩ。
实时显示三种检测状态下的电压值，误差<0.1V。
实时显示在线充电和浮充状态下的电流值，电流精度值达到毫安级。
实时显示环境温度值，误差。
第三部分：可行性分析
设计思路：
电池的性能直接影响整个供电系统，而蓄电池内阻决定了电池性能的好坏，所以，对蓄电池工作状态在线检测将是必要的措施。
蓄电池内阻在线检测系统能精确检测电池的运行状态参数和工作环境，然后把这些数据通过下位机的控制系统发送给PC 监控系统，实行了智能化控制和管理，既保证了供电系统的可靠性又节省了一大笔费用。
应用的技术分析：
蓄电池内部结构特性的研究对本设计方案有着重要的促进作用，其中阻抗分析是电化学研究中的常用方法，也是电池性能研究和产品设计的必要手段。图1是典型的铅酸电池阻抗图，可见其包括以下几部分：
100Hz后体现的电感部分;
高频电阻RHF，即超过100Hz 后的实部;
在0.1Hz 和100Hz之间的第一个小容性环(半径R1);
低于0.1Hz 后的第二个大容性环(半径R2)。
图1 蓄电池阻抗谱图
关于蓄电池阻抗谱图，一般的解释为：
超过100Hz 部分呈现的感性是电池内部几何结构和连接部件的影响;
欧姆电阻RHF包含连接件电阻、隔膜电阻、电解液电阻和电极与硫酸铅晶体结合面电阻;
小容性环与电极的孔率有关;
大容性环依赖于电极反应，其速率受Pb2+离子传质速度限制。
通过以上的分析，可知内阻是蓄电池的重要参数之一，为此设计内阻检测系统将是可行的。
本次设计团队是一支优秀的研究生团队，其中指导老师早年获得上海同济大学博士学位，具有多年的项目开发经验;第一作者来自通信与信息系统专业，曾多次参加电子设计大赛，并在化学专业获学士学位，对电化学很了解，具有很强地电路设计能力。第二作者早年电子信息专业本科毕业，有着四年的项目开发经验，现就读于信号与信息处理专业，在电路检测、信号处理方面有着丰富的开发经验;第三作者同样来自通信与信息系统专业，有着扎实的电子理论基础以及动手能力。所以，本团队兼有该方案各方面人才，不仅具有电子设计方面的专业知识，而且在生化方面也有很深的理论基础，不管在理论分析和实际操作方面都是很出色。
、、鸿贝蓄电池销售网址；www.upsdcdl.com
东洋蓄电池销售网址：www.dongyangdc.com
