铅酸电池基础知识
铅酸蓄电池基础知识培训教材
第一章铅酸蓄电池的定义、构造及反响原理一、蓄电池基念知识：1、根本定义●电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。
●放电后不能用充电的方式使部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。
●放电后可以用充电的方式使部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。
2、常用技术术语●充电：蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。
●放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。
●浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫做浮充放电。
有不连续供电要求的设备，起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。
●电动势：外电路断开，即没有电流通过电池时在正负极间量得的电位差，叫电池的电动式。
●端电压：电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电池的电压或端电压●安时容量：电池的容量单位为安时，即：电池容量Q〔安时〕=I放×t放I放为放电电流〔安〕t放为放电时间〔小时〕●电量效率〔安时效率〕：输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率，也叫作安时效率。
电量效率〔%〕=〔Q放÷Q充〕×100%=〔I放×t放〕÷〔I充×I充〕×100%Q放和Q充分别是放电和充电容量〔安时●自由放电：由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗。
容量损失搁置之前的容量之比，叫做蓄电池的自由放电率自由放电率〔%〕= 〔Q1－Q2〕÷Q1×100%Q1为搁置前放电容量〔安时〕Q2为搁置后放电容量〔安时〕●使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充放电循环，蓄电池在保持输出一定容量的情况下所能进展的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命。
二、铅酸蓄电池1、定义铅酸蓄电池是是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。
铅酸电池说明
铅酸电池说明铅酸电池，也称为蓄电池或酸性电池，是一种常见的电池类型。
它由铅板和酸性电解液组成，通常用于汽车、摩托车和UPS等设备中。
铅酸电池具有较高的能量密度、较低的成本和可靠的性能，因此在许多应用中被广泛使用。
铅酸电池的基本构造包括正极、负极、电解液和分隔膜。
正极由铅（Pb）制成，负极由铅氧化物（PbO2）制成。
电解液通常是硫酸（H2SO4）溶液，它在正负极之间起着导电和反应媒介的作用。
分隔膜用于隔离正负极，防止短路。
在充放电过程中，铅酸电池发生了一系列的化学反应。
当电池充电时，外部电源提供电流，正极上的铅酸铅（PbSO4）被还原为纯铅（Pb），负极上的铅氧化物被还原为铅酸铅。
同时，硫酸溶液中的水分子被电解分解，释放出氧气和氢气。
当电池放电时，反应过程相反，铅和铅氧化物再次生成铅酸铅，同时水分子再次形成硫酸溶液。
铅酸电池的充放电过程是可逆的，这使得它可以多次充放电。
然而，随着循环次数的增加，电池的性能会逐渐下降。
这是因为在充放电过程中，铅板上会形成一层致密的硫酸铅（PbSO4）膜，称为硫化物，它会阻碍电池的反应速度。
此外，电池的容量也会随着时间的推移而减少，这是由于铅板的腐蚀和活性物质的损失。
为了延长铅酸电池的使用寿命和提高性能，一些维护措施是必要的。
首先，应定期检查电池的电解液水平，必要时添加蒸馏水或硫酸来补充水分。
其次，电池的正负极应保持清洁，避免铅板表面的硫化物积聚。
此外，充电过程中应控制电流和电压，以避免过度充电或过度放电，这可能会导致电池损坏。
尽管铅酸电池具有一定的缺点，如较低的能量密度和较长的充电时间，但它仍然是一种广泛应用的电池类型。
它被广泛应用于汽车、摩托车和UPS等设备中，为我们的生活和工作提供了便利。
随着科技的进步，人们对电池性能的要求越来越高，未来可能会出现更加先进和高效的电池技术，但铅酸电池仍然是不可或缺的一部分。
铅酸蓄电池的基础知识
铅酸蓄电池的基础知识1一、铅酸蓄电池的原理：铅酸蓄电池的原理是通过将化学能和直流电能相互转化，在放电后经充电后能复原，从而达到重复使用效果。
铅酸蓄电池充放电时的反应：1、阳极反应：pbO2+H2SO4+3H++2e≒pbSO4+2H2O2、阴极反应：pb+H2SO4-≒pbSO4+H+2e3、总反应：pb+2H2SO4+pbO2≒2pbSO4+2H2O二、蓄电池的种类1、按用途分类：起动型蓄电池：主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力储能用蓄电池：主要用于风力、太阳能等发电用电能储存2、按铅酸蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式3、按铅酸蓄电池盖的结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式4、按铅酸蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式和免维护式三、蓄电池的命名1、国家标准蓄电池命名：以型号6-QA(W)-54a的蓄电池为例，说明如下：⏹6表示由6个单格电池组成，每个单格电池电压为2V，即额定电压为12V⏹Q表示蓄电池的用途，Q为汽车启动用蓄电池、M为摩托车用蓄电池、JC为船舶用蓄电池、HK为航空用蓄电池、D表示电动车用蓄电池、F 表示阀控型蓄电池。
⏹A和W表示蓄电池的类型，A表示干荷型蓄电池，W表示免维护型蓄电池，若不标表示普通型蓄电池⏹54表示蓄电池的额定容量为54Ah（充足电的蓄电池，在常温以20h率放电电流放电20h蓄电池对外输出的电量）⏹角标a表示对原产品的第一次改进，名称后加角标b表示第二次改进，依次类推。
注：①型号后加D表示低温启动性能好，如6-QA-110D ②型号后加HD表示高抗振型③型号后加DF表示低温反装，如6-QA-165DF2、日本JIS标准蓄电池命名：在1979年时，日本标准蓄电池型号用日本Nippon的N为代表，后面的数字是电池槽的大小，用接近蓄电池额定容量来表示：如NS40ZL ：⏹N表示日本JIS标准；⏹S表示小型化，即实际容量比40 Ah小，为36Ah⏹Z表示同一尺寸下具有较好启动放电性能，S表示极桩端子比同容量蓄电池要粗，如NS60SL；。
铅酸蓄电池基础知识讲义
❖ 均充充电：蓄电池重复充、放电使用时的充电方 法，电压相对较高，注意充电时间。
均充电压一般为2.35-2.40V
放电之后应立即充电 （防止PbSO4重结晶）
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一、蓄电池基础知识－－ 充电电压温度补偿
充电电压
（V） 2.35V
2.30
2.31V
线性补偿 （Linear Compensation）
负极板 正极板
+-
+-
+-
+-
12v =24 v
12v
100AH = 200AH 100AH
串联
并联
蓄电池通过串联获得所需电压； 通过并联获得所需容量。
6个单体=12 V铅酸蓄电池
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一、蓄电池基础知识－－铅酸蓄电池两种基本类型
艾默生电池
◆开口排气式（富液式） ◆阀控（密封）式
Flooded Battery
镀锡紫铜端子
上盖
排气孔
端子 排气三通
电池壳 提手
阻燃ABS电池壳
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一、蓄电池基础知识－－铅酸蓄电池内部结构
① 电池槽、盖（container & cover）
⑥
超强阻燃ABS塑料
①
② ③
② 端极柱（terminal）
③
内嵌镀锡紫铜芯，使其电阻最小化，极柱
采用三层特殊密封技术，完全阻止蓄电池
④
漏液可能
蓄电池内部和内部酸雾排出，但又不允许蓄电池内气压超过预定值的装置。
➢ 额定容量--在规定的条件下，蓄电池完全充电后所能提供的由制造厂标明的安时电量。 ➢ 完全充电--当蓄电池内所有可利用的活性物质都已转变成完全充电的状态。 ➢ 耐过充电能力--完全充电状态后的蓄电池能承受过充电的能力。 ➢ 防爆性能--蓄电池内部产生的可燃性气体逸出后，遇到蓄电池外部的明火时在蓄电池内
铅酸蓄电池的基础知识
铅酸蓄电池的基本知识富液铅酸蓄电池是由法国科学家普朗特于1859年发明，它由极板、铅和氧化铅及35%硫酸和65%水构成的电解液组成。
目前广泛应用于汽车、船舶、原动机等。
一、基本概念电压：电压是用于描述做功势能的电气测量方法，单位为伏特。
电流：电流是测量有多少电子流过导体的测量方法，单位为安培。
功率：功率是电压和电流的乘积，单位为瓦特。
单体电池：单体电池是电池的最基本单个部件。
它们由装有可相互作用的电解液和铅极板的容器构成。
电池电压：铅酸电池的额定电压取决于串联连接的单体电池数量。
每个单体电池提供2伏的额定电压，那12伏的电池通常由6个单体电池串联组成。
充电状态：描述电池充电程度的指标，表示为介于完全充电和完全放电的差值的百分比。
实际电压与电池充电的相互关系取决于电池温度。
充满电的时候，冷的电池有比热的电池有低一些的电压。
完全（100%）充电状态：电池内所有可利用的活性物质全部转变成完全充电的状态。
过度充电：完全充电后仍延续的充电，它造成极板碎裂和脱落。
这些活性物质的颗粒落到电池底部，容易造成短路。
过度充电也大大地增加了发热和失水。
放电深度：放电深度是测量电池放电有多深的一种方法。
当电池100%充满时，那放电深度为0%。
相反，当电池100%放空，放电深度为100%。
电池平均放电越深，所谓的循环寿命越短。
例如，起动用电池不是用于深放电（不多于20%放电深度）。
确实，按其设计来使用，它们几乎不完全放电；发动机起动是高能量密度的，但持久时间非常短。
过度放电：电池的放电超过某一规定的限度，容易造成硫酸盐化。
大多数电池厂家提倡在重新充电前不使电池放电超过50%。
电池（存储）容量：电池的容量是尝试对额定电压下可存储的、可使用能量数量的量化，单位为安培小时（Ah）。
例如，一个100安培小时的电池能提供5安培电流达20小时，20安培电流达5小时等。
同样地，一个电池物理容积越大，其总存储容量越大。
当电池并联时，存储容量相叠加；而电池串联时，电压相叠加。
铅酸蓄电池基础知识
预防爆炸 选用符合国标和行标的产品；相关指标：密封反应效率（气
体再化合效率）、防爆性能、安全阀动作等。 安装场所通风（电池架或电池柜，避免电池箱和电池包）。 避免外部火花（如周期检螺丝紧固情况、漏液情况等）。
七、阀控密封式铅酸蓄电池的维护
属于免维护电池，仅是指无需周期补液，不等于可以不闻不问，
12V7Ah∕20HR、 12V100Ah∕10HR 。
同一电池在不同放电率时的放电容量不同（12V100Ah/10HR）
放电率 （Hour Rate） 放电电流 （ A） 放电终止电压 （ V） 容量 (Ah，25℃)
10HR
5HR 3HR 1HR 27min率
10
16 25 55 100
10.80
反而需要更精细的使用和维护；
运行一段时间后，可能会出现个别电池落后（一般情况下2V落
后电池端电压比正常单体平均值低30mV以上）或失效的现象。 如果不及时发现，那么落后的电池会越来越落后，直至失效。 失效的电池会导致其他好的电池随时间推移慢慢失效，进而使 整个电池组报废。
阀控式铅酸蓄电池是否需要维护？
1、浮充电压设臵偏高（如未考虑温度补偿等）。
一般情况下，浮充电压定为2.25V/单体(25℃)比较合适。 若采用2.35V/单体(25℃)，则4个月就会出现热失控； 若采用2.30V/单体(25℃), 6～8个月出现热失控； 若采用2.28V/单体(25℃), 12～18个月就会出现严重的容 量下降，进而导致热失控。
－3mV/(℃· 2V)调整（以25℃为基准），循环充电电压－5mV/(℃· 2V) 调整；超过45℃ 应暂停充电或采取降温措施、减小电流。 正常放电后24h内要充电；完全放电或过放电后，应立即充电。
铅酸蓄电池基本知识
一．铅酸蓄电池的基本知识1.1什么是铅酸蓄电池？以铅和酸作为化学反应物质制成的蓄电池叫做铅酸蓄电池。
它是一种直流电源，充电时将电能转变成化学能，放电时将储存的化学能转变成电能的一种装置。
1.2铅酸蓄电池的优缺点铅酸蓄电池在常用体系的蓄电池中电压最高为2.0V。
其二是它的廉价性，其三是高倍率放电性能良好，高低温性能良好可在-40—60°C的条件下工作。
易于浮充使用没有“记忆”效应等。
当然铅蓄电池也具有某些难以克服的缺点，首先是它的寿命比较短，在放电状态下长期保存会导致电极的不可逆硫酸盐化。
在某些结构的电池中由于氢的析出有爆炸的危险等。
1.3 铅酸蓄电池的分类铅酸电池具有广泛的用途按照极板的结构可分为涂膏式、管式和形成式。
按荷电状态可分为干荷电态和湿荷电态几种。
（我们公司代理的GS电池为湿荷电态，VHB为干荷电态）按电池盖和排气栓结构可分为排气式、防酸隔爆式、防酸消氢式和阀控密封式。
1.4铅酸蓄电池的一般结构构成蓄电池的主要部件是负极板、正极板、隔板、电解液、电池槽此外还有一些零件如端子、连接条、排气栓等。
1.5牵引用铅酸蓄电池的结构设计●负极板构造牵引用蓄电池的负极板比正极板多一块，一般采用格栅型设计并涂上海绵状的Pb膏即涂膏式，这样能满足电池的大负荷工作。
其板栅像铁丝网原则上与汽车蓄电池相同，但常使用厚极板，高度较高。
所以活性物质的利用率较低一般在35%左右。
●正极板构造正极板有两种类型，即管式和涂膏式。
（我司代理的GS和VHB牵引蓄电池其正极板均采用管式结构）管式正极板的结构是用一导电骨架与一模仿极平的顶部集流条和许多圆柱骨芯焊在一起构成的。
骨芯数目由极板尺寸决定，骨芯外边套有惰性玻璃纤维管套，其内部填充pbo2（pbo2在填充之前已经和H2SO4充分反应过）●管式正极板的优越性1.）在使用寿命期间活性物质保持在管中，不发生脱落。
2.）极板孔率提高，有利于活性物质利用率的提高。
3.）铅合金的骨架由于被活性物质包围，其腐蚀速率降低。
铅酸电池知识大全
铅酸电池知识大全铅酸电池是一种常见的蓄电池类型，主要分为启动蓄电池和深循环蓄电池两类。
以下是有关铅酸电池的一些基本知识：铅酸电池的基本结构：1.正负极板：铅酸电池的正负极板通常由铅和铅-钙合金制成。
2.电解液：电解液是硫酸溶液，通常是稀的硫酸（H2SO4）。
3.分隔膜：用于防止正负极之间的直接接触，通常由微孔塑料或玻璃纤维制成。
4.电池容器：通常为聚丙烯或其他耐腐蚀的材料，用于容纳正负极板和电解液。
铅酸电池的工作原理：1.充电：在充电过程中，直流电源通过电池，将正负极板上的铅和氧化铅还原为铅酸。
2.放电：在放电过程中，铅酸分解为水和过氧化物，同时释放电能。
铅酸电池的分类：1.启动蓄电池（汽车电池）：用于启动发动机，并为汽车的电气系统提供电能。
2.深循环蓄电池：用于长时间放电，如太阳能储能系统、船舶应急电源等。
铅酸电池的特点：1.成本相对较低：铅酸电池相对便宜，是一种经济实惠的蓄电池。
2.大容量：铅酸电池可以提供相对较大的储能容量。
3.相对低的能量密度：与一些新型蓄电池相比，铅酸电池的能量密度相对较低。
4.适用于启动和深循环应用：启动蓄电池适用于汽车启动等瞬时高电流应用，深循环蓄电池适用于长时间放电。
铅酸电池的维护：1.充电控制：铅酸电池需要定期充电以防止自放电和硫化。
2.水分补充：部分铅酸电池需要定期检查并补充蒸馏水，以保持电解液水平。
3.避免过度放电：长时间过度放电会降低电池寿命，因此需要避免这种情况。
4.避免过度充电：过度充电也会损害铅酸电池，因此需要适当的充电控制。
铅酸电池在各种应用中得到广泛使用，但也需要合理的维护和管理以确保其性能和寿命。
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• 二氧化铅有α-PbO2和β-PbO2两种晶体：
• α-PbO2是斜方晶系，晶粒较大，可以形成网络或骨骼，使正极活性物质 的结构完整从而有较长的寿命
铅酸电池基础知识
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阀控式铅酸蓄电池的结构
• 板栅：占蓄电池总质量的20%~30%，主要 作用是：
– 活性物质的载体：铅膏靠板栅保持和支撑 – 集流体：担负着电流的传导、集散作用并使电池
分布均匀
• 性能要求：导电性好，耐腐蚀，与活性物 质结合性好，足够的强度
• 目前最广泛使用的Pb-Sb和Pb-Ca合金：
铅酸蓄电池结构示意图
铅酸电池基础知识
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特殊的阀控式铅酸蓄电池
• 卷绕式极板结构特点
– 装配紧密 – 极板更薄
• 优点
– 较宽的工作温度范围(-50~70℃) – 大电流充放电性能更好 – 搞震性能良好 – 可靠性高
• 缺点
– 工艺复杂，造价高 – 不适用于浮充
• 适用范围
– 国防，医疗器械，仪表
铅酸电池基础知识
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什么是铅酸蓄电池？
• 铅酸蓄电池(Lead-Acid Battery, LAB)，是指正负极活性物质 分别 是铅和二氧化铅、由硫酸水溶液做电解液的二次电池
• 分富液式和贫液式两大类，贫液式就是目前广泛应用的阀 控式密闭铅酸蓄电池，事实上它不并是完全密闭的
• 主要应用于交通、通信、后备电源等领域 • 具有价格低廉、可靠性高、维护简单等优点 • 由于铅对人体有害、硫酸污染环境、腐蚀设备，因此应用
高级电池：结构特殊，性能卓越，如 锌空电池，以空气做正极，体积很小， 用于助听器
铅酸电池基础知识
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什么是电池？
• 燃料电池：Fuel Cell, FC, 将存在于燃料 (氢气)和氧化剂(氧气)中的化学能转化 为电能的装置
• 不是蓄电池，是发电机 • 1839年由英国的Grove发明
• 太阳能电池：物理电源，通过光电效 应或光化学效应直接把光能转化为电 能的装置
1957年 德国阳光公司
胶体技术
AGM隔离板 美国Gate公司
1971年
PSOC技术 NorthStar 2001年
铅酸电池基础知识
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铅酸蓄电池的分类
• 富液式：不能卧式放置，需经常加水加酸和调整酸的浓 度等复杂维护；酸液挥发会污染环境并腐蚀设备
– 涂膏式极板：工艺简单， 是最古老的铅蓄
– 管式正极板：寿命长 主要是OPzS型
– Pb-Sb合金循环性能好，但易失水，正极板栅腐蚀快 – Pb-Ca合金浮充性能好，板氢电位高因此失水率低，导电性能好，但易出
现PCL-1及板栅膨胀而导致的活性物质脱落
• Pb-Ca-Sn-Al合金：铅钙系合金的代表，目前使用最广泛
• 其它：德国曾生产用于军事的镀铅的铜板栅以及导电塑料 板栅，成本高昂
开阀排气降压
• 1938年Dassler提出的气体复合原理是VRLA的理论基础 • 1957年德国阳光公司的胶体(GEL)技术和1971年美国Gates
公司的AGM技术是VRLA的实践基础 • 目前主要有AGM技术和GEL技术两种
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阀控式铅酸蓄电池的结构
• 阀控式铅酸蓄电池：通过安全阀排出内部生成的多余气 体的铅酸蓄电池
• 1883年Charles发明首块太阳能电池
• 前景广阔，目前成本高，限制了应用
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电池的历史
丹尼尔电池 英国Daniel
1835年
锌锰电池 法国Leclanche
1866年
1800年 Vote
伏打电堆
1859年 法国Plante 铅酸蓄电池
1899年 瑞典Jungner
镍镉电池
碱性电池 Urry
铅酸电池基础知识
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阀控式铅酸蓄电池的结构
• 正极：由网格状金属板栅上涂覆铅膏组 成，铅膏是正极活性物质，主要成分是 氧化铅，红棕色
• 正极活性物质的泥化失效以及正极板栅 的腐蚀是VRLA失效的重要原因
• 正极板一般较厚，以应对活性物质的泥 化脱落，而且比负极板少一片
• 常温低率放电时，电池容量受限于正极
• 阀控式：也叫贫液式，电池以安全阀 密封，内压过大时开阀排气，内部无 游离酸
– AGM(Absorbed Glass Mat)：目前使用最广的 技术，吸附电解液的AGM做隔离板
– 胶体(Gel)：低温性能更好，寿命更电池的简介 • 阀控式铅酸蓄电池(VRLA) • 如何正确使用VRLA • VRLA的安全问题
1950年
1990年 索尼公司 锂离子电池
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电池的结构
• 电池由外壳、正极、负极、端子、隔膜等组成
– 外壳：一般是塑料或金属材质 – 正极：电流的流出端 – 负极：电流的流入端 – 端子：内部与活性物质相连，外接
用电器 – 隔膜：防止 正、负极短路，并提
供电子的内部传递通道
电池结构示意图
领域受到限制 • 虽然有被镍氢、锂离子电池等取代的趋势，但由于价格、
安全、可靠性等原因仍将长期占据二次电池的大部分市场
铅酸电池基础知识
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铅酸蓄电池的历史
卢森堡第一座铅蓄厂 Trible双极硫酸盐化理论
1882年
1859年 法国Plante 发明铅酸蓄电池
1890年 Phillipart 管式极板
铅钙合金 Haring 1935年
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什么是阀控式铅酸蓄电池？
• 阀控式铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead-Acid Battery, VRLA)， 广泛使用的一种铅酸蓄电池，主要特点是：
– 电解质吸附于AGM隔板中或者变成胶体状态，内部无游离酸 – 每个单体有一个安全阀，大部分时间处于密封状态，内压过大时
– 外壳：一般是塑料外壳如ABS，PP等， 也有外部再加钢壳的
– 正极：主要是红棕色氧化铅(PbO2) – 负极：主要是海绵状的金属铅(Pb) – 端子：铅或铜质，铜端子更常见 – 隔膜：AGM或胶体，吸附硫酸水溶液 – 安全阀：内部气体溢出通道，一般加
防爆石和滤酸器
• 高端电池有时配备排气孔和导气管， 保证电池柜内氢气的零积累
铅酸蓄电池基础知识
• 电池的基本知识 • 铅酸蓄电池的简介 • 阀控式铅酸蓄电池(VRLA) • 如何正确使用VRLA • VRLA的安全问题
铅酸电池基础知识
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什么是电池？
• 电池：通过化学反应提供直流电能的电化学装置
一次电池：不可充电，如 锌锰、碱性、锂电池
二次电池：可充电，如铅 酸、镍氢、锂离子电池