蓄电池原理与应用

铅酸蓄电池化学反应
铅酸蓄电池的两极是Pb和PbO2，电解 质溶液是H2SO4 总的电池反应是:
放电
Pb+PbO2+2H2SO4＝2PbSO4+2H2O
充电
铅酸蓄电池充电时化学反应
负极反应（接电源负极 要发生还原反应 要得电子 要化合价降低的极。）
PbSO4 +2e = Pb＋SO42正极反应（接电源正极 要发生氧化反应 要失电子 要化合价升高的极。）
国标相关术语解释（2）
I10——10h率放电电流(A), 数值为1.00I10 I3——3h率放电电流(A), 数值为2.50I10 I1——1h率放电电流(A), 数值为5.50 I10
放电电流与时间关系
放电电流
2C
1C
0.6C 1h 0.6
0.4C 1h 0.7
0.2C 4h 0.82
UPS蓄电池使用及维护
1.正常时，电池每隔3~6个月带载充、放电一次， 放电后标准机的连续充电时间应不少于 10小时。 2. UPS长期闲置不用，应每隔3~6个月充电一次 3.电池使用环境要求温度在0℃到40℃之间，避 免阳光直射并且保持清洁。 4.一般在室温条件下，正常使用时密封免维护铅 酸电池的浮充使用寿命为3~5年。
百度文库
不同电池的参数对比
铅酸蓄电池结构（1）
铅酸蓄电池主要结构的成分
正极： PbO2 负极：Pb 电解质溶液：H2SO4 隔板：玻璃纤维、硅凝胶 电槽：塑料
蓄电池正极
⑴ 正极板的组成 正极板是由正极板栅和活性物质（正铅膏）组 成，充电状态下为红褐色的二氧化铅（PbO2 ） ⑵ 作用 正极板和负极板以电解液是蓄电池成流反应的主 要材料，使用时蓄电池放电，此时正极板与电 解液作用，变成硫酸铅和水，放出电能；充电 时在外电能的作用下，硫酸铅和水的酸作用生 成二氧化铅和硫酸，把电能储存起来
定义、术语（3）
开路电压 电池开路状态时正、负极间的电位差 标称电压 用来鉴别蓄电池类型的适当的电压近似值 终止电压 规定的放电终止时的电压 容量 将完全充电状态的电池按一定的放电条件，放 电到所规定的终止电压时，能放出的电量用安 时(Ah)或瓦时(Wh)表示
电池的分类
化学电池 干电池和液体电池 原电池和蓄电池 燃料电池 太阳能电池
UPS蓄电池使用注意
1、对于不同容量的电池，绝对不可以在 同一组中串联混合使用 。 2、对于不同厂家的电池，绝对不可以在 同一组中串联混合使用 。 3、电池绝对不能超大电流放电和超小电 流放电。 4、注意电池的使用环境温度。（环境温度每升
高8摄氏度时，电池的寿命会降低一半 ）
计算
4）决定电池放电电流 35090W÷（174×2）＝101A 5）放电容量 101A×0.5＝50.5AH 6）确定电池在实际放电时，所需要的电池容量 50.5AH÷0.55＝91.818AH 故最优化选择12V 系列100AH的电池，
电池异常寿命终了主要原因


充电不足：电池开路电压在12.60～12.80V以下，充电 电压设置异常，或电压表显示有误，导致经常充电不 足，引起损坏； 充电过量：电池过充电，（一般指长期超过14.2V） 电池内部水分解严重，导致电池内阻偏大，开路电压 偏高，电池重量减少； 浮充充电电流异常：长时间浮充充电电流超过 1‰CA；. 环境温度较高，电池发热：电池离发热源过近，导致 热吸收过高，导致寿命减少； 用户现场检验步骤：外观→电压→内阻→螺丝是否锁 紧（加弹簧垫片防止螺丝松动）→浮充电流。
国标相关术语解释（1）
C10——10h率额定容量(Ah)，数值为1.00 C10 C3——3h率额定容量(Ah)，数值为0.75 C10 C1——1h率额定容量(Ah)，数值为0.55 C10 Ct——当环境温度为t时的蓄电池实测容量(Ah)， 是放电电流I(A)与放电时间T(h)的乘积 Ce——在基准温度(25℃)条件时的蓄电池容量 (Ah)
UPS电池的重要性
UPS（不间断电源）之所以能够在断电后，继续为计算 机、基站等设备供电，就是因为它的里面有一种储存电 能的装置在起作用，这种储能的装置就是UPS电池。其 主要功能是：１当市电正常时，将电能转换成化学能储 存在电池内部。２当市电故障时，将化学能转换成电能 提供给逆变器或负载。 UPS电池的优劣直接关系到整个UPS系统的可靠性程 度，然而蓄电池却又是整个UPS系统中平均无故障时间 （MTBF）最短的一种器件。如果用户能够正确使用和 维护，就能够延长其使用寿命，反之其使用寿命会显著 缩短，蓄电池的种类一般分为铅酸电池、铅酸免维护电 池及镍镉电池等。
铅酸蓄电池过充时化学反应
正极反应 ①： 2H2O→O2＋4H-＋4e（产生的 O2负极板上移动） 负极反应 ② 2Pb+O2→2PbO(海绵状铅与氧气反应） ③PbO＋2H2SO4 →2PbSO4+2H2O (PbO与电解液的化学反应） （产生的H2O参与①的反应）
铅酸蓄电池过充时化学反应
④ 2PbSO4 +4H++4e- →2＋2H2SO4 （产生的H2SO4 参与③的反应） （产生的 Pb参与②的反应） 负极总的化学反应式 O2 +4H++4e- →2H2O
浮 充 时 反 应 原 理
充电曲线 Recharging characteristic
蓄电池充放电内阻特性
铅酸蓄电池充放电后电解液的变化
蓄电池负极
⑴ 负极板的组成 负极板是有负极板栅和负活性物质（铅膏）组成， 充电状态下为灰色海绵妆（绒状）铅 ⑵ 作用 负极板和正极板以及电解液是蓄电池成流反应的 主要材料，使用时蓄电池放电，此时负极板与 电解液作用，变成硫酸铅和水，放出电能；充 电时在外电能的作用下，硫酸铅和水中的酸作 用生成绒状铅和硫酸，把电能存储起来。
UPS蓄电池的选型
例如1：（此例来于YUASA技术资料） 某一UPS的功率输出为30KVA； 其中直 流电压范围305V～400V； 放电时间要求30min； 单体终止电压1.75V； UPS效率0.90；功率因数0.95； 电池1C放电、放电效率为0.55
计算
1）将UPS的KVA数转换为KW数 30÷（0.9×0.95）＝35.09KW 2）决定所需要电池个数N N＝305V÷1.75V＝174（电池的单节数） 3）确定电池电压不超过直流电压范围 174×2.275＝395. 85V＜400V
原电池和蓄电池
原电池因为它们的电量耗尽后，无法再充电使 用，只能丢弃。常见的一次性电池包括碱锰电 池、锌锰电池、锂电池、银锌电池、锌空电池、 锌汞电池和镁锰电池。 蓄电池常见的有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电 池、镍氢电池、锂离子电池。其优点是循环寿 命长，它们可全充放电200次左右，蓄电池的负 荷力要比大部分原电池高。
PbSO4+2H2O =PbO2+2e-+4H++SO42-
铅酸蓄电池充电初期原理
铅酸蓄电池放电时化学反应
负极反应（活泼金属失电子 化合价 升高，注意电极反应要连续写到微粒 最终的存在形式 ）： Pb-2e+SO42-=PbSO4 正极反应: PbO2+2e-+4H++SO42-=PbSO4+2H2O
0.1C 0.05C 10h 1 20h 1.02
放电时间 12min 30min 放电效率 0.4 0.55
电池选型需要确定的基本条件
放电功率要求 放电时间要求 放电终止电压要求 温度要求 富裕容量要求 外形尺寸、重量 内阻 寿命 电池结构 循环寿命要求 充电条件
蓄电池原理与应用
科华测试部 2009年07月
课程的主要要点
蓄电池相关定义、术语介绍（重点介绍） 蓄电池的分类与充放电原理（略介绍） 蓄电池标准中知识介绍（重点介绍） UPS电池选型（重点介绍） UPS蓄电池使用及其注意事项（略介绍）
定义、术语（1）
蓄电池 能将所获得的电能以化学能的形式 储存并能直接把化学能转变为电能的 一种化学装置（化学电源）
铅酸蓄电池 电极主要由铅制成，电解液是是硫酸溶 液的一种蓄电池
定义、术语（2）
密封蓄电池 当蓄电池在规定的设计范围内工作时保持密 封状态，但当压力超过预定值时，允许气体通 过一个可复位或不可复位的压力释放装置逸出 充电 蓄电池从外电路接受电能，并转化为化学能 的工作过程 放电 蓄电池将化学能转化为电能，并向外电路输 出电流的工作过程
铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断 减少，水逐渐增多，溶液比重下降。 铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断 增多，水逐渐减少，溶液比重上升。 实际工作中，可以根据电解液比重的变化 来判断铅酸蓄电池的充电程度
温度和容量的关系

例如0.05C放电时，25℃可以放电20小时；-10℃只能放电15小时
深度放电后充电特性
铅酸蓄电池充电电压要求
单体电池浮充电压不能超过2.275V/格 在UPS中推荐单节浮充电压为13.625V， 确保电池能够充足电 ？
蓄电池的型号命名规则
C10容量 蓄电池型号 单体电池个数
蓄电池的型号命名规则（例）
6
G
F
M
100
100Ah容量 密封型 阀控式蓄电池 固定型 6个单体电池(12V)