如何理解免維護(hù)鉛酸蓄電池

人們常說(shuō)的免維護(hù)蓄電池正規(guī)名稱(chēng)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(lái)表明正極和負(fù)極。 12V的電池內(nèi)部分為6個(gè)獨(dú)立的相互隔絕的單格，每個(gè)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(gè)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(gè)纖維物質(zhì)（或硅膠物質(zhì)）是電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中液相傳輸和氣相傳輸?shù)耐ǖ溃驼⒇?fù)極板群被緊密地裝配在一起，形成一個(gè)2V的電池單體。由于鉛酸蓄電池在充電時(shí)極板不可避免的會(huì)產(chǎn)生氫氣和氧氣，當(dāng)它們產(chǎn)生的過(guò)多并且來(lái)不及化和成水的時(shí)候就會(huì)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(gè)單格都設(shè)有自己的溢氣閥，當(dāng)壓力過(guò)量時(shí)讓氣體自動(dòng)逸出。相對(duì)于電池槽里裝滿(mǎn)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(jì)時(shí)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(guò)程中基本不用補(bǔ)充，因此閥控式密封鉛酸蓄電池也被稱(chēng)為免維護(hù)蓄電池。 　　　

蓄電池的電壓多少伏算正常？

人們常說(shuō)：這個(gè)蓄電池電壓是12V的。這里所說(shuō)的12V是指蓄電池的最基本參數(shù)——標(biāo)稱(chēng)電勢(shì)（單位V）。一個(gè)鉛酸蓄電池單格標(biāo)稱(chēng)電勢(shì)為2V，由6個(gè)單格串連起來(lái)的蓄電池標(biāo)稱(chēng)電勢(shì)就是12V。電動(dòng)車(chē)使用的電源一般都是用2到5個(gè)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(chēng)電勢(shì)，它是由蓄電池所采用活性物質(zhì)的特性決定的理論值。實(shí)際上，不同的狀況下蓄電池的電壓和標(biāo)稱(chēng)電勢(shì)存在差異。比如：一個(gè)標(biāo)稱(chēng)電勢(shì)為12V的正常的鉛酸蓄電池在充電過(guò)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(diǎn)；在放電將終了時(shí)，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(shí)后，極化電壓（濃度極化）完全消失，這個(gè)12V的蓄電池的電勢(shì)可以在13.8V（充滿(mǎn)后）至11V（放完后）之間，此時(shí)的差異是蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)狀態(tài)的改變?cè)斐傻摹?　　　

電池容量（Ah）的含義是什么？

蓄電池的額定容量C，單位安時(shí)（Ah），它是放電電流安（A）和放電時(shí)間小時(shí)（h）的乘積。由于對(duì)同一個(gè)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(duì)電池容量進(jìn)行描述、測(cè)量和比較，必須事先設(shè)定統(tǒng)一的條件。實(shí)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(shuō)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(shí)間和這個(gè)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(gè)放電時(shí)率，最常見(jiàn)的有20小時(shí)、10小時(shí)時(shí)率、電動(dòng)車(chē)專(zhuān)用電池為2小時(shí)率，寫(xiě)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(lèi)電池以某種強(qiáng)度的電流放電到設(shè)定電壓的小時(shí)數(shù)。于是，用容量除小時(shí)數(shù)即得出額定放電電流。也就是說(shuō)，容量相同而放電時(shí)率不同的電池，它們的標(biāo)稱(chēng)放電電流卻相差甚遠(yuǎn)。比如，一個(gè)電動(dòng)自行車(chē)用的電池容量10Ah、放電時(shí)率為2小時(shí)，寫(xiě)做10Ah2，它的額定放電電流為10（Ah）/ 2（h）=5A；而一個(gè)汽車(chē)啟動(dòng)用的電池容量為54Ah、放電時(shí)率為20小時(shí)，寫(xiě)做54Ah20，它的額定放電電流僅為54（Ah）/ 20（h）=2.7A！換一個(gè)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(shí)和20小時(shí)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(jiǎn)單的理解為：放電時(shí)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(gè)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(shuō)，大電流放電時(shí)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(huì)造成損害。電池在工作中的電流強(qiáng)度還常常使用倍率來(lái)表示，寫(xiě)做NCh 。N是一個(gè)倍數(shù)，C代表容量的安時(shí)數(shù)，h 表示放電時(shí)率規(guī)定的小時(shí)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(shí)率，所以在具體描述某個(gè)時(shí)率的電池時(shí)，倍率常常寫(xiě)成NC的形式而不寫(xiě)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(gè)角度舉例：某汽車(chē)啟動(dòng)蓄電池容量54Ah，測(cè)得輸出電流為5.4A，那么它此時(shí)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(dòng)勢(shì)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(gè)電子（2e）。　　可見(jiàn)，在未接通外電路時(shí)（電池開(kāi)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(dòng)勢(shì)。　 　　　

2、鉛酸蓄電池放電過(guò)程的電化反應(yīng)　　

鉛酸蓄電池放電時(shí)，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(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。　　負(fù)極板上每個(gè)鉛原子放出兩個(gè)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）。　　正極板的鉛離子（Pb4）得到來(lái)自負(fù)極的兩個(gè)電子（2e）后，變成二價(jià)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(chǎng)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(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。　　放電時(shí)H2SO4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(dòng)勢(shì)降低。 　　　

3、鉛酸蓄電池充電過(guò)程的電化反應(yīng)　

充電時(shí)，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(lái)的活性物質(zhì)，并把外界的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。　　在正極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)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(jià)鉛離子（Pb2）不斷放出兩個(gè)電子來(lái)補(bǔ)充，變成四價(jià)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(jià)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(jià)鉛離子（Pb2）被中和為鉛（Pb），并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。　　電解液中，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(chǎng)的作用下，氫離子向負(fù)極移動(dòng)，硫酸根離子向正極移動(dòng)，形成電流。　　充電后期，在外電流的作用下，溶液中還會(huì)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(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降。　從上面可以看出，鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。　實(shí)際工作中，可以根據(jù)電解液比重的變化來(lái)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(lái)，隨著電力系統(tǒng)兩網(wǎng)改造的深入，使用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)制造的高頻開(kāi)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(yàn)不足，對(duì)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(wèn)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АＪ潞笳{(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(wú)法動(dòng)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(wú)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(shí)的欠缺，錯(cuò)誤地認(rèn)為免維護(hù)蓄電池就不必維護(hù)，因而沒(méi)有定期對(duì)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(méi)有得到及時(shí)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(diǎn)是在充電時(shí)正極板上產(chǎn)生的氧氣，通過(guò)再化合反應(yīng)在負(fù)極板上還原成水，使用時(shí)在規(guī)定浮充壽命期內(nèi)不必加水維護(hù)，所以又稱(chēng)為免維護(hù)鉛酸蓄電池。可見(jiàn)，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(xiàng)目，并非免去一切維護(hù)工作。