城軌車輛蓄電池的檢修與維護(hù)

1、<p>　　城軌車輛蓄電池的檢修與維護(hù)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)我國(guó)鐵路車輛所使用的各種蓄電池進(jìn)行研究，首先概述性介紹蓄電池的結(jié)構(gòu)、種類及發(fā)展歷史，之后，重點(diǎn)介紹了鐵路車輛用蓄電池的檢修與維護(hù)及維修工作內(nèi)容及要求。通過(guò)對(duì)這些方面的學(xué)習(xí)，使我對(duì)蓄電池的使用保養(yǎng)和小故障處理具有了一定的認(rèn)識(shí)，使這些方面的能力

2、得到一定的提升。</p><p>　　另外，本論文也涵蓋了對(duì)新型蓄電池的部分介紹，讓我對(duì)蓄電池的新技術(shù)有所了解，拓展了蓄電池的認(rèn)知度及選用范圍。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 鐵道車輛 蓄電池 檢修 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The variou

3、s batteries used in graduate design in view of China's railway vehicle is studied, firstly generally introduces structure, types and the development history, battery, focuses on the battery repair and maintenance and

4、 repair work contents and requirements for railway vehicle. Based on these aspects of learning, make me on the battery maintenance and fault treatment has a certain understanding, so that the capacity of these areas have

5、 been improved.</p><p>　　In addition, this paper also covers the battery part, let me understand the new technology to the battery, expand the awareness and the selection range of battery.</p><p&g

6、t;　　Keywords: Railway vehicle battery maintenance</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 蓄電池概述1</p><p>　　1.1蓄電池在電力機(jī)車上的應(yīng)用2</p><p>　　1.2供電蓄電池3</p>

7、;<p>　　1.3起動(dòng)蓄電池4</p><p>　　1.4堿性蓄電池與酸性蓄電池比較5</p><p>　　1.5新型蓄電池6</p><p>　　第2章 蓄電池的結(jié)構(gòu)10</p><p>　　2.1 TG型鉛蓄電池10</p><p>　　2.2鎘鎳堿性蓄電池12</p>

8、<p>　　2.3閥控型鉛酸蓄電池14</p><p>　　2.4閥控式鉛酸電池與膠體電池的差異17</p><p>　　第3章 蓄電池的工作原理19</p><p>　　3.1閥控式蓄電池的結(jié)構(gòu)原理19</p><p>　　3.2閥控式蓄電池的工作原理19</p><p>　　第4章 蓄電池的

9、故障分析23</p><p>　　4.1影響閥控式蓄電池使用壽命的主要因素23</p><p>　　4.2常見(jiàn)故障的原因分析26</p><p>　　第5章 閥控式鉛酸蓄電池的維護(hù)與檢修29</p><p>　　5.1環(huán)境對(duì)蓄電池的影響29</p><p>　　5.2閥控密封鉛酸蓄電池常見(jiàn)問(wèn)題30<

10、/p><p>　　5.3蓄電池的測(cè)試30</p><p>　　5.4閥控密封鉛酸蓄電池的維護(hù)32</p><p>　　5.5閥控密封鉛酸蓄電池的檢修35</p><p>　　第6章 心得體會(huì)39</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p>　　

11、第1章 蓄電池概述</p><p>　　蓄電池是化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)換的裝置，它能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，使用時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，而且變換的過(guò)程是可逆的。以上兩個(gè)過(guò)程，前者稱為充電，后者稱為發(fā)電。根據(jù)極板所用的材料和電解液性質(zhì)的不同，蓄電池一般可分為酸性（鉛）蓄電池和堿性蓄電池兩大類。堿性蓄電池按其極板活性物質(zhì)的不同，又可分為鐵鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池等系列。</p><p>　　鉛酸

12、蓄電池的發(fā)明至今已有一百多年的歷史，因其價(jià)格低廉、原材料易于獲得，使用上有充分的可靠性，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)使其在化學(xué)電源中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。到20世紀(jì)初，鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，提高了能量密度、循環(huán)壽命、高倍率放電等性能。然而，開(kāi)口式鉛酸蓄電池有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：</p><p>　　(1)充電末期水會(huì)分解為氫、氧氣體析出，需經(jīng)常加酸、加水，維護(hù)工作繁重；</p><

13、;p>　　(2)氣體溢出時(shí)攜帶酸霧，腐蝕周圍設(shè)備，并污染環(huán)境，限制了電池的應(yīng)用。</p><p>　　鉛酸蓄電池是1859年G.plante發(fā)明的。自鉛酸蓄電池被發(fā)明以來(lái)，因其價(jià)格低廉、原料易得、性能可靠、容易回收和適于大電流放電等特點(diǎn)，目前已成為世界上產(chǎn)量最大、用途最廣泛的蓄電池品種。鉛酸蓄電池經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，技術(shù)不斷更新，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于汽車、通信、電力、鐵路、電動(dòng)車等各個(gè)領(lǐng)域。以產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式分類

14、，可以分為開(kāi)口式、富液免維護(hù)式、玻璃絲棉隔板吸附式閥控密封型（AGM）、閥控膠體型(GEL)等幾大類產(chǎn)品。 國(guó)內(nèi)小型電動(dòng)車上用的鉛酸蓄電池主要是AGM吸附式和膠體兩類閥控密封型蓄電池產(chǎn)品，目前AGM吸附式蓄電池在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位。膠體蓄電池因生產(chǎn)難度大、技術(shù)水平高、國(guó)內(nèi)膠體材料不穩(wěn)定、生產(chǎn)成本高等原因，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家蓄電池廠在生產(chǎn)，而且用戶反映產(chǎn)品質(zhì)量并沒(méi)有明顯的提高。據(jù)國(guó)外權(quán)威蓄電池研究機(jī)構(gòu)報(bào)道，膠體動(dòng)力型蓄電池綜合技術(shù)指標(biāo)和壽命明

15、顯優(yōu)于普通的AGM吸附式蓄電池，膠體蓄電池是動(dòng)力型鉛酸蓄電池的發(fā)展方向。 根據(jù)熱力學(xué)原理，鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)是2V，同樣額定電壓也是2V，所以我們?nèi)粘Ｒ?jiàn)到的鉛酸蓄電池產(chǎn)品的電壓都是2V的倍數(shù)。我們常用的6V和12V電池分別是由3個(gè)和6個(gè)內(nèi)部串聯(lián)的2V蓄</p><p>　　近二十年來(lái)，為了解決以上的兩個(gè)問(wèn)題，世界各國(guó)競(jìng)相開(kāi)發(fā)密封鉛酸蓄電池，實(shí)現(xiàn)電池的密封，獲得干凈的綠色能源。1969年，美國(guó)登月計(jì)劃實(shí)施，閥控式密

16、封鉛酸蓄電池和鎘鎳電池被列入月球車用動(dòng)力電源，最后鎘鎳電池被采用，但密封鉛酸蓄電池技術(shù)從此得到發(fā)展。1992 年，經(jīng)過(guò)許多年努力并付出高昂代價(jià)的情況下，密封鉛酸蓄電池得到了廣大用戶的認(rèn)可。其基本特點(diǎn)是使用期間不用加酸加水維護(hù)，電池為密封結(jié)構(gòu)，不會(huì)漏酸，也不會(huì)排酸霧，電池蓋子上設(shè)有 單</p><p>　　向排氣閥（也叫安全閥），該閥的作用是當(dāng)電池內(nèi)部氣體量超過(guò)一定值（通常用氣壓值表示），即當(dāng)電池內(nèi)部氣壓升高到一定

17、值時(shí)，排氣閥自動(dòng)打，排出氣體，然后自動(dòng)關(guān)閥，防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。 VRIA電池就是閥控式密封鉛酸蓄電池。它誕生于20世紀(jì)70年代，到1975年時(shí)，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，很快就形成了產(chǎn)業(yè)化并大量投放市場(chǎng)。這種電池雖然也是鉛酸蓄電池，但是它與原來(lái)的鉛酸蓄電池相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，而倍受用戶歡迎，特別是讓那些需要將電池配套設(shè)備安裝在一起(或一個(gè)工作間)的用戶青睞，例如UPS、電信設(shè)備、移動(dòng)通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)、摩托車等。這

18、是因?yàn)閂RIA電池是全密封的，不會(huì)漏酸，而且在充放電時(shí)不會(huì)象老式鉛酸蓄電池那樣會(huì)有酸霧放出來(lái)而腐蝕設(shè)備，污染環(huán)境，所以從結(jié)構(gòu)特性上人們把VRLA電池又叫做密閉(封)鉛酸蓄電池。為了區(qū)分，把老式鉛酸蓄電池叫做開(kāi)口鉛酸蓄電池。由于VRIA電池從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，它不但是全密封的，而且還有一個(gè)可以控制電池內(nèi)部氣體壓力的閥，所以VRLA鉛酸蓄電池的全稱便成了“閥控式密閉鉛酸蓄電池”。</p><p>　　1.1蓄電池在電力機(jī)車

19、上的應(yīng)用</p><p>　　蓄電池作為電力機(jī)車的備用電源和啟用電源，其作用主要包括：在降弓狀態(tài)下位機(jī)車的控制電路、低溫預(yù)熱電器、輔助壓縮機(jī)、照明顯示等低壓電器提供110V直流電源，保證機(jī)車升弓并投入工作，在電力機(jī)車運(yùn)行中110V控制電源發(fā)生故障時(shí)，給控制電路提供電源來(lái)維持機(jī)車的短時(shí)故障運(yùn)行；機(jī)車在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)控制電源起濾波作用，以降低控制電源的紋波系數(shù)，提高控制電源的品質(zhì)；為機(jī)車的低壓試驗(yàn)提供控制電源和為

20、機(jī)車的故障檢查提供照明電源。</p><p>　　從我國(guó)首臺(tái)電力機(jī)車問(wèn)世直至20世紀(jì)90年代中期，我國(guó)電力機(jī)車一直采用普通的鎘鎳堿性蓄電池（鐵殼體）。隨著對(duì)蓄電池性能要求的提高，原有的蓄電池固有的一些缺陷（如漏液、故障率高、存在記憶效應(yīng)、每運(yùn)行半年左右需要換液維護(hù)等）與電力機(jī)車對(duì)蓄電池的運(yùn)用要求之間的矛盾愈益明顯。而閥控式免維護(hù)型鉛酸蓄電池作為新產(chǎn)品，以其比能量高、常溫放電性能平穩(wěn)、少維護(hù)（終生免換液）、無(wú)記憶效

21、應(yīng)、不漏液（塑料外殼）、一次性價(jià)格低等特點(diǎn)迅速在電力機(jī)車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。此后，在20世紀(jì)90年代末期，鎘鎳堿性蓄電池的研發(fā)工作取得了較大的發(fā)展，研制出具有少維護(hù)、壽命長(zhǎng)、耐過(guò)充過(guò)放、應(yīng)用溫度范圍寬、不漏液（塑料外殼）等特點(diǎn)的鎘鎳堿性蓄電池。從此酸堿兩種少維護(hù)型蓄電池均在電力機(jī)車領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。下面是機(jī)車車輛用鉛、堿性蓄電池的種類如表1-1。</p><p>　　表1-1 機(jī)車車輛用鉛、堿性蓄電池的種類<

22、;/p><p><b>　　1.2供電蓄電池</b></p><p>　　傳統(tǒng)供電電源使用的蓄電池為TG型酸性鉛蓄電池或GN型堿性鎘鎳蓄電池，其主要規(guī)格如表1-2所示。</p><p>　　表1-2 供電蓄電池主要規(guī)格</p><p>　　普通客車及德國(guó)進(jìn)口空調(diào)客車，采用軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)與蓄電池組并聯(lián)供電。當(dāng)車輛停站或低速運(yùn)行

23、時(shí)，車輛停止轉(zhuǎn)動(dòng)或低速轉(zhuǎn)動(dòng)，軸驅(qū)式發(fā)電機(jī)尚未建立足夠電壓，車上電燈、電扇，電動(dòng)水泵以及空調(diào)機(jī)組，此時(shí)，均由蓄電池組供電。普通客車采用48V直流電源，蓄電池組由24只鉛蓄電池串聯(lián)而成;空調(diào)客車采用110V直流電源，由56只鉛蓄電池或者78只鎘鎳蓄電池串聯(lián)成組。</p><p>　　DC600V/380V兼容集中供電空調(diào)客車，為了保證照明、通風(fēng)及控制電器使用不間斷電源，采用DC110V供電裝置。這種裝置由充電器、蓄電

24、池組等部件組成。其中，蓄電池組采用78節(jié)中倍率堿性蓄電池，200km/h電力動(dòng)車組采用德國(guó)產(chǎn)鎘鎳免維護(hù)電池額定電壓為93.6V，容量為100A·h，額定充電電壓為115V，最大允許充電電池為25A。充電器將DC600V直流電變換成DC110V直流電，向蓄電池充電的同時(shí)，向DC110V用電負(fù)載供電。當(dāng)摘掛機(jī)車或停電時(shí)，由蓄電池供給照明、通風(fēng)及控制電器等用電。</p><p><b>　　1.3起

25、動(dòng)蓄電池</b></p><p>　　發(fā)電車和帶有空調(diào)裝置的軟臥車或公務(wù)車中的柴油發(fā)電機(jī)組，用起動(dòng)蓄電池驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)柴油機(jī)，使柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)100r/min以上。</p><p>　　起動(dòng)蓄電池具有大電流（400～1000A)放電、蒸餾水消耗多、充放電頻繁的工作特點(diǎn)。常用的鉛蓄起動(dòng)蓄電池型號(hào)和規(guī)格如表1-3。</p><p>　　表1-3鉛蓄起動(dòng)蓄電

26、池型號(hào)和規(guī)格</p><p>　　1.4堿性蓄電池與酸性蓄電池比較</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)鐵路客車常用的蓄電池為鉛酸蓄電池和鎳鎘堿性蓄電池，下面是這兩者的區(qū)別。</p><p>　　1.4.1鉛酸蓄電池特點(diǎn)</p><p>　?。?）鉛蓄電池單只初置成本較低。</p><p>　?。?）酸性蓄電池可以用測(cè)電解液密

27、度的方法來(lái)了解容量，堿性蓄電池則無(wú)此項(xiàng)簡(jiǎn)單方法。</p><p>　?。?）單位重量的容量較小、壽命小于1000次充放電循環(huán)（約3～4年）。</p><p>　　（4）靜置1個(gè)月的自放電損失電能達(dá)30%左右。</p><p>　?。?）應(yīng)用和維護(hù)保養(yǎng)工作中有氫氣和硫酸污水產(chǎn)生，制造過(guò)程要防止工人鉛中毒。</p><p>　　（6）鉛蓄電池使用

28、H2SO4作為電解液，腐蝕蓄電池池箱，容易造成車體漏電。</p><p>　　1.4.2鎘鎳堿性蓄電池的特點(diǎn)</p><p>　?。?）理論重量比能量K大于鉛酸蓄電池</p><p>　?。?）鎘鎳堿性蓄電池自放電較鉛酸蓄電池笑，常溫下貯存1個(gè)月，自放電為10%。</p><p>　?。?）鎘鎳堿性蓄電池在-40℃環(huán)境下工作容量降低至65%，

29、鉛酸電池則為30%左右。</p><p>　?。?）壽命長(zhǎng)。全充電放電達(dá)1000～2000次循環(huán)，浮充電（指蓄電池與恒壓直流電源一直并聯(lián)在一起，使其保持全充電狀態(tài)的一種充電方式）狀態(tài)使用壽命可達(dá)15年左右。</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)牢固，耐高溫及大電流充電。</p><p>　　鎘鎳堿性蓄電池雖具有上述優(yōu)點(diǎn)，但加工較復(fù)雜加之原材料昂貴，故初置成本較高，而且鎘也

30、會(huì)造成環(huán)境污染和工業(yè)中毒問(wèn)題。此外季節(jié)不同，使用的電解液成分也不同。</p><p><b>　　1.5新型蓄電池</b></p><p>　　下面就是國(guó)內(nèi)新型蓄電池——閥控式密封鉛酸（VRIA）蓄電池和膠體電池的介紹。</p><p>　　1.5.1閥控式密封鉛酸蓄電池</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的VRLA蓄電

31、池主要采用兩種技術(shù)：AGM技術(shù)和GEL技術(shù)。AGM技術(shù)是貧液式設(shè)計(jì)，電池內(nèi)部沒(méi)有流動(dòng)的電解液，它采用超細(xì)玻璃棉隔板，隔板吸收了足夠的電解液后仍保持10%左右的孔隙作為氧氣的復(fù)合通道，正極析出的氧到負(fù)極復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)氧的循環(huán)。它具有自放電小、充電效率高的優(yōu)點(diǎn)，極群采用緊裝配，內(nèi)阻小，適合大電流放電，氣體復(fù)合效率高，酸霧逸出少，初期容量較高，有較好的低溫放電性能。 GEL技術(shù)即生產(chǎn)膠體電池的技術(shù)。膠體電池中氧的復(fù)合通道是膠體收縮時(shí)所

32、產(chǎn)生的裂紋，由于采用富液式設(shè)計(jì)，深放電的恢復(fù)特性較好，能防止電解液干涸，膠體的固定作用使電解液幾乎不存在分層現(xiàn)象，在較高的環(huán)境溫度下，膠體電池有較長(zhǎng)的壽命。但膠體電池在使用初期，裂紋少，復(fù)合效率低，控制閥經(jīng)常打開(kāi)排放酸霧，無(wú)法充分體現(xiàn)密封蓄電池在環(huán)保方面的優(yōu)越性。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，裂紋增多，這個(gè)缺點(diǎn)自然而然就會(huì)被克服。</p><p>　　1.5.2膠體電池 膠體電池屬于鉛酸蓄電池的一種發(fā)展分類，最簡(jiǎn)單的做法

33、，是在硫酸中添加膠凝劑，使硫酸電液變?yōu)槟z態(tài)。電液呈膠態(tài)的電池通常稱之為膠體電池。廣義而言，膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別不僅僅在于電液改為膠凝狀。例如非凝固態(tài)的水性膠體，從電化學(xué)分類結(jié)構(gòu)和特性看同屬膠體電池。又如在板柵中結(jié)附高分子材料，俗稱陶瓷板柵，亦可視作膠體電池的應(yīng)用特色。近期已有實(shí)驗(yàn)室在極板配方中添加一種靶向偶聯(lián)劑，大大提高了極板活性物質(zhì)的反應(yīng)利用率，據(jù)非公開(kāi)資料表明可達(dá)到70wh/kg的重量比能量水平，這些都是現(xiàn)階段工業(yè)實(shí)踐及有

34、待工業(yè)化的膠體電池的應(yīng)用范例。 膠體電池與常規(guī)鉛酸電池的區(qū)別，從最初理解的電解質(zhì)膠凝，進(jìn)一步發(fā)展至電解質(zhì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的電化學(xué)特性研究，以及在板柵和活性物質(zhì)中的應(yīng)用推廣。其最重要的特點(diǎn)為：用較小的工業(yè)代價(jià)，沿已有150年歷史的鉛酸電池工業(yè)路子制造出更優(yōu)質(zhì)的電池，其放電曲線平直，拐點(diǎn)高，比能量特別是比功率要比常規(guī)鉛酸電池大20%以上，壽命一般也比常規(guī)鉛酸電池長(zhǎng)一倍左右，高溫及低溫特性要好得多。 </p><p>

35、　　膠體電池是目前世界上各項(xiàng)性能最優(yōu)越的閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池，它在使用時(shí)性能穩(wěn)定,可靠性高,使用壽命長(zhǎng),具有以下的技術(shù)特點(diǎn):（1）采用固體凝膠電解質(zhì)。在同等體積下，電解質(zhì)容量大，熱容量大，熱消散能力強(qiáng)，能避免一般蓄電池易產(chǎn)生的熱失控現(xiàn)象。對(duì)環(huán)境溫度的適應(yīng)能力（高、低溫）強(qiáng)。（2）內(nèi)部無(wú)游離的液體存在,無(wú)內(nèi)部短路的可能。（3）電解質(zhì)濃度低,對(duì)極板腐蝕弱;濃度均勻,不存在酸分層的現(xiàn)象。（4）采用無(wú)銻合金電池極板,電池自放電率極低.

36、在20攝氏度下電池存放兩年不需補(bǔ)充電.（5）超強(qiáng)的承受深放電及大電流放電能力,有過(guò)充電及過(guò)放電自我保護(hù).電池在100%放電后仍可繼續(xù)接在負(fù)載上,在四周內(nèi)充電可恢復(fù)至原容量。（6）長(zhǎng)時(shí)間放電能力及循環(huán)放電能力強(qiáng)。（7）采用高靈敏度低壓傘式氣閥(德國(guó)陽(yáng)光公司專利),無(wú)滲液\鼓脹現(xiàn)象。（8）采用滑動(dòng)密閉技術(shù)(德國(guó)陽(yáng)光公司專利),即允許由電化學(xué)反應(yīng)必然產(chǎn)生的電池使用后期的的極柱生長(zhǎng),又能保證其極高的密封性能。（9）大容量電池采用正極管

37、式極板,電池單體最大可做到2V 3000AH;浮充使用壽命最長(zhǎng)可達(dá)20年。</p><p>　　1.5.3兩種新型電池的對(duì)比</p><p>　　我們從熱失控、使用壽命和復(fù)合效率來(lái)進(jìn)行比較。首先我們先了解下熱失控和復(fù)合效率的定義。 </p><p>　　熱失控指的是：電池在充電后期(或浮充狀態(tài))由于沒(méi)有及時(shí)調(diào)整充電電壓，使電池的充電電流和溫度發(fā)生一種累積性的相互增強(qiáng)

38、作用，此時(shí)電池的溫度急劇上升，從而導(dǎo)致電池槽膨脹變形，失水速度加大，甚至電池?fù)p壞</p><p>　　復(fù)合效率指的是：充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧氣被負(fù)極吸收復(fù)合的比率。充電電流、電池溫度、負(fù)極特性和氧氣到達(dá)負(fù)極的速度等因素，均會(huì)影響密封電池的氣體復(fù)合效率。 當(dāng)AGM密封鉛蓄電池在使用不當(dāng)時(shí). 而出現(xiàn)的一種具有很大破壞性的現(xiàn)象。這是由于AGM密封鉛蓄電池采用了貧液式緊裝配設(shè)計(jì)，隔板中必須保持10%的孔隙不準(zhǔn)電解液進(jìn)

39、入，因而電池內(nèi)部的導(dǎo)熱性差，熱容量小。充電時(shí)正極產(chǎn)生的氧到達(dá)負(fù)極和負(fù)極鉛反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，如不及時(shí)導(dǎo)走，則會(huì)使電池溫度升高；如若沒(méi)有及時(shí)降低充電電壓，則充電電流就會(huì)加大，析氧速度增大，又反過(guò)來(lái)使電池溫度升高。如此惡性循環(huán)下去，就會(huì)引起熱失控現(xiàn)象。 對(duì)于開(kāi)口式鉛蓄電池而言，由于不存在陰極吸收氧氣現(xiàn)象，再加上其電解液量比較大，電池散熱容易，熱容量也大，當(dāng)然不會(huì)出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象。膠體密封鉛蓄電池的電解液量用得和開(kāi)口式鉛蓄電池相當(dāng)，極群周

40、圍及與槽體之間充滿凝膠電解質(zhì)，有較大的熱容量和散熱性，不會(huì)產(chǎn)生熱量積累現(xiàn)象。 影響閥控式密封鉛蓄電池使用壽命的因素很多，既有電池設(shè)計(jì)和制造方面的因素，又有用戶使用和維護(hù)條件方面的因素。就前者而言，正極板柵耐腐蝕性能和電池的水損耗速度乃是兩</p><p>　　第2章 蓄電池的結(jié)構(gòu) </p><p>　　2.1 TG型鉛蓄電池</p><p>

41、　　在我國(guó)鐵路客車上使用的酸性蓄電池為TG型（T表示鐵路用，G為本型電池采用管式正極板）。TG型鉛蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 TG型鉛蓄電池結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-負(fù)極板 2-膠槽 3-正極板 4-防護(hù)板 5-瀝青 6-注液孔</p><p>　　7-浮標(biāo) 8-浮標(biāo)孔蓋 9-電池蓋 10-極柱卡

42、 11-浮標(biāo)套 12-隔板</p><p>　　1. 正極板群：為增大蓄電池的容量，獲得較大的放電電池，蓄電池的極板由10片組成。每片正極板又由板珊鉛芯、套管和作用物質(zhì)三部分構(gòu)成。</p><p>　　2. 負(fù)極板群：負(fù)極板群是由11片涂膏式負(fù)極板組成，每片負(fù)極板由珊格狀基板和鉛膏兩部分構(gòu)成。在蓄電池極板群的制作中，均令負(fù)極板片數(shù)比正極板片數(shù)多一片，這是由于蓄電池在放電時(shí)正極板上的二

43、氧化鉛要變成硫酸鉛，作用物質(zhì)體積發(fā)生膨脹，如果正極板和負(fù)極板數(shù)量相同，放電時(shí)最外側(cè)的一塊正極板只一面發(fā)生作用，易產(chǎn)生單面膨脹造成極板彎曲。新造蓄電池在工廠內(nèi)要進(jìn)行化成充電，其目的是使兩極板上的作用物質(zhì)(此時(shí)的極板為生板）電化成有用的作用物質(zhì)，即正極板上為多孔性的二氧化鉛，負(fù)極板上為海綿狀鉛，同時(shí)具有疏松適度的結(jié)構(gòu)</p><p>　　3. 隔板：隔板用來(lái)隔離正、負(fù)極板，防止它們互相短接。</p>&

44、lt;p>　　4. 電池槽：電池槽是盛裝極板群和電解液的容器，其底部做有支持極板的腳墊，以防止作用物脫落造成極板底部短接。</p><p>　　5. 電池蓋及浮標(biāo)：電池蓋見(jiàn)圖2-2，電池蓋上有極柱孔、注液孔及浮標(biāo)孔，浮標(biāo)孔蓋中央處裝有浮標(biāo)套、浮標(biāo)和浮標(biāo)孔蓋，浮標(biāo)是指示電解液液面高度的裝置，它的上部有三條指示線，中間為藍(lán)色，其他兩條為紅色。當(dāng)藍(lán)色指示線與浮標(biāo)孔蓋頂面在同一水平時(shí)，表示液面高度合適，當(dāng)上端或下端

45、紅線與浮標(biāo)孔蓋頂面在同一水平線時(shí)表示液面高度已達(dá)到最低或最高限，遇此情況應(yīng)對(duì)液面高度進(jìn)行調(diào)整。注液孔上旋有注液孔蓋，其側(cè)面有排氣孔。注液孔蓋旋下后可以給電池補(bǔ)液，充電時(shí)電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體可從排氣孔排出。電池蓋及浮標(biāo)結(jié)構(gòu)如圖2-2</p><p>　　圖2-2電池蓋及浮標(biāo)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1-電池蓋 2-注液孔蓋 3-浮標(biāo)孔蓋 4-排氣孔 5-浮標(biāo)套 6-浮標(biāo)&l

46、t;/p><p>　　6. 鉛蓄電池電化反應(yīng)方程式：</p><p>　　PbO2+2H2SO4+Pb==PbSO4+2H2O+PbSO4</p><p><b>　　2.1.1電解液</b></p><p>　　鉛蓄電池的電解液是用濃硫酸和純水按一定密度調(diào)制而成的稀硫酸。所用的濃硫酸是一種無(wú)色、無(wú)臭的透明油狀體，在15℃時(shí)

47、的密度為1.835，含純硫酸93.2%，所用的水必須是經(jīng)過(guò)凈化的水（蒸餾水），不能用自來(lái)水和其他天然水代替。其中蒸餾水中氯離子含量不得大于5.5mg/L，鐵離子含量不得大于5.0mg/L，蓄電池用蒸餾水作電導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，其絕緣值應(yīng)大于或等于0.3MΩ。TG型電池充電后的密度一般選為1.260±0.005（30℃)；放電后的密度不宜過(guò)低，一般選為1.150（30℃）。</p><p>　　2.1.2鉛蓄電池的

48、特性</p><p>　　電動(dòng)勢(shì)：在實(shí)際運(yùn)用中，鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)可按E=0.85+d計(jì)算，式中d是電解液在極板有效物質(zhì)細(xì)孔中的密度值（15℃）。蓄電池的電動(dòng)勢(shì)在充電后略有降低，在放電后略有升高。</p><p>　　端電壓：蓄電池的端電壓隨電流充放電的狀態(tài)而變化。放電時(shí)端電壓降低，充電時(shí)端電壓要比電動(dòng)勢(shì)高，相差的數(shù)值等于放電電流或充電電流在電池內(nèi)阻上的電壓降。</p><

49、;p>　　容量：蓄電池由充電充足狀態(tài)，放電至規(guī)定終止電壓時(shí)所放出的總電量為蓄電池的容量，它表現(xiàn)出蓄電池的蓄電能力。當(dāng)蓄電池以恒定電流放電時(shí)，它的容量C等于放電電流值I放放電時(shí)間T放的乘積，單位為A·h，即C=I放T放。蓄電池的容量大小與很多條件有關(guān)，如蓄電池的充電程度、放電電流、放電時(shí)間；電解液的比重、溫度；電池的效率和新舊程度以及蓄電池極板表面進(jìn)行電化反應(yīng)時(shí)參加反應(yīng)的作用物質(zhì)的多少等。影響運(yùn)行中蓄電池容量的主要因素有以

50、下兩個(gè)方面：</p><p>　?。?）放電率：蓄電池放電至終了電壓的快慢叫做放電率。放電率可以用放電電流的大小或者放電至終了電壓的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)表示。例如：一只315A·h容量的蓄電池，以52.5A電流放電，6h后到達(dá)終了電壓。此時(shí)，如用電流表示放電率為52.5A率；如以時(shí)間表示則為6h率。一般放電率多用時(shí)間表示。</p><p>　?。?）電解液溫度：電解液溫度高時(shí)，蓄電池容量增

51、大。反之容量下降。</p><p>　　4. 內(nèi)阻：蓄電池的內(nèi)阻包括極板的電阻，電解液的電阻以及作用物質(zhì)細(xì)孔內(nèi)所含電解液的電阻等，其中主要是作用物質(zhì)的電阻和電解液的電阻。蓄電池的內(nèi)阻與電解液的溫度成反比，溫度高時(shí)內(nèi)阻小，溫度低時(shí)內(nèi)阻大。此外，電池的內(nèi)阻還隨電池充放電程度而變化，充電時(shí)內(nèi)阻逐漸減小，放電是內(nèi)阻逐漸增大。</p><p>　　5. 自放電：蓄電池在外電路開(kāi)路時(shí)其容量的無(wú)益消耗稱

52、為自放電。造成鉛蓄電池自放電的因素很多，如負(fù)極板海綿狀鉛的自動(dòng)溶解，正極板二氧化鉛的自動(dòng)還原和電解液中混有有害雜質(zhì)等，都能引起自放電的產(chǎn)生。</p><p>　　6. 效率：表示蓄電池電量或能量利用程度的百分?jǐn)?shù)稱為蓄電池的效率。蓄電池的效率的表示方法有兩種，即安時(shí)效率和瓦時(shí)效率。蓄電池的安時(shí)效率一般能達(dá)到85%～90%，瓦時(shí)效率能達(dá)到70%。</p><p>　　2.2鎘鎳堿性蓄電池<

53、;/p><p>　　某些城市軌道交通車輛采用的GN-100型鎘鎳堿性蓄電池組，由74個(gè)蓄電池串聯(lián)而成，每個(gè)蓄電池的標(biāo)稱電壓為1.25V，容量為100A·h，蓄電池組的標(biāo)稱電壓為92.5V。其型號(hào)意義如下：</p><p>　　G-鎘（負(fù)極板材料）</p><p>　　N-鎳（正板極材料）</p><p>　　100-蓄電池容量（A

54、83;h）。</p><p>　　城市軌道交通車輛的蓄電池組與輔助逆變裝置輸出的低壓電源并聯(lián)，是城市軌道交通上直流控制電源的輔助電源，并兼作低壓電源的濾波元件。在升弓前及低壓電源發(fā)生故障時(shí)，由蓄電池組向車輛控制電路供電；低壓電源正常工作時(shí)，蓄電池處于浮充電工作狀態(tài)。</p><p>　　蓄電池主要由兩種不同金屬組成的正負(fù)極板、電解液以及容納極板和電解液的電槽組成，GN-100型鎳鎘堿性蓄電

55、池結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 GN-100型鎘鎳堿性蓄電池結(jié)構(gòu)</p><p>　　1-正極板；2-正極板引線端；3-負(fù)極板；4-負(fù)極板引線端；</p><p>　　5-硬橡膠棍；6-電槽；7-帶有開(kāi)關(guān)作用的螺釘塞；8-電解液</p><p>　　正、負(fù)極板用穿孔鋼帶制成的匣子分別裝入正、負(fù)活性物質(zhì)（氧化鎳、鎘鐵合金等

56、）構(gòu)成，鋼帶上的小孔用于排出充電時(shí)所形成的氣體，便于電解液的流通。正、負(fù)極板分別焊在各自帶有接線柱的匯流排上，組成極板組。安裝時(shí)將正、負(fù)極板交錯(cuò)排列，并采用硬橡膠棍隔離，再通過(guò)各自的引線端柱固于槽蓋上。正極板與電槽直接相連，負(fù)極板與電槽絕緣，故負(fù)極板比正極板略窄，以防負(fù)極板與電槽相連，形成正、負(fù)極板間的短路。由于正極板活性物質(zhì)單位質(zhì)量的電容量少于負(fù)極板的活性物質(zhì)，故在鎘鎳蓄電池中，正極板比負(fù)極板多一塊，即6塊正極板，5塊負(fù)極板。<

57、/p><p>　　電槽用鍍鎳鋼板制成。由于堿性電池的電槽本身也是一個(gè)電極，所以必須注意各電池之間以及電池與地之間的絕緣，以防短路。槽蓋上有三個(gè)小孔，左、右兩孔用于引出正、負(fù)極性，并在正極柱旁注明有“+”號(hào)標(biāo)志；中間一個(gè)為注液孔，孔內(nèi)裝有帶開(kāi)關(guān)作用的氣塞。氣塞有三個(gè)作用：一個(gè)是防止外部空氣中的二氧化碳侵入后產(chǎn)生了碳酸鹽，降低電池的容量；二是防止蓄電池短時(shí)翻轉(zhuǎn)電解液外流；三是能使電池內(nèi)部的氣體增加到一定量時(shí)通過(guò)氣塞排除，

58、以免電池中氣壓過(guò)高。</p><p>　　電解液是根據(jù)使用蓄電池的環(huán)境溫度配制的，使用合理，可以延長(zhǎng)蓄電池的壽命，保證其額定容量。</p><p>　　車輛在運(yùn)行一段時(shí)間以后，當(dāng)蓄電池電壓低于終止電壓（一般規(guī)定終止電壓為1.1V）時(shí)，蓄電池不適宜繼續(xù)放電，應(yīng)及時(shí)的充電，并須補(bǔ)充蒸餾水或者電解液。蓄電池以恒定的電流充電時(shí)，其充電制有初充電制、標(biāo)準(zhǔn)充電制和快速充電制三種。對(duì)GN-100型鎘鎳堿

59、性蓄電池，不同充電制時(shí)的充電電流和充電時(shí)間如下。</p><p>　　初充電制：先用25A充6h，再用12.5A沖6h（放電時(shí)用12.5A放4h）；</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)充電制：25A充7h；</p><p>　　快速充點(diǎn)制：50A充2.5h，再用25A充2h?？焖俪潆姺椒▋H在特殊情況下使用，不能作為經(jīng)常的充電制度。</p><p>　　

60、2.3閥控型鉛酸蓄電池</p><p>　　2.3.1閥控型鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　板柵：由鉛合金經(jīng)過(guò)模具鑄造形成柵格狀的物體，用于支撐活性物質(zhì)、傳導(dǎo)電流。</p><p>　　極板：板柵上涂膏后稱為極板，它提供電化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)，是電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，電池容量的主要制約者。根據(jù)所涂鉛膏性質(zhì)的不同分為正極板和負(fù)極板。</p><

61、p>　　隔板：儲(chǔ)存電解液；作為氧氣復(fù)合的氣體通道；防止活性物質(zhì)脫落；防止正負(fù)極之間短路。</p><p><b>　　槽蓋：盛裝極群。</b></p><p>　　極柱：直接焊接在匯流排上，用以連接連接條，傳導(dǎo)電流。</p><p>　　安全閥：安全閥安裝在電池蓋上，由閥體和安全閥共同組成，使電池保持一定內(nèi)壓，提高密封反應(yīng)效率；過(guò)充電或高

62、電流充電時(shí)，安全閥打開(kāi)排出氣體，防止電池變形甚至生爆炸；防止外界空氣進(jìn)入電池；防止電解液揮發(fā)。</p><p>　　2.3.2閥控型鉛酸蓄電池的容量</p><p>　　電池在一定放電條件下所能給出得電量稱為電池的容量，以符號(hào)C表示。常用的單位為安培小時(shí)，簡(jiǎn)稱安時(shí)（A.h）或毫安時(shí)（mA.h）。通常在C的下角處標(biāo)明放電時(shí)率，如C10表明10小時(shí)率的放電容量；C3表明3小時(shí)率的放電容量。&l

63、t;/p><p><b>　　（1）容量分類</b></p><p>　　電池的容量可分為理論容量、額定容量、設(shè)計(jì)容量和標(biāo)稱容量。</p><p>　　理論容量是活性物質(zhì)的質(zhì)量按法拉第定律計(jì)算而得的最高理論值。為了比較不同系列的電池，常用比容量的概念，即單位體積或單位質(zhì)量電池所能給出的理論電量，單位為A.h/kg或A.h/L。實(shí)際容量是指電池在一定

64、條件下所能輸出的電量。它等于放電電流與放電時(shí)間的成績(jī)，單位為A.h，其值小于理論容量。因?yàn)榻M成設(shè)計(jì)電池時(shí)，除活性物質(zhì)外還包括非反應(yīng)成分如外殼、導(dǎo)電零件等，同時(shí)還與活性物質(zhì)被有效利用的程度有關(guān)。</p><p>　　額定容量是按國(guó)家或有關(guān)部門頒布的標(biāo)準(zhǔn)，保證電池在一定的放電條件下應(yīng)該放出的最低限度的容量。標(biāo)稱容量是用來(lái)鑒別電池安時(shí)值，只標(biāo)明電池的容量范圍而沒(méi)有確切值，因?yàn)樵跊](méi)有指定放電條件下，電池的容量是無(wú)法確定的

65、。</p><p>　?。?）影響實(shí)際容量的因素</p><p>　　電池的實(shí)際容量主要與電池正、負(fù)極活性物質(zhì)的數(shù)量及利用的程度（利用率）有關(guān)，而活性物質(zhì)利用率主要受放電制度、電極的結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面的影響。使用過(guò)程中影響實(shí)際容量的是放電率、放電制度、終止電壓和溫度。</p><p>　　放電制度指放電速率、放電形式、終止電壓和溫度。高速率即大電流。低溫條件下放電

66、時(shí)，將減少電池輸出的容量。</p><p>　　放電速率簡(jiǎn)稱放電率，常用倍率和時(shí)率表示。</p><p>　　時(shí)率是以放電時(shí)間表示的放電速率，即以某電流放電至規(guī)定終止電壓所經(jīng)歷的時(shí)間。例如某電池額定容量是10小時(shí)率時(shí)為500Ah，即以C10為500Ah表示，則電池應(yīng)以500/10＝50A（即I10=50A）的電流放電，連續(xù)放電10h為合格。</p><p>　　倍率

67、是指電池放電電流的數(shù)值為額定容量數(shù)值的倍數(shù)。電池放電倍率越高，放電電流越大，放電時(shí)間就越短，放出的相應(yīng)容量越少。如放電電流表示為0.1 C10，對(duì)于一個(gè)500Ah（C10）的電池，即以0.1×500＝50A的電流放電；1C10意指500A的電流放電。C的下腳標(biāo)表示放電時(shí)率。終止電壓指電池放電時(shí)電壓下降到不宜再繼續(xù)放電時(shí)的最低工作電壓。一般在高倍率、低溫條件下放電時(shí)，終止電壓規(guī)定得低一些。閥控電池10小時(shí)率的終止電壓為1.8V/

68、單體。由于鉛酸蓄電池本身的特性，即使放電的終止電壓繼續(xù)降低，電池也不會(huì)放出太多的容量，但終止電壓過(guò)低對(duì)電池的損傷極大，尤其當(dāng)放電到較低電壓而又不能及時(shí)充電時(shí)，將大大縮短電池的壽命。下列為2V系列的閥控式鉛酸蓄電池，通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)圖，能容我我們更好地了解到電池的容量構(gòu)成。閥控式鉛酸蓄電池如圖2-4。</p><p>　　圖2-4 2V系列的閥控式鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　下面是關(guān)

69、于TRK15-12、TRP15-6型蓄電池比較表，通過(guò)觀察這張表格，我們能更好地了解到不同類型的蓄電池他們各個(gè)規(guī)格的不同之處。TRK15-12、TRP15-6型蓄電池比較表2-1。</p><p>　　表2-1 TRK15-12、TRP15-6型蓄電池比較表</p><p>　　2.3.2內(nèi)燃機(jī)車閥控式密封鉛酸蓄電池用智能保護(hù)器</p><p>　　1．智能保護(hù)器研

70、究的主要作用</p><p>　　閥控密封式電池與普通開(kāi)口式鉛酸蓄電池相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但也必須對(duì)密封電池的技術(shù)特點(diǎn)有充分的認(rèn)識(shí)，才能合理應(yīng)用，科學(xué)維護(hù)，使密封電池在運(yùn)用過(guò)程中達(dá)到最優(yōu)的性能、最長(zhǎng)的壽命和最佳的經(jīng)濟(jì)效益。為此，鐵路內(nèi)電機(jī)車應(yīng)用閥控密封式鉛酸蓄電池的同時(shí)應(yīng)具有如下作用：</p><p>　　在輔助發(fā)電機(jī)停止發(fā)電期間，監(jiān)測(cè)蓄電池過(guò)放電。一旦放生過(guò)放電，應(yīng)能斷開(kāi)放電回路，防

71、止發(fā)生過(guò)放電而損壞蓄電池組。</p><p>　　及時(shí)檢測(cè)落后電池，發(fā)出警告和維修指示。</p><p>　　應(yīng)具有溫度補(bǔ)償?shù)母〕潆娍刂啤?lt;/p><p>　　應(yīng)具有適應(yīng)機(jī)車行駛距離短的快速均衡充電控制算法</p><p>　　2．智能保護(hù)器主要功能的實(shí)現(xiàn)途徑</p><p>　　（1）選擇8位微電子控制器，具有智能管

72、理理功能，它同PWM控制器和IGBT組成的高頻開(kāi)關(guān)電壓控制器配合，成功地滿足了閥控電池所需特殊運(yùn)行環(huán)境條件，而且，還具備了比電壓調(diào)整器控制精度更高的功能(達(dá)到士0。2V）。</p><p>　?。?）解決了閥控電池現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和過(guò)程監(jiān)測(cè)難題關(guān)鍵檢測(cè)參數(shù)選擇機(jī)車柴油機(jī)起動(dòng)功率(起動(dòng)電流與電壓的乘積)。</p><p>　　2.4閥控式鉛酸電池與膠體電池的差異</p><p&g

73、t;　　2.4.1電池結(jié)構(gòu)和工藝上的主要差異 AGM密封鉛蓄電池使用純的硫酸水溶液作電解液，其密度為1.29—1.3lg/cm3。除了極板內(nèi)部吸有一部分電解液外，其大部分存在于玻璃纖維膜之中。為了給正極析出的氧提供向負(fù)極的通道，必須使隔膜保持有10%的孔隙不被電解液占有，即貧液式設(shè)計(jì)。為了使極板充分接觸電解液，極群采用緊裝配的方式。另外，為了保證電池有足夠的壽命，極板應(yīng)設(shè)計(jì)得較厚，正板柵合金采用Pb'-q2w-Srr--

74、A1四元合金。 膠體密封鉛蓄電池的電解液是由硅溶膠和硫酸配成的，硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低，通常為1.26～1.28g/cm3。電解液的量比AGM式電池要多20%，跟富液式電池相當(dāng)。這種電解質(zhì)以膠體狀態(tài)存在，充滿在隔膜中及正負(fù)極之間，硫酸電解液由凝膠包圍著，不會(huì)流出電池。 由于這種電池采用的是富液式非緊裝配結(jié)構(gòu)，正極板柵材料可以采用低銻合金，也可以采用管狀電池正極板。同時(shí)，為了提高電池容量而又不減少電池壽命，極板可

75、以做得薄一些。電池槽內(nèi)部空間也可以擴(kuò)大一些。2.4.2電池放電容量的差異 近來(lái)的研究工作表明，膠體電解液配方，控制膠粒大小，摻</p><p>　　第3章 蓄電池的工作原理</p><p>　　3.1閥控式蓄電池的結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　相對(duì)于防酸隔暴式蓄電池組就是把所需的電解液在出廠前就注入到極板和隔板中，沒(méi)有游離的電解液，通過(guò)負(fù)極板潮濕來(lái)提高吸

76、收氧的能力，為防止電解液減少把蓄電池全密封，所以閥控式鉛酸蓄電池又稱為“貧液式蓄電池”。</p><p>　　3.2閥控式蓄電池的工作原理</p><p>　　閥控式蓄電池在充電過(guò)程中和充電終止時(shí)會(huì)出現(xiàn)水被電解的現(xiàn)象，通常情況下，正極出現(xiàn)氧氣，負(fù)極出現(xiàn)氫氣。由于電池采用免維護(hù)極板，使氧氣析出時(shí)電位提高，加上反應(yīng)區(qū)域和反應(yīng)速度的不同，使正極出現(xiàn)氧氣先于負(fù)極出現(xiàn)氫氣。由于閥控式蓄電池結(jié)構(gòu)，使電

77、池內(nèi)部保留一定壓力和氣體，保證上述反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行，與此同時(shí)也抑制負(fù)極氫氣的析出，控制了電池內(nèi)水分的消耗，因此電池可以密封運(yùn)行。</p><p>　　在蓄電池充、放電時(shí)，正極、負(fù)極活性物質(zhì)和電解液同時(shí)參加化學(xué)反應(yīng)。鉛酸蓄電池充、放電化學(xué)反應(yīng)的原理方程式如下： </p><p>　　正極： PbO2 + 2e + HSO4- + 3H+ == PbSO4 + 2H2O </p>

78、<p>　　負(fù)極： Pb + HSO4- == PbSO4 + H+ + 2e </p><p>　　總反應(yīng)： PbO2 + 2 H2SO4 + Pb == 2 PbSO4 + 2H2O </p><p>　　從以上的化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出，鉛酸蓄電池在放電時(shí)，正極的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極的活性物質(zhì)金屬鉛都與硫酸電解液反應(yīng)，生成硫酸鉛，在電化學(xué)上把這種反應(yīng)叫做“雙硫酸鹽化反應(yīng)

79、”。在蓄電池剛放電結(jié)束時(shí)，正、負(fù)極活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成的硫酸鉛是一種結(jié)構(gòu)疏松、晶體細(xì)密的結(jié)晶物，活性程度非常高。在蓄電池充電過(guò)程中，正、負(fù)極疏松細(xì)密的硫酸鉛，在外界充電電流的作用下會(huì)重新變成二氧化鉛和金屬鉛，蓄電池就又處于充足電的狀態(tài)。正是這種可逆轉(zhuǎn)的電化學(xué)反應(yīng)，使蓄電池實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)存電能和釋放電能的功能。 人們?cè)谌粘Ｊ褂弥校ǔＪ褂眯铍姵氐姆烹姽δ?，把充電階段作為對(duì)蓄電池的維護(hù)工作。鉛酸蓄電池在充足電的情況下可以長(zhǎng)時(shí)間保持電池內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的活性

80、，而在蓄電池放出電以后，如果不及時(shí)充足電，電池內(nèi)的活性物質(zhì)很快就會(huì)失去活性，使蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)。所以無(wú)論是電動(dòng)車電池還是其他用途的鉛酸蓄電池，一般生產(chǎn)廠家都會(huì)要求使用者對(duì)蓄電池充足電保存，并定期對(duì)電池補(bǔ)充電。圖3-1為充電電壓與氣體吸收率的關(guān)系圖。</p><p>　　圖3-1 充電電壓與氣體吸收率關(guān)系圖</p><p>　　鉛酸蓄電池用填滿海綿狀鉛的鉛板作負(fù)極，填滿二氧化

81、鉛的鉛板作正極，并用1.28％的稀硫酸作電解質(zhì)。在充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)化學(xué)能又轉(zhuǎn)化為電能。電池在放電時(shí)，金屬鉛是負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，被氧化為硫酸鉛；二氧化鉛是正極，發(fā)生還原反應(yīng)，被還原為硫酸鉛。電池在用直流電充電時(shí)，兩極分別生成鉛和二氧化鉛。移去電源后，它又恢復(fù)到放電前的狀態(tài)，組成化學(xué)電池。鉛蓄電池是能反復(fù)充電、放電的電池，叫做二次電池。它的電壓是2V，通常把三個(gè)鉛蓄電池串聯(lián)起來(lái)使用，電壓是6V。汽車上用的是6個(gè)[2]鉛蓄電

82、池串聯(lián)成12V的電池組。鉛蓄電池在使用一段時(shí)間后要補(bǔ)充蒸餾水，使電解質(zhì)保持含有22～28％的稀硫酸。   </p><p><b>　　鉛酸電池工作原理：</b></p><p>　　閥控式密封鉛酸蓄電池在充放電過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)如下：</p><p>　　PbO2+2H2SO4+Pb==PbSO4+2H2O+PbS

83、O4 催化劑：Pb，加熱</p><p>　　實(shí)現(xiàn)電池密封的設(shè)計(jì)原理：</p><p>　　正極活化物（二氧化硅） 正極活化物（硫酸鉛）</p><p>　　電解液（硫酸） 電解液（水）</p><p>　　負(fù)極活化物（海綿狀鉛）

84、 負(fù)極活化物（硫酸鉛）</p><p>　　解決方案→防止因過(guò)充電導(dǎo)致水分解而引起電解液的減少→實(shí)現(xiàn)電池的密封</p><p><b>　　（3）活性物質(zhì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)正、負(fù)極板活物質(zhì)在充電過(guò)程中的異步復(fù)原反應(yīng)，即當(dāng)正極板活物質(zhì)完全充電恢復(fù)后，負(fù)極板活物質(zhì)還未完全轉(zhuǎn)變?yōu)楹＞d狀鉛，這樣，充電末期當(dāng)正

85、極開(kāi)始產(chǎn)生氧氣時(shí)，負(fù)極板還未變成完全充電狀態(tài)，可以最大限度抑制氫氣的產(chǎn)生。</p><p>　?。?）隔板：設(shè)計(jì)隔板達(dá)到以下4個(gè)主要目的</p><p>　?、俦３终?、負(fù)極板絕緣；</p><p>　　②吸附電解液，保持電解液不流動(dòng)及負(fù)極板處于濕潤(rùn)狀態(tài)；</p><p>　?、鄹呖紫抖龋拐龢O產(chǎn)生的氧氣容易通過(guò)到達(dá)負(fù)極板；</p>

86、<p>　?、芨舭逯屑尤脒m量粗纖維，保持隔板長(zhǎng)時(shí)間具備良好的彈性。</p><p>　?。?）充電末期電極反應(yīng)</p><p>　　正極產(chǎn)生的氧氣，與負(fù)極活物質(zhì)和稀硫酸進(jìn)行反應(yīng)，使負(fù)極板的一部分處于去極化狀態(tài)，從當(dāng)吸收正極產(chǎn)生的氧氣而消耗的海綿狀鉛的量與負(fù)極板充電生成海綿狀鉛的量，兩者達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了電池的密封。</p><p>　　充電末期電

87、極反應(yīng)如下：</p><p>　　總之，充電過(guò)程產(chǎn)生的氧氣能夠迅速與負(fù)極板上充電狀態(tài)下的活物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)變成水，結(jié)果基本沒(méi)有水份的損失，密封成為可能。</p><p>　　不論是采用玻璃纖維隔膜的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱AGM密封鉛蓄電池)還是采用膠體電解液的閥控式密封鉛蓄電池(以下簡(jiǎn)稱膠體密封鉛蓄電池)，它們都是利用陰極吸收原理使電池得以密封的。 電池充電時(shí)，正極會(huì)析出氧氣，負(fù)

88、極會(huì)析出氫氣。正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開(kāi)始了。析出的氧到達(dá)負(fù)極，跟負(fù)極起下述反應(yīng)，達(dá)到陰極吸收的目的。原理化學(xué)式如下： 2Pb＋O2==2PbO 2PbO＋2H2SO4==2PbS04+2H20 負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開(kāi)始，再加上氧在負(fù)極上的還原作用及負(fù)極本身氫過(guò)電位的提高，從而避免了大量析氫反應(yīng)。 對(duì)AGM密

89、封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必須使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是通過(guò)這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。 對(duì)膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是以SiO質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)</p><p>　　第4章 蓄電池的故障分析</p><

90、;p>　　4.1影響閥控式蓄電池使用壽命的主要因素</p><p>　　在放電終止電壓下蓄電池組能放出的最少電量的電池是衡量蓄電池壽命的主要指標(biāo)，而與蓄電池容量有關(guān)的因素較多，如設(shè)計(jì)不周密、制造不精良、安裝不正確、維護(hù)不完善等均對(duì)蓄電池的使用壽命有一定的影響。下面主要從使用維護(hù)的角度分析影響閥控式蓄電池使用壽命的主要因素。</p><p><b>　　4.1.1環(huán)境溫度&l

91、t;/b></p><p>　　環(huán)境溫度過(guò)高對(duì)蓄電池使用壽命的影響很大，溫度升高時(shí)，蓄電池的極板腐蝕將加劇，同時(shí)將消耗更多的水，從而使電池壽命縮短。蓄電池在25℃的環(huán)境下可獲得較長(zhǎng)的壽命，長(zhǎng)期運(yùn)行溫度若升高10℃，使用壽命約降低一半。</p><p><b>　　4.1.2過(guò)度充電</b></p><p>　　長(zhǎng)期過(guò)充電狀態(tài)下，正極因析氧

92、反應(yīng)，水被消耗，H＋增加，從而導(dǎo)致正極附近酸度增加，板柵腐蝕加速，使板柵變薄加速電池的腐蝕，使電池容量降低；同時(shí)因水損耗加劇，將使蓄電池有干涸的危險(xiǎn)，從而影響蓄電池的壽命。</p><p><b>　　4.1.3過(guò)度放電</b></p><p>　　蓄電池過(guò)度放電主要發(fā)生在交流電源停電后，蓄電池長(zhǎng)時(shí)間為負(fù)載供電。當(dāng)蓄電池被過(guò)度放電到其電壓過(guò)低甚至為零時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部

93、有大量的硫酸鉛被吸附到蓄電池的陰極表面，在電池的陰極造成“硫酸鹽化”。因硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對(duì)蓄電池的充、放電性能產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此在陰極上形成的硫酸鹽越多，蓄電池的內(nèi)阻越大，電池的充、放電性能就越差，蓄電池的使用壽命就越短。</p><p>　　4.1.4長(zhǎng)期浮充電</p><p>　　直流系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源提供的浮充電流對(duì)閥控式蓄電池而言有三個(gè)作用：供日常性負(fù)載電流、補(bǔ)充

94、蓄電池自放電的損失、維持蓄電池內(nèi)氧循環(huán)。若蓄電池在長(zhǎng)期浮充電狀態(tài)下，只充電而不放電，勢(shì)必會(huì)造成蓄電池的陽(yáng)極極板鈍化，使蓄電池內(nèi)阻增大，容量大幅下降，從而造成蓄電池使用壽命下降。</p><p>　　4.1.5基站閥控式蓄電池容量損失的成因</p><p>　　在整個(gè)通信行業(yè)中，移動(dòng)通信基站為解決通信覆蓋問(wèn)題，建站環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)市電引入的建設(shè)因受基站環(huán)境條件限制，建設(shè)配置要求有所不同，維護(hù)

95、要求有所差易，比如許多基站建于城市高樓或郊區(qū)高山。客觀上講基站的市電環(huán)境大多沒(méi)有交換局要求得高，但對(duì)電池的質(zhì)量要求較高，給蓄電池組的配置、維護(hù)、管理增加了許多困難，閥控式蓄電池的主要維護(hù)指標(biāo)的測(cè)試要通過(guò)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)取得,而閥控式蓄電池容量損失主要取決于通信用開(kāi)關(guān)整流電源對(duì)電池的充電質(zhì)量，主要維護(hù)取決于開(kāi)關(guān)電源對(duì)閥控式蓄電池的充電管理（均浮充控制、電池保護(hù)）。及動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是否發(fā)揮效用。</p><p>

96、　　4.1.6閥控式蓄電池在實(shí)際使用中的均浮充控制</p><p>　　通信用蓄電池的充電方式主要是浮充電和均衡充電兩種。為了延長(zhǎng)閥控電池的使用壽命，必須了解不同充電方式的充電特點(diǎn)和充電要求，嚴(yán)格按照要求對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。</p><p>　　如果閥控式蓄電池投入使用的日期距出廠日期時(shí)間較長(zhǎng)，電池經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自放電，容量必然大量損失，并且由于單體電池自放電大小的差異，致使電池的比重、端電壓等

97、出現(xiàn)不均衡，投入使用前應(yīng)用均充電壓進(jìn)行初充電，用于補(bǔ)充電電池自放電情況，均勻電池端電壓，否則，個(gè)別電池會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展成落后。電池并會(huì)導(dǎo)致整組電池不可用。</p><p>　　另外，如果蓄電池長(zhǎng)期不投入使用，閑置時(shí)間超過(guò)3個(gè)月后，應(yīng)該對(duì)電池進(jìn)行一次補(bǔ)充電。在浮充狀態(tài)下，充電電流除維持電池的自放電以外，還維持電池內(nèi)的氧循環(huán)，但是浮充狀態(tài)下充電電流又是與電池的浮充電壓密切相關(guān)的。因此，為了使閥控鉛酸蓄電池有較長(zhǎng)的使用壽命

98、，在電池使用過(guò)程中，要根據(jù)電池制造的原材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境溫度等幾方面的情況，設(shè)定其開(kāi)關(guān)整流電源對(duì)電池的浮充電壓。</p><p>　　根據(jù)通信用閥控密封鉛酸蓄電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T799－2002的規(guī)定，在環(huán)境溫度25℃時(shí)浮充電壓允許變化范圍為2.20～2.27V。浮充電壓設(shè)置過(guò)低，電池長(zhǎng)期處于欠充電狀態(tài)，不僅會(huì)在電池極板內(nèi)部形成不可逆的硫酸鹽化，而且還會(huì)在活性物質(zhì)和板柵之間形成高電阻阻擋層，使電池的內(nèi)阻增加、容

99、量下降。浮充電壓設(shè)置過(guò)高，電池長(zhǎng)期處于過(guò)充電狀態(tài)，會(huì)使電池充電電流增大，電池負(fù)極析出的H2和正極析出的O2氣體難以全部再化合成H2O，造成電池失水，板柵腐蝕加速，使用壽命提前終止。</p><p>　　因此，開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行與維護(hù)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)電池廠家提供的資料進(jìn)行浮充電壓設(shè)置，如電池廠家推薦的單體電池浮充電壓為2.23V，此時(shí)應(yīng)設(shè)置開(kāi)關(guān)整流電源的浮充電壓為53.5V。為了延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，要求開(kāi)關(guān)整流電源系統(tǒng)

100、要檢測(cè)電池放電情況，根據(jù)放電時(shí)間和放電電流積分計(jì)算放電容量，放電容量達(dá)到20％要能在監(jiān)控模塊上記錄下來(lái),在市電正常后要進(jìn)行均充。同時(shí)在開(kāi)關(guān)整流電源系統(tǒng)監(jiān)控模塊上可以設(shè)置定期均充周期，一般推薦是3個(gè)月。均充電壓設(shè)置為，其單體電池控制在2.35V，充5～6小時(shí)（注意，一次均充時(shí)間不宜太長(zhǎng)），對(duì)于市電不穩(wěn)定的地區(qū),如果開(kāi)關(guān)整流電源在市電正常后不能進(jìn)行均充,維護(hù)人員要根據(jù)電池的放電情況,通過(guò)動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),在監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)端手動(dòng)遙控開(kāi)關(guān)整流電

101、源對(duì)電池均充。正常浮充的情況下，充電電流極小，電池負(fù)極析出的H2和正極析出的O2幾乎完全化合成H2O；在均充時(shí)如果電流過(guò)大，氣體難以再化合，導(dǎo)致電池內(nèi)部氣壓增大，引起排氣閥門開(kāi)啟，造成電池失水。因此，在電池均充或浮充時(shí)候要限制電池的充電電流，稱為“限流值”。在大多數(shù)情況下，限流值在0.05C～0.25C之間。對(duì)于通信用開(kāi)關(guān)整流電源系統(tǒng)，從整流器</p><p>　　調(diào)限流點(diǎn)型開(kāi)關(guān)整流電源統(tǒng)監(jiān)控模塊首先根據(jù)電池限流

102、值和負(fù)載電流的大小，計(jì)算出系統(tǒng)限流值以及分配到每個(gè)整流模塊的限流值，然后把此參數(shù)下發(fā)給各個(gè)整流模塊即可。同時(shí)每隔一段時(shí)間，監(jiān)控模塊根據(jù)負(fù)載電流的變化和檢測(cè)到的電池電流值，重新計(jì)算調(diào)整限流值并且下發(fā)。監(jiān)控模塊不需調(diào)壓，只把溫度補(bǔ)償后的浮充，均充電壓值下發(fā)即可。此種方式，電池可獲得恒定的充電電流。調(diào)壓型開(kāi)關(guān)整流電源系統(tǒng)監(jiān)控模塊通過(guò)閉環(huán)調(diào)整整流模塊電壓來(lái)達(dá)到限流。當(dāng)電池充電電流大于1.1倍限流值時(shí)，降低整流模塊電壓；當(dāng)電池充電電流小于0.9倍

103、限流值時(shí)，提高整流模塊電壓，直至到達(dá)預(yù)設(shè)定電壓點(diǎn)為止；其它情況則維持整流器輸出電壓不變。</p><p>　　4.1.7基站用開(kāi)關(guān)整流器對(duì)閥控鉛酸蓄電池的過(guò)放電保護(hù)（二次下電功能）</p><p>　　如前所述，電池的過(guò)放電會(huì)對(duì)電池的使用壽命造成很大的影響，所以，基站用開(kāi)關(guān)整流器的過(guò)放電保護(hù)功能也是其一項(xiàng)重要的指標(biāo)?；居瞄_(kāi)關(guān)整流器的二次下電功能可以對(duì)電池進(jìn)行過(guò)放電保護(hù)。即當(dāng)交流電源停電后

104、電池放電，在電池電壓低于一次下電電壓后，切斷耗電量較大的次要負(fù)載，以維持重要負(fù)載較長(zhǎng)的工作時(shí)間；在低于二次下電電壓后切斷所有負(fù)載，保護(hù)電池防止過(guò)放電。為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般要求下電電路具備軟硬件雙重保護(hù)。硬件保護(hù)一般指電池電壓在低于39V時(shí)必然下電，高于47V時(shí)不允許下電，下電電壓點(diǎn)一般不可任意設(shè)置。軟件下電保護(hù)電壓點(diǎn)一般可以根據(jù)電池容量和放電電流進(jìn)行設(shè)置或組合電源系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)。</p><p>　　對(duì)于蓄電

105、池來(lái)說(shuō)，二次下電的保護(hù)電壓應(yīng)該是電池放電終止電壓，而在通信電源系統(tǒng)中，一般都將蓄電池組的下電電壓保護(hù)點(diǎn)設(shè)置在43V，單體電池的終止電壓約為1.8V。但是蓄電池的終止電壓是與電池正負(fù)極的三種極化密切相關(guān)的，終止1.8V/Cell的設(shè)置是針對(duì)大約0.1C左右的放電速率而定的。由于極化的存在，電池在不同的放電電流情況下，終止電壓是不同的。大電流放電時(shí)，終止電壓較低；小電流放電時(shí)，終止電壓較高。如果負(fù)載在某一個(gè)固定的下電電壓點(diǎn)下電，大電流放電可

106、能造成放電不足，不能有效延長(zhǎng)負(fù)載工作時(shí)間；小電流放電可能造成過(guò)放電，影響電池使用壽命。例如一個(gè)300A的整流電源的后備電池組為500Ah，負(fù)載為50A（0.1C）時(shí)放電終止電壓約43V，而負(fù)載為25A（0.05C）時(shí)，放電終止電壓大約為45.6V，如果將下電電壓設(shè)置為43V，對(duì)于60A負(fù)載，電池放電不足，而對(duì)于10A負(fù)載則是過(guò)放電。這樣，在負(fù)載較輕的情況下，如果下電電壓設(shè)置值還是和負(fù)載較重情況下的一樣，就會(huì)使得電池長(zhǎng)年工作在深度放電狀態(tài)