通信用阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护

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1、阀控式密封铅酸蓄电池技术与维护胡信国哈尔滨工业大学教授博士生导师隆源双登集团总工程师一、阀控式密封铅酸蓄电池在通信电源系统中的作用1．后备电源，包括直流供电系统和UPS系统2．滤波3．调节系统电压4．动力设备的启动电源二、通信电源系统中所用铅酸蓄电池的类型1．固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池（GF电池）。2．固定型阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA电池）。AGM——阴极吸收式（贫液式）GEL——胶体式3．阴极吸收式VRLA电池与胶体电池的比较：26（1）使用初期无气体逸出，胶体电池在使用初期需排风装置。（2）电池内阻小，大电流放电特性优于胶体电池。（3）电池的一致性和均一性好，因电解液的扩散性和均匀

2、性优于胶体电池。（4）制造技术要求高，如极板的均一性，灌酸精度，散热通风装置的合理性等。（5）胶体电池，（特别是管状电极）使用寿命较长，不易热失控。胶体电池：德国阳光公司的DryfitA系列意大利非凡（FLAMN）SMG系列Hawker公司的OPZV系列隆源双登集团富思特公司的GFMJ系列二、VRLA电池的工作原理1．电池的充放电反应（+）PbO2+3H++HSO4－+2e放<═══>充PbSO4+2H2（－） Pb+HSO4－放<═══>充PbSO4+H＋+2e电池总反应：Pb+2H++2HSO4—+PbO2放<═══>充PbSO4+2H2O+PbSO42．电池内部气体产生的原因（1）过

3、充电（+）H2O→1/2O2↑+2H++2e(-)2H++2e→H2↑H2O=H2↑+1/2O2(2)正极板栅腐蚀：Pb+2H2O→Pb(OH)2+2H++2e2H++2e→H2↑(3)自放电：负极自放电Pb+HSO4－→PbSO4+H++2e2H++2e→H2↑正极自放电26PbO2+2H++H2SO4+2e→PbSO4+2H2OH2O→1/2O2↑+2H++2e一、VRLA电池的关键技术1．氧复合原理（氧循环原理）：电池在充电过程中，正极除了有反应（1）PbSO4转变为PbO2以外，还有氧析出反应，特别是电池的充电后期，当电池容量充电到80%时，氧的析出反应更为剧烈，两极的气体析出反

4、应如下：（+）2H2O→O2+4H++4e(--)2H++2e→H2对于浮充使用的VRLA电池，即使是浮充电流很小，但在长期浮充状态下，浮充电流一部分用于电池自放电生成的PbSO4转为正负极活性物资以外，不避免的，浮充电流一部分用于水的电解，而使正极析出氧气，负极析出氢气。氧和氢气的产生使电池内部失水，电解液密度发生变化，也使电池难以密封。从铅酸蓄电池诞生以来，人们都一直在寻求电池的密封，以减少对电池的维护。VRLA电池的出现，实现了电池的密封，电池密封的关键技术是氧在电池内部的再复合实现氧的循环，以及采用AGM隔板吸收电解液，使电池内部没有流动的电解液，氧的复合原理如图2、3所示：图2：

5、密封原理示意图26图3：氧循环原理图从图2、3看出，正极充电过程中因电解水析出的氧气，通过AGM隔板的孔隙，迅速扩散到负极，与负极活性物质海棉状铅发生反应生成氧化铅（PbO），负极表面的PbO遇到电解液H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O，其中PbSO4再充电而转变为海面状Pb生成的H2O又回到电解液，因氧气的再复合，避免了水的损失，从而实现了电池的密封。其氧的再复合过程的反应式如下：2H2O→O2↑+4H++4e(7)2Pb+O2→2PbO(8)2PbO+2H2SO4→2PbSO4+2H2O(9)2PbSO4+4e+4H+→2Pb+2H2SO4(10)总反应为：2H2O→O2→2

6、H2O1．VRLA电池的关键技术：为了实现氧的复合（循环），电池在设计制造中，应掌握如下关键技术：1)选择高孔隙率AGM隔板，孔隙率在93%以上，为氧的复合提供通道2)采取定量灌酸，使玻璃棉隔板在吸收电解液以外，仍有5—10%的孔隙率未被电解液充满，因此VRLA电池又称为贫液式电池。3)过量的负极活性物资，正、负极板的容量比一般为1：1.1~1：1.2，这样在正极充足电以后，负极仍未充足电，防止氢在负极析出，氢气大量析出使无法复合的。263)电池集群的紧装配，采取集群预压缩技术，装配压在40—60Kpa之间，以保证AGM隔板与正负极板表面的良好接触，因为VRLA电池的电解液主要靠AGM隔板

7、提供。4)高纯度Pb—Ca—Sn—Al无锑板栅合金，因为Pb—Ca合金比Pb—Sb合金有较高的析氢过电位，降低了因板栅腐蚀而析出氢气的可能性。5)开闭阀压力稳定可靠的安全阀，通信用VRLA电池的标准要求开阀压10—35Kpa，闭阀压3—15Kpa,开闭阀压力较接近，可减少气体排放和水的损失。6)采用恒压限流的充电方式，VRLA电池对过充电较为敏感，过充电会加速电流的损坏，恒压限流充电可防止过充电和热失控。VRLA电池具有