湯淺蓄電池NPL24-12

時間：2018-04-26作者：北京金業(yè)順達科技有限公司瀏覽：37

湯淺蓄電池NPL24-12 





近年來，太陽電池的光伏發(fā)電技術得到了**的高度重視。從歐美的太陽能光伏“屋頂計劃”到我國的西部光伏發(fā)電項目。太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)顯示了其強勁的發(fā)展勢頭。隨著光伏發(fā)電技術的發(fā)展和低成本光伏組件的產(chǎn)業(yè)化，太陽能燈具、光伏電站和光伏戶用電源，均要求蓄電池供應商能夠提供全天候運行的蓄電池，而目前光伏系統(tǒng)多采用閥控式密封鉛酸蓄電池（以下簡稱鉛酸蓄電池縮寫為VRLAB）膠體鉛酸蓄電池和免維護鉛酸蓄電池（不是VRLA蓄電池）作為儲能電源。耐候性是指蓄電池適應自然環(huán)境的特性。本文主要討論自然環(huán)境下溫度對蓄電池壽命、容量的影響及解決方法，以及儲能鉛酸蓄電池研究發(fā)展方向。上述三種產(chǎn)品在東莞沈松電源公司已批量生產(chǎn)，太陽能公司做儲能蓄電池已配套應用，現(xiàn)場試驗效果很好。

一、溫度對湯淺蓄電池壽命的影響
    湯淺鉛酸蓄電池受溫度影響較大，按阿里紐斯原理，在大于40℃，溫度升高10度，壽命降低一倍，壽命終止的主要原因是：（一）硫酸電解液干涸；（二）熱失控；（三）內(nèi)部短路等。
（一）硫酸電解液干涸：
    硫酸電解液作為參加化學反應的電解質，在鉛酸蓄電池中是容量的主要控制因素之一。酸液干涸將造成電池容量降低，甚至失效。造成電池干涸失效這一因素是鉛酸電池所特有的。酸液干涸的原因：（1）氣體再化合的效率偏低，析氫析氧、水蒸發(fā)；（2）從電池殼體內(nèi)部向外滲水；（3）控制閥設計不當；（4）充電設備與電池電壓不匹配，電池電壓過高、發(fā)熱、失水、干涸而失效。
   湯淺蓄電池受到上述（1）（2）（3）（4）四種因素的影響，其中（2）（3）（4）三種因素引起的失水速度隨環(huán)境溫度的上升而加快，從而加速了鉛酸蓄電池以干涸方式失效。酸液干涸是影響湯淺鉛酸蓄電池壽命的致命因素，湯淺蓄電池不適于在35℃以上高溫條件下使用。
（二）熱失控：
    湯淺蓄電池在充放電過程中一般都產(chǎn)生熱量。充電時正極產(chǎn)生的氧到達負極，與負極的絨面鉛反應時會產(chǎn)生大量的熱，如不及時導走就會使蓄電池溫度升高。蓄電池若在高溫環(huán)境下工作，其內(nèi)部積累的熱量就難以散發(fā)出去，就可能導致VISION三瑞蓄電池產(chǎn)生過熱、水損失加劇，內(nèi)阻增大，較加發(fā)熱，產(chǎn)生惡性循環(huán)，逐步發(fā)展為熱失控，較終導致蓄電池失效。
  湯淺鉛酸蓄電池由于采用了貧液式緊裝配設計，隔板中保持著10%的孔隙酸液不能進入，因
而電池內(nèi)部的導熱性較差，熱容量較小。湯淺蓄電池之所以在高溫環(huán)境下易發(fā)生熱失控，是由于安全閥排出的氣體量太少，難以帶走電池內(nèi)部積累的熱量。熱失控的巨熱將使蓄電池殼體發(fā)生嚴重變形、脹裂、蓄電池徹底失效。
（三）內(nèi)部短路：由于隔膜物質的降解老化穿孔，活性物質的脫落膨脹使兩較連接，或充電過程中生成枝晶穿透隔膜等引起內(nèi)部短路。深放電之后的蓄電池，其吸附式隔板易出現(xiàn)鉛絨或彌散型沉淀，或形成枝晶，導致正負極板微短路。
    由于湯淺鉛酸蓄電池的負極冗余設計，充電的初、中期充電效率比正極板充電效率高，所以在正極板析氧之前，負極已生成足夠的絨面鉛，用于使氧進行再化合。在制作蓄電池過程中，以負極活性物質的量作為控制因素，可以減緩電池性能的惡化。
    除此而外，目前在鉛酸蓄電池中還普遍采用添加劑，用以改善蓄電池性能，如添加鋅、鎘、鋰、鈷、銅、鎂、等金屬鹽或氧化物。這些添加劑均為強電解質，在放電過程中其離子向負極遷移。這些金屬離子起化合配位作用，降低形成硫酸鉛的概率，既是形成了硫酸鉛，也比較松軟，易于軟化或還原。在電池的使用中，應盡量保持溫度恒定，避免溫度的大起大落，減少枝晶析出產(chǎn)生的機會。
    綜上所述，高溫對蓄電池失水干涸、熱失控、正極板柵腐蝕和變形等都起到加速作用，低溫會引起負極鈍化失效，溫度波動會加速鉛酸蓄電池內(nèi)部短路等等。這些都將影響電池壽命。
二、溫度對鉛酸蓄電池容量的影響
（一）第一類早期容量損失，縮寫為PCL-Ⅰ。
    鉛酸蓄電池容量突然損失的主要原因是阻擋層。由于Pb-Ca-Sn-Al合金再生缺陷和半導體效應，正極活性物質與板柵間形成了單項導電的阻擋層，導電層組成成分較為復雜并具有半導體特性的晶體，對溫度較為敏感，通過對腐蝕層的研究，改進了電池的合金和鉛膏添加劑等半導體摻雜制造工藝，其原理是半導體晶體對純度較為敏感這一原理，一個ppm的摻雜能增加103的電導率，通過合理的摻雜工藝，這種失效模式基本上解決。
（二）第二類早期容量損失，縮寫為PCL-Ⅱ
    鉛酸蓄電池容量緩慢損失的主要原因是不是通常所見的板柵腐蝕硫酸鹽化或活性物質軟化脫落等，而是由于多孔活性物質膨脹引起顆粒之間互相隔絕，受溫度影響很大，由PbO2→PbSO4 軟化過程中膨脹收縮，引起的正極活性物松軟和絡合結構的不可逆損壞，逐漸軟化脫落。造成正極板以較低的速度損失容量。
（三）第三類早期容量損失，縮寫為PCL-Ⅲ
    鉛酸蓄電池無法充電的主要原因是由于負極添加劑活性降低或損失，而使充電困難，充電接受能力差，再充電不足，從而導致負極板底部1/3處硫酸鹽化而造成的。
    在常溫10h--20h率放電時電池容量受限于正極，在低溫（-15℃以下）和高倍率（1h率以上）放電時電池容量受限于負極，低溫大電流放電或受高溫影響負極較易發(fā)生鈍
化，其原因是放電過程中有大量的離子要在很短時間內(nèi)進入酸液，而形成晶核需要一些時間，這樣在電極表面的呈現(xiàn)過大的飽和度，與正常放電電流密度相比就能夠形成數(shù)量多而尺寸小的晶核，使得電極表面變成孔隙小的致密層，阻礙放電反應的繼續(xù)進行，類似于部分放電量消耗于這種硫酸鉛鹽層上。
    高溫促使負極添加劑的分解或溶解在電解液中而早期損失，使負極絨面鉛鈍化。在低溫狀態(tài)，溶解度明顯降低，即使放電電流與低溫低濃度時相同、放電時產(chǎn)生的速度不變，但相對于低平衡溶解度來說提高了飽和度。在低溫狀態(tài)，還導致酸液的粘度增加，導致酸擴散速度下降，增大蓄電池的內(nèi)阻，高速傳質性能變壞。
    鈍化層厚度與硫酸鉛的結晶尺寸、孔隙率和孔徑結構有關，即與硫酸鉛的溶解度以及鉛電極表面溶液飽和度有關。在低溫及電流密度、硫酸濃度高時，使負極表面溶液飽和度過高，鈍化層隨之變厚。所以很易造成蓄電池因放電困難而失效。負極板的鈍化表現(xiàn)為既充不進電 也放不出電 。
    溫度對上述(一)(二)(三)諸因素影響的機理及程度涉及到電化學熱力學、電化學動力學、半導體物理學、金屬物理學等方面的理論，仍在進一步研究之中。但高溫確實會使蓄電池中的添加劑氧化失效，引起活性物質脫落，負極鈍化使蓄電池早期的容量衰減速度加快。這種早期容量衰減，將導致鉛酸蓄電池壽命縮短，可靠性變差。
（四）正極板腐蝕
    根據(jù)化學熱力學原理，環(huán)境溫度過高，鉛酸蓄電池放電深度越大，電解液密度越高，板柵腐蝕越劇烈；儲存時間愈長，腐蝕層越厚。伴隨著板柵腐蝕而產(chǎn)生板柵變形拉伸，其結果使板柵抗張強度變小?；钚晕镔|脫落，當腐蝕產(chǎn)物變得很厚或板柵變得相當薄時，板柵電阻增大，使電池容量下降，直至蓄電池失效。
    如前所述，由于蓄電池是一個電化學容器，對環(huán)境溫度變化較為敏感，環(huán)境溫度既影響蓄電池的壽命也影響蓄電池的容量，這兩者是密不可分的。
三、閥控式鉛酸蓄電池研究發(fā)展方向
    短短幾年時間，鉛酸蓄電池在太陽能燈具中得到了廣泛應用。鑒于yuasa鉛酸蓄電池在自然環(huán)境下全天候工作而面臨的耐候性較差（-20℃~40℃）的問題，成功地開發(fā)出自主知識產(chǎn)權的耐候性較好（-40℃~60℃）的膠體，富液免維護鉛酸蓄電池?，F(xiàn)就有關富液鉛酸蓄電池研發(fā)方向簡述如下：
★ 關于免維護鉛酸蓄電池（不是湯淺蓄電池）
    免維護鉛酸蓄電池殼蓋在結構上采用迷宮式氣室，特殊設計的氟塑料橡膠多孔透氣閥，同時采用了富液設計方案，比湯淺鉛酸蓄電池多加了20%的酸液，采用多孔低阻PE隔板，較群組周圍及槽體之間充滿了酸液，有很大的熱容量和好的散熱性，**不會產(chǎn)生熱量積累和熱失控。受溫度影響比湯淺蓄電池為小，從而排除了鉛酸蓄電池干涸失效模式。
★ 關于膠體鉛酸蓄電池
    膠體鉛酸蓄電池采用了富液設計方案，比湯淺鉛酸蓄電池多加
了20%的酸液，較群組周圍及槽體之間充滿凝膠電解質，有較大的熱容量和好的散熱性。
    以上兩種蓄電池受溫度影響較小，能克服以上三種早期容量損失，并具備以下優(yōu)勢：
（一）采用特殊的非液非膠電解質，提高裝配壓力（正極板表面的壓力），裝配壓力25―60Kp，抑制正極板活性物質的軟化脫落。設計合理的控制閥，增加氧氣復合，減少失水，顯著提高電池壽命。
（二）采用特殊的板柵結構（正負板柵質量比1：0.75）、工藝手段及材料配方，**和無機添加劑。形成微孔結構的板柵，增大了電極與電解質的反應界面，降低接觸電阻，減小了電極的較化，大幅度提高電極的活性物質利用率、提高了充電效率，增大電池放電和輸出功率，有效的成倍延長電池壽命，全面提高電池性能。
（三）正極板柵采用Pb-Ca-Sn-Al-Sb-Zn-Cd其中的組合多元合金，負極板柵采用鉛鈣錫鋁高氫過電位材料板柵和涂膏成型的電極板，容量大、壽命長。鉛錫多元合金集流排，內(nèi)阻小，耐腐蝕，可經(jīng)受長期浮充使用，分析純較電解質，自放電小。
（四）采用新技術、改進板柵材配方，提高抗蠕變及抗腐蝕性能，適當提高Pb-Ca合金中的Sn、Ag含量，可以提高抗蠕變性能。
（五）采用低阻多孔PE隔板，較板設計要給電池殼中留出富液空間，酸液不外溢、不污染環(huán)境、不腐蝕設備機件，可以順利進行氣體陰極吸收。提高較群組的壓力，緊裝配，可以延長蓄電池壽命。
（六）電池殼蓋采用迷宮式特殊設計的透氣閥，和特殊的添加劑，減少了水份的散失。
（七）采用適當?shù)奶砑觿?，有利于保持負極的正常充電狀態(tài)，避免負極硫化并減小負極自放電。所以在保持負極正常充電狀態(tài)的同時，也降低了正極較化電位，從而降低了正極板柵的腐蝕速度，利于延**命。
    結論：通過對湯淺蓄電池、三瑞膠體鉛酸蓄電池、湯淺富液免維護鉛酸蓄電池耐候性分析和現(xiàn)場試驗，太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的鉛酸蓄電池除了耐高低溫影響外，還要適用西部干旱沙漠地區(qū)。因此，膠體鉛酸蓄電池、富液免維護鉛酸蓄電池是較佳選擇。
湯淺蓄電池的正確使用與維護


   在使用不間斷電源系統(tǒng)的過程中，人們往往片面地認為,三瑞電池,yuasa蓄電池是免維護的而不加重視。然而有資料顯示，因湯淺電池,yuasa蓄電池故障而引起UPS主機故障或工作不正常的比例大約為1/3。由此可見，加強對UPS電池的正確使用與維護，對延長蓄電池的使用壽命，降低UPS系統(tǒng)故障率，有著越來越重要的意義。除了選配正規(guī)品牌三瑞電池,yuasa蓄電池以外，應從以下幾個方面入手正確地使用與維護蓄電池：
    一、保持適宜的環(huán)境溫度。影響湯淺電池湯淺蓄電池壽命的重要因素是環(huán)境溫度，一般電池生產(chǎn)廠家要求的較佳環(huán)境溫度是在20－25℃之間。雖然溫度的升高對電池放電能力有所提高，但付出的代價卻是電池的壽命大大縮短。據(jù)試驗測定，環(huán)境溫度一旦**過25℃，每升高10℃，電池的壽命就要縮短一半。目前UPS所用的蓄電池一般都是免維護的密封鉛酸蓄電池，設計壽命普遍是5年，這在電池生產(chǎn)廠家要求的環(huán)境下才能達到。達不到規(guī)定的環(huán)境要求，其壽命的長短就有很大的差異。另外，環(huán)境溫度的提高，會導致電池內(nèi)部化學活性增強，從而產(chǎn)生大量的熱能，又會反過來促使周圍環(huán)境溫度升高，這種惡性循環(huán)，會加速縮短電池的壽命。
二、定期充電放電。UPS電源中的浮充電壓和放電電壓，在出廠時均已調試到額定值，而放電電流的大小是隨著負載的增大而增加的，使用中應合理調節(jié)負載，比如控制微機等電子設備的使用臺數(shù)。一般情況下，負載不宜**過UPS額定負載的60％。在這個范圍內(nèi)，電池的放電電流就不會出現(xiàn)過度放電。
UPS因長期與市電相連，在供電質量高、很少發(fā)生市電停電的使用環(huán)境中，蓄電池會長期處于浮充電狀態(tài)，日久就會導致電池化學能與電能相互轉化的活性降低，加速老化而縮短使用壽命。因此，一般每隔2－3個月應完全放電一次，放電時間可根據(jù)蓄電池的容量和負載大小確定。一次全負荷放電完畢后，按規(guī)定再充電8小時以上。
三、利用通訊功能。目前，絕大多數(shù)大、中型UPS都具備與微機通訊和程序控制等可操作性能。在微機上安裝相應的軟件，通過串/并口連接UPS，運行該程序，就可以利用微機與UPS進行通訊。一般具有信息查詢、參數(shù)設置、定時設定、自動關機和報警等功能。通過信息查詢，可以獲取市電輸入電壓、UPS輸出電壓、負載利用率、電池容量利用率、機內(nèi)溫度和市電頻率等信息；通過參數(shù)設置，可以設定UPS基本特性、電池可維持時間和電池用完告警等。通過這些智能化的操作，大大方便了UPS電源及其蓄電池的使用管理。
四、及時更換廢/壞電池。目前大中型UPS電源配備的蓄電池數(shù)量，從3只到80只不等，甚至更多。這些單個的電池通過電路連接構成電池組，以滿足UPS直流供電的需要。在UPS連續(xù)不斷的運行使用中，因性能和質量上的差別，個別電池性能下降、儲電容量達不到要求而損壞是難免的。當電池組中某個/些電池出現(xiàn)損壞時，維護人員應當對每只電池進行檢查測試，排除損壞的電池。更換新的湯淺蓄電池,應該力求購買同廠家同型號的電池，禁止防酸電池和密封電池、不同規(guī)格的電池混合使用。





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