蓄電池的使用和維護

2100433B

本書系統(tǒng)介紹了合理使用和有效維護蓄電池的知識,同時對鉛酸蓄電池和鋰離子電池使用中的維護工藝以及專用設備做了詳細說明。實踐證明,蓄電池的合理使用與維護,與現(xiàn)在流行的“免維護狀態(tài)”相比,可以得到成倍延長蓄電池使用壽命的經(jīng)濟效益。

本書可供蓄電池設計、制造,新能源汽車動力電池使用和維護,以及相關控制電氣設計者參考。

第1 章　鉛酸蓄電池原理及基本概念 / 1

1.1　基本原理 / 1

1.1.1　充放電反應過程 / 1

1.1.2　標稱電壓 / 2

1.1.3　充放電反應的獨立性 / 2

1.1.4　鉛酸蓄電池的化學能存儲方式 / 3

1.1.5　鉛酸蓄電池的析氣 / 3

1.1.6　鉛酸蓄電池的電動勢 / 4

1.1.7　開路電壓和容量關系 / 4

1.1.8　單體電池都是并聯(lián)存在的 / 5

1.2　基本概念 / 5

1.2.1　鉛酸蓄電池放電下限標準 / 5

1.2.2　鉛酸蓄電池的荷電狀態(tài) / 6

1.2.3　鉛酸蓄電池中電極負荷分析 / 6

1.2.4　鉛酸蓄電池中正極板的腐蝕 / 7

1.2.5　電池的內阻 / 7

1.2.6　電解液密度與容量的關系 / 8

1.2.7　電池的實際容量的控制因素 / 8

1.2.8　電解液的分層 / 9

1.3　常用須知 / 10

1.3.1　除硫化和容量復原技術 / 10

1.3.2　充放電反應的限制因素 / 11

1.3.3　電池非使用放電 / 12

1.3.4　電池水消耗 / 12

1.3.5　電池的容量衰減 / 13

1.3.6　電池的“反極” / 13

1.3.7　溫度對電池性能的影響 / 14

1.3.8　干荷電電池的啟用 / 15

1.3.9　充電的合理限度 / 15

1.4　輔助知識 / 16

1.4.1　合理使用添加劑 / 16

1.4.2　“免維護電池” 的誤區(qū) / 16

1.4.3　蓄電池用酸及蓄電池用水的標準 / 17

1.4.4　蓄電池水質量控制及簡易檢驗法 / 17

1.4.5　配酸作業(yè) / 18

1.4.6　硫酸電解液對電池放電性能的影響 / 20

1.4.7　超級蓄電池和鉛碳電池 / 21

1.5　閥控電池的基本概念 / 22

1.5.1　鉛酸蓄電池發(fā)展的四個階段 / 22

1.5.2　閥控電池的優(yōu)缺點 / 23

1.5.3　閥控電池使用中的幾個問題 / 24

1.5.4　鉛酸蓄電池循環(huán)壽命的加速試驗 / 25

1.6　鉛酸蓄電池的基本類別 / 27

1.6.1　啟動型電池 / 28

1.6.2　儲能型電池 / 28

1.6.3　動力型電池 / 28

1.6.4　專用結構電池的錯誤組合 / 28

本章小結 / 29

第2 章　鉛酸蓄電池的幾種充電方式和組合性能 / 30

2.1　初充電 / 30

2.2　恒流充電 / 33

2.3　恒壓充電 / 34

2.4　浮充電 / 35

2.5　快速充電 / 36

2.6　均衡充電 / 38

2.7　低壓充電 / 38

2.8　補充電 / 40

2.9　電池容量串并聯(lián)計算 / 40

2.10　電池容量的測定 / 41

本章小結 / 42

第3 章　鉛酸蓄電池通用保養(yǎng)及故障處理 / 43

3.1　電池并聯(lián)使用故障多 / 43

3.2　電池組中各單格的均衡性要求 / 45

3.3　減少腐蝕的措施 / 47

3.4　蓄電池連接狀態(tài) / 48

3.5　減少自放電的措施 / 49

3.6　蓄電池的絕緣狀態(tài) / 52

3.7　電池硫化和除硫化技術 / 54

3.7.1　硫化產(chǎn)生的過程 / 54

3.7.2　化學除硫化方法 / 55

3.7.3　物理除硫化方法 / 56

3.8　電池防凍措施 / 58

3.8.1　外部保溫及加溫 / 58

3.8.2　采用涓流充電 / 58

3.8.3　控制電解液密度 / 58

3.9　定期進行人為充放電是有害的 / 59

3.10　延長電池使用壽命的方法 / 59

3.11　汽車蓄電池的失效方式 / 63

本章小結 / 64

第4 章　通信電池的管理維護 / 65

4.1　通信電源蓄電池組的低成本運行措施 / 65

4.1.1　通信基站蓄電池組的技術現(xiàn)狀 / 65

4.1.2　對蓄電池組決策的幾點誤區(qū) / 65

4.1.3　低成本運行的措施 / 66

4.1.4　專業(yè)化容量維護設備 / 67

4.1.5　對電池容量性掉站的邏輯分析 / 68

4.1.6　通信電源蓄電池使用下限計算 / 69

4.1.7　UPS 電源蓄電池損壞分析和對策 / 70

4.1.8　通信車用閥控式鉛酸蓄電池維護 / 71

4.1.9　對閥控式鉛酸蓄電池補水的水位要求 / 73

4.2　在微波通信站的使用 / 74

4.2.1　供電方式 / 74

4.2.2　常見故障原因分析 / 74

4.2.3　處理方法 / 75

4.3　閥控式鉛酸蓄電池爆炸分析 / 76

4.4　對電池提前失效原因的綜合分析 / 77

4.4.1　極板的不可逆硫酸鹽化 / 78

4.4.2　現(xiàn)行標準規(guī)范的不足 / 81

4.4.3　電池的誤報廢 / 86

4.4.4　電池的不合理安裝 / 88

4.4.5　電池的人為過放電 / 89

4.4.6　電池原始質量低或結構不合理 / 90

4.5　閥控式鉛酸蓄電池在線容量維護 / 91

4.5.1　免維護的代價 / 91

4.5.2　建立備品制度 / 94

4.5.3　電池維護的三個階段 / 97

4.5.4　維護工藝 / 101

4.5.5　兩類維護工藝的比較 / 102

4.5.6　維護作業(yè)的頻次和經(jīng)濟效益分析 / 102

4.5.7　對維護效果的確認方式 / 103

4.5.8　一體化基站蓄電池的選型與改造 / 105

4.5.9　對蓄電池的全面質量管理 / 107

4.5.10　基站蓄電池的合理安裝 / 108

4.5.11　在通信基站蓄電池組的輪換充電方法 / 108

4.6　開關電源對蓄電池的影響 / 109

4.6.1　現(xiàn)行開關電源充電方式的不合理之處 / 109

4.6.2　開關電源的充電管理 / 109

4.6.3　合理管理的效果 / 111

4.6.4　開關電源蓄電池參數(shù)設置的基本方法 / 113

4.6.5　頻繁停電地區(qū)充電方法 / 115

4.6.6　環(huán)境溫度維護方法 / 116

4.6.7　應用實例 / 117

4.7　蓄電池集團采購中的技術要求 / 118

4.7.1　電池電解液的數(shù)量和密度 / 118

4.7.2　電池極板的數(shù)量 / 118

4.7.3　電池的連接方式 / 118

4.7.4　蓄電池的組合方式和構架高度 / 119

4.7.5　電池的極柱防護 / 120

4.8　蓄電池維護的技術層次和效益 / 120

4.8.1　“免維護” 層次 / 120

4.8.2　采用除硫化進行容量復原層次 / 121

4.8.3　在線容量維護層次 / 122

4.8.4　維護的最高層次TQC / 122

4.8.5　維護效益分析 / 123

4.8.6　避免電池誤報廢的扼要說明 / 123

4.9　對相關標準和現(xiàn)行的修正建議 / 125

4.9.1　美國IEEE 1188 標準的不足和失誤 / 125

4.9.2　對一些現(xiàn)行做法的修正建議 / 126

4.10　提高管理者的認識是第一步 / 127

4.10.1　不合理并聯(lián) / 127

4.10.2　補加水 / 127

4.10.3　有效的檢測工藝 / 128

本章小結 / 128

第5 章　鋰離子電池的原理、結構和使用 / 129

5.1　鋰離子電池簡介 / 129

5.2　鋰離子電池工作原理 / 131

5.3　鋰離子電池的優(yōu)缺點 / 133

5.3.1　優(yōu)點 / 133

5.3.2　缺點 / 134

5.4　鋰離子電池失效機理 / 134

5.4.1　正常失效 / 134

5.4.2　過放電失效 / 134

5.4.3　過充電失效 / 135

5.4.4　高溫失效 / 135

5.4.5　備用失效 / 138

5.5　鋰離子電池內部材料 / 138

5.5.1　正負極材料 / 138

5.5.2　隔膜 / 139

5.6　鋰離子電池兩種結構 / 140

5.6.1　軟包結構 / 140

5.6.2　圓柱結構 / 141

5.7　鋰離子電池組保護電路 / 141

5.8　鋰離子電池的安全使用 / 142

5.8.1　影響安全的機理 / 142

5.8.2　提高安全性的措施 / 142

5.8.3　個人鋰離子電池的安全使用 / 143

5.9　用鋰離子電池替換鉛酸蓄電池和鎳鎘電池的技術問題 / 144

5.10　鋰離子電池的充放電特點 / 144

5.11　鋰離子電池空載電壓技術含義 / 146

5.12　鋰離子電池組合中的點焊質量 / 149

5.13　螺紋連接的圓柱鋰離子電池 / 150

5.14　卡座連接的圓柱鋰離子電池 / 151

本章小結 / 152

第6 章　電動汽車蓄電池合理使用與維護 / 153

6.1　電動汽車電池的選型 / 153

6.1.1　鉛酸蓄電池 / 153

6.1.2　超級蓄電池的結構及原理 / 154

6.1.3　鋰離子電池 / 156

6.1.4　鋰離子電池和鉛酸蓄電池的互換 / 157

6.2　蓄電池的成組效應 / 158

6.2.1　單體電池和電池組的概念 / 158

6.2.2　網(wǎng)絡組合的認識過程和電池構架 / 161

6.3　網(wǎng)絡組合結構配套的BMS / 167

6.3.1　基本說明 / 167

6.3.2　電流電壓采集技術要求 / 168

6.3.3　儀表及整車控制器的配套開發(fā) / 169

6.3.4　司機違章使用電池的記錄 / 170

6.3.5　數(shù)據(jù)存儲和通信 / 170

6.3.6　單串組合的BMS / 170

6.3.7　對能量轉移功能的分析 / 170

6.3.8　網(wǎng)絡組合的效能和實施 / 171

6.4　鋰離子電池組維護的必要性和意義 / 172

6.4.1　人工維護的必要性 / 172

6.4.2　均衡性維護設備 / 173

6.5　電動汽車鋰離子電池維護的基本工藝 / 175

6.6　電動汽車的12V 電池 / 177

6.6.1　采用26650 型錳鋰電池 / 177

6.6.2　采用26650 型磷酸鐵鋰電池 / 177

6.6.3　獨立12V 電池充電電壓調整 / 178

6.7　電動汽車的車載充電機充電 / 178

6.8　充電樁充電和快速充電概念 / 179

6.9　換電站充電 / 181

6.10　蓄電池組的熱管理和浸水實驗 / 182

6.10.1　蓄電池組的熱管理 / 182

6.10.2　浸水實驗 / 182

6.11　電池組的熔斷保險 / 183

6.12　無軌電車供電方式 / 183

6.12.1　經(jīng)濟分析 / 184

6.12.2　基礎技術 / 184

6.12.3　實施實例 / 184

6.13　電動汽車商業(yè)化運行 / 185

6.13.1　與燃油汽車比成本是電動汽車的關口 / 185

6.13.2　汽車電池的梯級使用和轉行使用 / 185

6.13.3　電動汽車商業(yè)化之路 / 186

6.13.4　換電車的選用 / 188

6.13.5　電動汽車采購須知 / 190

6.13.6　電動汽車蓄電池使用成本分析 / 191

本章小結 / 194

第7 章　蓄電池在車輛上的應用 / 195

7.1　啟動電池的使用 / 195

7.1.1　工作狀態(tài)分析 / 195

7.1.2　汽車和幾種鐵路機車啟動電池的啟動過程分析 / 197

7.1.3　摩托車電池的電解液調節(jié) / 203

7.1.4　啟動電池的損壞原因 / 203

7.1.5　汽車電池的集中維護效益分析 / 205

7.2　電動自行車電池的使用 / 206

7.2.1　電池的選購與更換 / 206

7.2.2　電池的使用、保養(yǎng)和維修 / 206

7.2.3　電動自行車電池配組技術 / 207

7.3　生產(chǎn)用蓄電池車用電池使用 / 208

7.3.1　牽引蓄電池的工作特點和結構 / 208

7.3.2　蓄電池叉車和平板車蓄電池組的絕緣分析 / 209

7.3.3　蓄電池車D 型電池的替代 / 212

7.3.4　礦山機車蓄電池維護工藝 / 213

7.3.5　延長礦山機車蓄電池壽命的幾項措施 / 214

7.3.6　電動車輛蓄電池循環(huán)耐久試驗/ 216

7.3.7　蓄電池組電壓抽頭問題 / 217

7.3.8　叉車蓄電池維護實例 / 217

7.4　電動游覽車蓄電池使用條件 / 218

7.4.1　電池啟用充電 / 218

7.4.2　存在問題 / 219

7.4.3　電動游覽車蓄電池工作分析 / 219

7.4.4　日常維護作業(yè) / 220

7.4.5　管理運行方式 / 221

7.4.6　維護管理實例 / 222

本章小結 / 223

第8 章　蓄電池和蓄電池組可靠性檢測 / 224

8.1　術語說明 / 224

8.2　連接狀態(tài)的檢測 / 225

8.2.1　檢測原理 / 225

8.2.2　對同性極柱的測量 / 225

8.2.3　對異性極柱的測量 / 226

8.3　漏電電流的檢測 / 227

8.3.1　測漏電電流 / 227

8.3.2　查找電池組接地點 / 227

8.3.3　漏電電流表的校對 / 228

8.4　蓄電池對地絕緣的分析和檢測 / 228

8.5　蓄電池保有容量的檢測 / 229

8.5.1　檢測原理 / 229

8.5.2　保有容量檢測儀的使用方法 / 233

8.5.3　三種檢測方法的使用對比 / 236

8.5.4　對大容量電池的檢測 / 239

8.6　連體電池檢測儀 / 239

8.6.1　檢測原理 / 239

8.6.2　檢測方法 / 240

8.6.3　啟動功率NP 檢測數(shù)據(jù)的用途 / 241

8.6.4　連體電池檢測儀的使用方法 / 242

8.6.5　使用注意事項 / 243

8.6.6　檢測儀的校對 / 243

8.7　蓄電池內阻的概念及測量 / 243

8.7.1　蓄電池內阻的構成 / 243

8.7.2　蓄電池動態(tài)內阻的測量方法 / 244

8.7.3　不能用靜態(tài)內阻的數(shù)值表達蓄電池保有容量 / 245

8.7.4　電導儀鑒定條件與使用條件的區(qū)別 / 246

8.7.5　電導儀的使用標準 / 247

本章小結 / 248

附錄 / 249 2100433B

免維護蓄電池也可以進行補充充電，充電方式與普通蓄電池的充電方法基本一樣。充電時每單格電壓應限制在2．3-2．4V間。注意使用常規(guī)充電方法充電會消耗較多的水，充電時充電電流應稍小些（5A以下）。不能進行快速充電，否則，蓄電池可能會發(fā)生爆炸，導致傷人。當免維護蓄電池的比重計，顯示為淡黃色或紅色時，說明該蓄電池已接近報廢，即使再充電，使用壽命也不長。此時的充電只能做為救急的權宜之計。

有條件時，對免維護蓄電池可用具有電流-電壓特性的充電設備進行充電。該設備即可保證充足電，又可避免過充電而消耗較多的水。

蓄電池的正確使用和維護主要有以下7點：

⒈檢查蓄電池在支架上的固定螺栓是否擰緊，安裝不牢靠會因行車震動而引起殼體損壞。另外不要將金屬物放在蓄電池上以防短路。

⒉時常查看極柱和接線頭連接得是否可靠。為防止接線柱氧化可以涂抹凡士林等保護劑。

⒊不可用直接打火（短路試驗）的方法檢查蓄電池的電量這樣會對蓄電池造成損害。

⒋普通鉛酸蓄電池要注意定期添加蒸餾水。干荷蓄電池在使用之前最好適當充電。至于可加水的免維護蓄電池并不是不能維護適當查看必要時補充蒸餾水有助于延長使用壽命。

⒌蓄電池蓋上的氣孔應通暢。蓄電池在充電時會產(chǎn)生大量氣泡若通氣孔被堵塞使氣體不能逸出當壓力增大到一定的程度后就會造成蓄電池殼體炸裂。

5.2.1查酸池中的余酸，如果低于酸池的1/4，則需將符合技術要求的純水注入配酸池內，使其達到2/3的液面，再根據(jù)加入純水的量，按約4：1的比例加入符合技術要求的濃硫酸。加濃硫酸時，要先將塑料攪拌器放入酸池內進行攪拌，然后慢慢地將濃硫酸倒入酸池內，以防止硫酸飛濺。

5.2.2配酸時，要注意酸池的溫度，當酸池內溫度大于60℃時，立即停止加入硫酸，改加純水或攪拌冷卻，待酸液溫度下降至45℃以下時，然后根據(jù)需要的酸比重加入純水或硫酸進行重新調整。

5.2.3電池用電解液的配制：待配酸池內的電解液溫度降至室溫時，放入比重計和溫度計測量其實際值，待實際溫度和電解液比重符合要求時，按取稀硫酸的重量。

5.2.4若配制電解液不在室溫時，可按下列公式加以校正：d25=dt 0.00075×（t-25）（g/cm3）：式中d25表示換算至標準溫度（25℃）下的密度；dt為實測密度；t為測量比重時電解液的溫度。

⒍在蓄電池極柱和蓋的周圍常會有黃白色的糊狀物，這是因為硫酸腐蝕了根柱、線卡、固定架等造成的。這些物質的電阻很大，要及時清除。

⒎當需要用兩塊蓄電池串聯(lián)使用時蓄電池的容量最好相等。否則會影響蓄電池的使用壽命。

⒏免維護鉛酸蓄電池電解液的配制

⒐蓄電池不可長期放置，長期停用的蓄電池也應定時充電保養(yǎng)。

蓄電池都存在一個內部自放電的問題，每天自放電量約2%，也就是說，充足電的蓄電池，即使一點不用，經(jīng)過較長時間后，其存電也會被內部自放電放完。而虧電的蓄電池，其極板又會很快被硫酸鹽化，從而大大削弱蓄電能力。因此，長期停用的蓄電池每月應對蓄電池作補充充電一次，每次10小時左右。

如果蓄電池已經(jīng)放置時間很長，出現(xiàn)了蓄電池硫化現(xiàn)象，可充滿電后使用蓄電池在線維護儀修復20天左右，容量即可恢復。