蓄电池的使用和维护

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本书系统介绍了合理使用和有效维护蓄电池的知识,同时对铅酸蓄电池和锂离子电池使用中的维护工艺以及专用设备做了详细说明。实践证明,蓄电池的合理使用与维护,与现在流行的“免维护状态”相比,可以得到成倍延长蓄电池使用寿命的经济效益。

本书可供蓄电池设计、制造,新能源汽车动力电池使用和维护,以及相关控制电气设计者参考。

第1 章　铅酸蓄电池原理及基本概念 / 1

1.1　基本原理 / 1

1.1.1　充放电反应过程 / 1

1.1.2　标称电压 / 2

1.1.3　充放电反应的独立性 / 2

1.1.4　铅酸蓄电池的化学能存储方式 / 3

1.1.5　铅酸蓄电池的析气 / 3

1.1.6　铅酸蓄电池的电动势 / 4

1.1.7　开路电压和容量关系 / 4

1.1.8　单体电池都是并联存在的 / 5

1.2　基本概念 / 5

1.2.1　铅酸蓄电池放电下限标准 / 5

1.2.2　铅酸蓄电池的荷电状态 / 6

1.2.3　铅酸蓄电池中电极负荷分析 / 6

1.2.4　铅酸蓄电池中正极板的腐蚀 / 7

1.2.5　电池的内阻 / 7

1.2.6　电解液密度与容量的关系 / 8

1.2.7　电池的实际容量的控制因素 / 8

1.2.8　电解液的分层 / 9

1.3　常用须知 / 10

1.3.1　除硫化和容量复原技术 / 10

1.3.2　充放电反应的限制因素 / 11

1.3.3　电池非使用放电 / 12

1.3.4　电池水消耗 / 12

1.3.5　电池的容量衰减 / 13

1.3.6　电池的“反极” / 13

1.3.7　温度对电池性能的影响 / 14

1.3.8　干荷电电池的启用 / 15

1.3.9　充电的合理限度 / 15

1.4　辅助知识 / 16

1.4.1　合理使用添加剂 / 16

1.4.2　“免维护电池” 的误区 / 16

1.4.3　蓄电池用酸及蓄电池用水的标准 / 17

1.4.4　蓄电池水质量控制及简易检验法 / 17

1.4.5　配酸作业 / 18

1.4.6　硫酸电解液对电池放电性能的影响 / 20

1.4.7　超级蓄电池和铅碳电池 / 21

1.5　阀控电池的基本概念 / 22

1.5.1　铅酸蓄电池发展的四个阶段 / 22

1.5.2　阀控电池的优缺点 / 23

1.5.3　阀控电池使用中的几个问题 / 24

1.5.4　铅酸蓄电池循环寿命的加速试验 / 25

1.6　铅酸蓄电池的基本类别 / 27

1.6.1　启动型电池 / 28

1.6.2　储能型电池 / 28

1.6.3　动力型电池 / 28

1.6.4　专用结构电池的错误组合 / 28

本章小结 / 29

第2 章　铅酸蓄电池的几种充电方式和组合性能 / 30

2.1　初充电 / 30

2.2　恒流充电 / 33

2.3　恒压充电 / 34

2.4　浮充电 / 35

2.5　快速充电 / 36

2.6　均衡充电 / 38

2.7　低压充电 / 38

2.8　补充电 / 40

2.9　电池容量串并联计算 / 40

2.10　电池容量的测定 / 41

本章小结 / 42

第3 章　铅酸蓄电池通用保养及故障处理 / 43

3.1　电池并联使用故障多 / 43

3.2　电池组中各单格的均衡性要求 / 45

3.3　减少腐蚀的措施 / 47

3.4　蓄电池连接状态 / 48

3.5　减少自放电的措施 / 49

3.6　蓄电池的绝缘状态 / 52

3.7　电池硫化和除硫化技术 / 54

3.7.1　硫化产生的过程 / 54

3.7.2　化学除硫化方法 / 55

3.7.3　物理除硫化方法 / 56

3.8　电池防冻措施 / 58

3.8.1　外部保温及加温 / 58

3.8.2　采用涓流充电 / 58

3.8.3　控制电解液密度 / 58

3.9　定期进行人为充放电是有害的 / 59

3.10　延长电池使用寿命的方法 / 59

3.11　汽车蓄电池的失效方式 / 63

本章小结 / 64

第4 章　通信电池的管理维护 / 65

4.1　通信电源蓄电池组的低成本运行措施 / 65

4.1.1　通信基站蓄电池组的技术现状 / 65

4.1.2　对蓄电池组决策的几点误区 / 65

4.1.3　低成本运行的措施 / 66

4.1.4　专业化容量维护设备 / 67

4.1.5　对电池容量性掉站的逻辑分析 / 68

4.1.6　通信电源蓄电池使用下限计算 / 69

4.1.7　UPS 电源蓄电池损坏分析和对策 / 70

4.1.8　通信车用阀控式铅酸蓄电池维护 / 71

4.1.9　对阀控式铅酸蓄电池补水的水位要求 / 73

4.2　在微波通信站的使用 / 74

4.2.1　供电方式 / 74

4.2.2　常见故障原因分析 / 74

4.2.3　处理方法 / 75

4.3　阀控式铅酸蓄电池爆炸分析 / 76

4.4　对电池提前失效原因的综合分析 / 77

4.4.1　极板的不可逆硫酸盐化 / 78

4.4.2　现行标准规范的不足 / 81

4.4.3　电池的误报废 / 86

4.4.4　电池的不合理安装 / 88

4.4.5　电池的人为过放电 / 89

4.4.6　电池原始质量低或结构不合理 / 90

4.5　阀控式铅酸蓄电池在线容量维护 / 91

4.5.1　免维护的代价 / 91

4.5.2　建立备品制度 / 94

4.5.3　电池维护的三个阶段 / 97

4.5.4　维护工艺 / 101

4.5.5　两类维护工艺的比较 / 102

4.5.6　维护作业的频次和经济效益分析 / 102

4.5.7　对维护效果的确认方式 / 103

4.5.8　一体化基站蓄电池的选型与改造 / 105

4.5.9　对蓄电池的全面质量管理 / 107

4.5.10　基站蓄电池的合理安装 / 108

4.5.11　在通信基站蓄电池组的轮换充电方法 / 108

4.6　开关电源对蓄电池的影响 / 109

4.6.1　现行开关电源充电方式的不合理之处 / 109

4.6.2　开关电源的充电管理 / 109

4.6.3　合理管理的效果 / 111

4.6.4　开关电源蓄电池参数设置的基本方法 / 113

4.6.5　频繁停电地区充电方法 / 115

4.6.6　环境温度维护方法 / 116

4.6.7　应用实例 / 117

4.7　蓄电池集团采购中的技术要求 / 118

4.7.1　电池电解液的数量和密度 / 118

4.7.2　电池极板的数量 / 118

4.7.3　电池的连接方式 / 118

4.7.4　蓄电池的组合方式和构架高度 / 119

4.7.5　电池的极柱防护 / 120

4.8　蓄电池维护的技术层次和效益 / 120

4.8.1　“免维护” 层次 / 120

4.8.2　采用除硫化进行容量复原层次 / 121

4.8.3　在线容量维护层次 / 122

4.8.4　维护的最高层次TQC / 122

4.8.5　维护效益分析 / 123

4.8.6　避免电池误报废的扼要说明 / 123

4.9　对相关标准和现行的修正建议 / 125

4.9.1　美国IEEE 1188 标准的不足和失误 / 125

4.9.2　对一些现行做法的修正建议 / 126

4.10　提高管理者的认识是第一步 / 127

4.10.1　不合理并联 / 127

4.10.2　补加水 / 127

4.10.3　有效的检测工艺 / 128

本章小结 / 128

第5 章　锂离子电池的原理、结构和使用 / 129

5.1　锂离子电池简介 / 129

5.2　锂离子电池工作原理 / 131

5.3　锂离子电池的优缺点 / 133

5.3.1　优点 / 133

5.3.2　缺点 / 134

5.4　锂离子电池失效机理 / 134

5.4.1　正常失效 / 134

5.4.2　过放电失效 / 134

5.4.3　过充电失效 / 135

5.4.4　高温失效 / 135

5.4.5　备用失效 / 138

5.5　锂离子电池内部材料 / 138

5.5.1　正负极材料 / 138

5.5.2　隔膜 / 139

5.6　锂离子电池两种结构 / 140

5.6.1　软包结构 / 140

5.6.2　圆柱结构 / 141

5.7　锂离子电池组保护电路 / 141

5.8　锂离子电池的安全使用 / 142

5.8.1　影响安全的机理 / 142

5.8.2　提高安全性的措施 / 142

5.8.3　个人锂离子电池的安全使用 / 143

5.9　用锂离子电池替换铅酸蓄电池和镍镉电池的技术问题 / 144

5.10　锂离子电池的充放电特点 / 144

5.11　锂离子电池空载电压技术含义 / 146

5.12　锂离子电池组合中的点焊质量 / 149

5.13　螺纹连接的圆柱锂离子电池 / 150

5.14　卡座连接的圆柱锂离子电池 / 151

本章小结 / 152

第6 章　电动汽车蓄电池合理使用与维护 / 153

6.1　电动汽车电池的选型 / 153

6.1.1　铅酸蓄电池 / 153

6.1.2　超级蓄电池的结构及原理 / 154

6.1.3　锂离子电池 / 156

6.1.4　锂离子电池和铅酸蓄电池的互换 / 157

6.2　蓄电池的成组效应 / 158

6.2.1　单体电池和电池组的概念 / 158

6.2.2　网络组合的认识过程和电池构架 / 161

6.3　网络组合结构配套的BMS / 167

6.3.1　基本说明 / 167

6.3.2　电流电压采集技术要求 / 168

6.3.3　仪表及整车控制器的配套开发 / 169

6.3.4　司机违章使用电池的记录 / 170

6.3.5　数据存储和通信 / 170

6.3.6　单串组合的BMS / 170

6.3.7　对能量转移功能的分析 / 170

6.3.8　网络组合的效能和实施 / 171

6.4　锂离子电池组维护的必要性和意义 / 172

6.4.1　人工维护的必要性 / 172

6.4.2　均衡性维护设备 / 173

6.5　电动汽车锂离子电池维护的基本工艺 / 175

6.6　电动汽车的12V 电池 / 177

6.6.1　采用26650 型锰锂电池 / 177

6.6.2　采用26650 型磷酸铁锂电池 / 177

6.6.3　独立12V 电池充电电压调整 / 178

6.7　电动汽车的车载充电机充电 / 178

6.8　充电桩充电和快速充电概念 / 179

6.9　换电站充电 / 181

6.10　蓄电池组的热管理和浸水实验 / 182

6.10.1　蓄电池组的热管理 / 182

6.10.2　浸水实验 / 182

6.11　电池组的熔断保险 / 183

6.12　无轨电车供电方式 / 183

6.12.1　经济分析 / 184

6.12.2　基础技术 / 184

6.12.3　实施实例 / 184

6.13　电动汽车商业化运行 / 185

6.13.1　与燃油汽车比成本是电动汽车的关口 / 185

6.13.2　汽车电池的梯级使用和转行使用 / 185

6.13.3　电动汽车商业化之路 / 186

6.13.4　换电车的选用 / 188

6.13.5　电动汽车采购须知 / 190

6.13.6　电动汽车蓄电池使用成本分析 / 191

本章小结 / 194

第7 章　蓄电池在车辆上的应用 / 195

7.1　启动电池的使用 / 195

7.1.1　工作状态分析 / 195

7.1.2　汽车和几种铁路机车启动电池的启动过程分析 / 197

7.1.3　摩托车电池的电解液调节 / 203

7.1.4　启动电池的损坏原因 / 203

7.1.5　汽车电池的集中维护效益分析 / 205

7.2　电动自行车电池的使用 / 206

7.2.1　电池的选购与更换 / 206

7.2.2　电池的使用、保养和维修 / 206

7.2.3　电动自行车电池配组技术 / 207

7.3　生产用蓄电池车用电池使用 / 208

7.3.1　牵引蓄电池的工作特点和结构 / 208

7.3.2　蓄电池叉车和平板车蓄电池组的绝缘分析 / 209

7.3.3　蓄电池车D 型电池的替代 / 212

7.3.4　矿山机车蓄电池维护工艺 / 213

7.3.5　延长矿山机车蓄电池寿命的几项措施 / 214

7.3.6　电动车辆蓄电池循环耐久试验/ 216

7.3.7　蓄电池组电压抽头问题 / 217

7.3.8　叉车蓄电池维护实例 / 217

7.4　电动游览车蓄电池使用条件 / 218

7.4.1　电池启用充电 / 218

7.4.2　存在问题 / 219

7.4.3　电动游览车蓄电池工作分析 / 219

7.4.4　日常维护作业 / 220

7.4.5　管理运行方式 / 221

7.4.6　维护管理实例 / 222

本章小结 / 223

第8 章　蓄电池和蓄电池组可靠性检测 / 224

8.1　术语说明 / 224

8.2　连接状态的检测 / 225

8.2.1　检测原理 / 225

8.2.2　对同性极柱的测量 / 225

8.2.3　对异性极柱的测量 / 226

8.3　漏电电流的检测 / 227

8.3.1　测漏电电流 / 227

8.3.2　查找电池组接地点 / 227

8.3.3　漏电电流表的校对 / 228

8.4　蓄电池对地绝缘的分析和检测 / 228

8.5　蓄电池保有容量的检测 / 229

8.5.1　检测原理 / 229

8.5.2　保有容量检测仪的使用方法 / 233

8.5.3　三种检测方法的使用对比 / 236

8.5.4　对大容量电池的检测 / 239

8.6　连体电池检测仪 / 239

8.6.1　检测原理 / 239

8.6.2　检测方法 / 240

8.6.3　启动功率NP 检测数据的用途 / 241

8.6.4　连体电池检测仪的使用方法 / 242

8.6.5　使用注意事项 / 243

8.6.6　检测仪的校对 / 243

8.7　蓄电池内阻的概念及测量 / 243

8.7.1　蓄电池内阻的构成 / 243

8.7.2　蓄电池动态内阻的测量方法 / 244

8.7.3　不能用静态内阻的数值表达蓄电池保有容量 / 245

8.7.4　电导仪鉴定条件与使用条件的区别 / 246

8.7.5　电导仪的使用标准 / 247

本章小结 / 248

附录 / 249 2100433B

免维护蓄电池也可以进行补充充电，充电方式与普通蓄电池的充电方法基本一样。充电时每单格电压应限制在2．3-2．4V间。注意使用常规充电方法充电会消耗较多的水，充电时充电电流应稍小些（5A以下）。不能进行快速充电，否则，蓄电池可能会发生爆炸，导致伤人。当免维护蓄电池的比重计，显示为淡黄色或红色时，说明该蓄电池已接近报废，即使再充电，使用寿命也不长。此时的充电只能做为救急的权宜之计。

有条件时，对免维护蓄电池可用具有电流-电压特性的充电设备进行充电。该设备即可保证充足电，又可避免过充电而消耗较多的水。

蓄电池的正确使用和维护主要有以下7点：

⒈检查蓄电池在支架上的固定螺栓是否拧紧，安装不牢靠会因行车震动而引起壳体损坏。另外不要将金属物放在蓄电池上以防短路。

⒉时常查看极柱和接线头连接得是否可靠。为防止接线柱氧化可以涂抹凡士林等保护剂。

⒊不可用直接打火（短路试验）的方法检查蓄电池的电量这样会对蓄电池造成损害。

⒋普通铅酸蓄电池要注意定期添加蒸馏水。干荷蓄电池在使用之前最好适当充电。至于可加水的免维护蓄电池并不是不能维护适当查看必要时补充蒸馏水有助于延长使用寿命。

⒌蓄电池盖上的气孔应通畅。蓄电池在充电时会产生大量气泡若通气孔被堵塞使气体不能逸出当压力增大到一定的程度后就会造成蓄电池壳体炸裂。

5.2.1查酸池中的余酸，如果低于酸池的1/4，则需将符合技术要求的纯水注入配酸池内，使其达到2/3的液面，再根据加入纯水的量，按约4：1的比例加入符合技术要求的浓硫酸。加浓硫酸时，要先将塑料搅拌器放入酸池内进行搅拌，然后慢慢地将浓硫酸倒入酸池内，以防止硫酸飞溅。

5.2.2配酸时，要注意酸池的温度，当酸池内温度大于60℃时，立即停止加入硫酸，改加纯水或搅拌冷却，待酸液温度下降至45℃以下时，然后根据需要的酸比重加入纯水或硫酸进行重新调整。

5.2.3电池用电解液的配制：待配酸池内的电解液温度降至室温时，放入比重计和温度计测量其实际值，待实际温度和电解液比重符合要求时，按取稀硫酸的重量。

5.2.4若配制电解液不在室温时，可按下列公式加以校正：d25=dt 0.00075×（t-25）（g/cm3）：式中d25表示换算至标准温度（25℃）下的密度；dt为实测密度；t为测量比重时电解液的温度。

⒍在蓄电池极柱和盖的周围常会有黄白色的糊状物，这是因为硫酸腐蚀了根柱、线卡、固定架等造成的。这些物质的电阻很大，要及时清除。

⒎当需要用两块蓄电池串联使用时蓄电池的容量最好相等。否则会影响蓄电池的使用寿命。

⒏免维护铅酸蓄电池电解液的配制

⒐蓄电池不可长期放置，长期停用的蓄电池也应定时充电保养。

蓄电池都存在一个内部自放电的问题，每天自放电量约2%，也就是说，充足电的蓄电池，即使一点不用，经过较长时间后，其存电也会被内部自放电放完。而亏电的蓄电池，其极板又会很快被硫酸盐化，从而大大削弱蓄电能力。因此，长期停用的蓄电池每月应对蓄电池作补充充电一次，每次10小时左右。

如果蓄电池已经放置时间很长，出现了蓄电池硫化现象，可充满电后使用蓄电池在线维护仪修复20天左右，容量即可恢复。