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松下电池基本知识 电池基本知识(一)
一、电池原理 1、什么是电池? 电池即一种化学电源,一种直接把化学能转变成电能的装置。它由两种不同成分的电化学活性电极分别组成正负极,两电极浸泡在能提供媒体传导作用的电解质中,当连接在某一外部载体上时,通过转换其内部的化学能来提供电能。 2、电池的分类 A.按工作性质分类: (1)原电池:又称一次电池,指电池放电后不能再次充电而继续使用的电池。如果原电池中电解质不流动,则称为干电池。 如:锌-锰干电池、锌-汞电池、 锂电池。 (2)蓄电池:又称二次电池,指电池放电后可再次充电而继续使用的电池。 如:铅酸电池、镉-镍电池、氢-镍电池、锂离子电池 (3)贮备电池:又称“激活电池”,此类电池在不工作时处于惰性状态,能长期贮存,当需要工作时,经过激活使之进入放电状态的电池。(使用前临时注入电解液或用其它方法使电池激活。 如:镁-银电池 铅-高氯酸电池 (4)燃料电池:该类电池又称“连续电池”,即将活性物质连续注入电池,使其连续放电的电池。 如:氢-氧燃料电池; 肼-空气燃料电池 B.按电解质性质分类: 按电解质性质可分为酸性电池(铅酸电池)、碱性电池(氢镍电池)、中性电池、有机电解质电池(锂离子电池,如Li-MnO2)、非水无机电解质电池(Li-SOCL2锂-亚硫酰氯)和固体电解质电池。 C.按活性物质的保存方式分类: 按活性物质的保存方式可以分为:活性物质保存在电极上面,其中有一次电池和二次电池两种;活性物质保存在电池之外,使用时通入电极,这类有非再生型燃料电池和再生型电池。 此外也有人根据电池的特性把电池分成高容量电池、密封电池、免维护电池、防爆电池等。 3、一次电池与二次电池的有哪些异同点? 一 次电池只能放电一次,二次电池可反复充放电循环使用,可充电电池在放电时电极体积和结构之间发生可逆变化,因此设计时必须调节这些变化,而一次电池内部则 简单得多,因为它不需要调节这些可逆性变化,一次电池的质量比容量和体积比容量均大于一般充电电池,但内阻(0.2-0.5Ω)远比二次电池大,因此负载 能力较低,另外,一次电池的自放电远小于二次电池。 4\镍镉电池的电化学原理是什么? 镍镉电池采用Ni(OH)2作为正极,CdO作为负极,碱液(主要为KOH)作为电解液。 镍镉电池充电时,正极发生如下反应 Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O 负极发生的反应:
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Cd(OH)2 + 2e → Cd + 2OH- 总反应为:2Ni(OH)2 + Cd(OH)2→ 2NiOOH+ Cd+ 2H2O 放电时,反 应逆向进行NiOOH + H2O + e→ Ni(OH)2 + OH- Cd + 2OH- + 2e→ Cd(OH)2 充电时,随着NiOOH浓度的增大,Ni(OH)2浓度的减小,正极的电势逐渐上升,而随着Cd的增多,Cd(OH)2的减小,负极的电势逐渐降低,当 电池充满电时,正极、负极电位均达到一个平衡值,二者电势之差即为电池之充电电压。 5、镍氢电池的电化学原理是什么? 镍氢电池采用与镍镉电池相同的Ni氧化物作为正极,储氢金属作为负极,碱液(主要为KOH)作 为电解液,镍氢电池充电时,正极发生反应如下: Ni(OH)2 –e + OH- → NiOOH + H2O 负极反应:MHn + ne → M + n/2H2 放电时,正极:NiOOH + H2O + e → Ni(OH)2 + OH- 负极:M + n/2H2 → MHn + ne 6、电池的主要结构组成是什么? 电池的主要组成部分为:正极片、负极片、隔膜纸、盖帽、外壳、绝缘层。 二、 常用术语 1、标称容量(又称额定容量) 在一定放电条件下,规定电池应该给出的最低限度的电量。 IEC 标准规定:镍镉和镍氢电池在20±5℃环境下,以0.1C充电16小时后,以0.2C放电至1.0V时所放出的电量为电池的额定容量,以C5表示;而对于 锂离子电池,则规定在常温,恒流(1C)恒压(4.2V)控制的充电条件下,充电3 h,再以0.2C放电至2.75V时,所放出的电量为其额定容量。 电池容量C=It,单位有Ah,mAh(1Ah=1000mAh)。 2、放电 电池向外电路输送电流的过程 3、放电率 指放电时的速率。最常用倍率(若干C)表示,其数值上等于额定容量的倍数。 如:容量C=600mAh电池,用0.2C放电,则放电电流为I=0.2*600=120mA。 我们通常所说的0.2C、1C容量,就是在放电率为0.2C、1C条件下,放出的容量。 4、开路电压 外电路断开时,电池两个极端间的电位差。 5、负荷电压 电池输入电流时,电池两个极端间的电位差。 6、标称电压(又称额定电压) 电池的标称电压指的是在正常工作过程中表现出来的电压,二次镍镉镍氢电池标称电压为1.2V;二次锂电池标称电压为3.6V 。 7、终止电压电池放电试验中,规定结束放电的负荷电压。一般放电截止电压:0.2C放至1.0V,1C放至1.0V。 8、中点电压指放到50%容量时,电池的电压。主要用来衡量大电流放电系列电池的高倍率放电能力,是电池的一个重要指标。 9、电池的功率输出指在单位时间里输出能量数的能力,它是根据放电电流I和放电电压来计算的P=U*I,单位为瓦特 10、贮存寿命电池在规定条件下的贮存期限,贮存结束时,电池仍能保持规定的性能。
11、循环寿命蓄电池在失效前所能达到的充放电循环次数 12、内阻 电池的内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力,一般分为交流内阻和直流内阻,由于充电电池内阻很小,测直流内阻时由于电极容量极化,产生极化内阻,故无法测出其真实值,而测其交流内阻可免除极化内阻的影响,得出真实的内值。 13、自放电电池在荷电或贮存状态下,由于各种原因而引起的容量损失的现象。 14、记忆效应 电 池长时间经受特定的工作循环后,自动保持这一特定的电性能。不能全部放出额定容量,只能达到常用的放电深度。譬如:一只额定容量为100%的电池,在使用 时,如果在尚未用完电量后就充电,长期下去,电池就―记住了‖这个―刻度‖,以后再充电时,充到这个―刻度‖就再也不容易充进去了。 三、IEC61951-2标准(单只圆柱型镍氢电池) 表一:IEC寿命测试方法 试验前,电池需0.2C放电至1.0V,环境温度:20±5℃ 循环次数 充电 充电态搁置 放电 1 2-48 49 50 0.1C充16hrs 0.25C充3hrs10min 0.25C充3hrs10min 0.1C充16hrs 无 无 无 1-4hrs 0.25C放电2hrs20minb 0.25C放电2hrs20minb 0.25C放电至1.0V 0.2C放电至1.0Va a.电池在完成50次循环后,允许开路搁置足够的时间,以便正好隔两周开始第51个循环。在第100、150、200、250、300、350、400次和第450次时可采用同样的方法。 b.如果放电电压低于1.0V,则放电可以停止。重复1-50次循环,直至出现任一个第50次循环的放电时间少于3hrs为止,这时按照第50次循环的规定再进行一次循环。 当两个这样的连续循环的持续放电时间均少于3hrs时,寿命试验终止。试验结束时,循环次数应不少于500次。
完善的通讯功能
新一代UPS电源使用计算机管理UPS电源,还可以实现异地的监控管理和快速故障诊断服务。目前市面上的ups电源主要分为第一类为后备式;第二类为在线互动式;第三类为在线双变换式;第四类为在线电压补偿式。而评判ups电源的优劣目前主要根据四类UPS的技术性能指标有四大类:
1.对电网的适应能力;
2.满足负载要求的UPS常规输出指标;
的输出能力和可靠性;
4.智能管理和通信功能。
第一.要选择大功率UPS要慎重考虑UPS的输入功率因数和输入电流谐波。
双逆变在线式UPS,其AC/DC逆变器多为整流滤波电路,它的输入功因数低,输入功率因数低,意味着输入无功功率大,输入谐波电流则*破坏电网,特别是三相大功率UPS这两项指标危害很大,形成所谓的电力公害,这会使由同一电网供电的变压器、电动机、电容器等产生附加谐波损耗、过热、加速老化,引起异步电动机转矩降低,振动加剧噪声增大,引起继电器和自动装置误动作,其次谐波对通讯线路、测量仪器产生辐射*,影响电能计量的精度等
第二.要考虑UPS的输出能力与可靠性。
输出功率因数、输出电流波峰系数、输出过载能力、输出不平衡负载的能力等指标,直接反映了UPS的输出能力,同时也说明了UPS输出能力的局限性和脆弱的一面,尽管在配置UPS容量时尽可以使负载满足UPS的要求,甚至留出很大的余量,但这些指标却直接反映了UPS的可靠性。过载能力强,允许输出电流波峰系数高的,对负载功率因数限制小的,在同样电网环境和负载条件运行,其可靠性必然高。
第三.要考虑效率与可靠性
当UPS的工作效率高时,意味着节省电能,这是绿色电源的标志之一。但还应该注意到效率与可靠性是密切相关的,效率高意味着电路技术先进,元器件选用得好,意味着功器件功率损耗小,功率强度小,温度低,这必然会增强元器件乃至整机的寿命和可靠性。 厂商在配置蓄电池时,所选用的设计容量是完全满足甚至超过负载不停电供电的功率容量和供电时间要求的,但是在UPS投入运行后,用户常常发现在市电停电后UPS不停电供电的实际时间远小于设计值,造成这种现象的原因,大多数情况下并不是最初配置时蓄电池的备用容量不够,而是蓄电池的容量没有发挥出来。造成蓄电池实际容量降低的原因很多,有电池质量问题,但更多的是使用和维护问题
(1)电池容量
铅酸蓄电池的极板在制造过程中,对生极板进行充电化成,便正极板上的铅变成二氧化铅,负极板上的铅变为海绵状铅,但是制造厂商对极板进行化成的时间有限,不可能将所有的物质均转化成活性物质,为此,国家标准规定新电池达到90%容量为合格,只有在随后的日常使用中,容量逐渐达到正常值,安装两年后要求达到100%。
电池组的额定容量是在规定的放电率下得出的,例如,UPS电源中所用的小型蓄电池的典型规格之一是l2V、6Ah/2Ohv,此规格定义为输出直流电压l2V,标称容量为6Ah,放电率条件为20hr。具体含意是:把输出直流电压l2V的电池组置于以20H恒放电率条件下进行放电,一直放到其输出电压由l2V降到l0.5V时,所测到的总安时数应为6Ah。
我国、日本、德国工业用电池采用10小时率(表示为C10),美国工业用电池标准为8小时率(表示为C8,)。在实际使用时,其放电率并不等于标准容量规定的放电率,当实际放电率大于标称容量规定的放电率时,其实际输出的容量要小于标称容量。
我国电力、邮电标准规定,10小时率电池,当采用1小时率放电时,其容量为标称容量的55%,即0.55C10。日本工业标准规定2V/10小时率电池,1小时率时容量为0.65C10,6V、12V,10小时率电池,1小时率容量为0.6C10。20小时率电池,10小时率容量为0.93C20,1小时率容量为0.56C20。
蓄电池的寿命有两种表达方法:一种为深循环使用的电池,另一种为浮充使用的'备用电源'电池。深循环使用的电池以深循环次数来表示其使用寿命,以0.8C10深度充放电循环使用的电池,其寿命达到1200次以上,而浮充使用的电池,年限可达到10~20年。蓄电池只有80%容量时认为寿命终止。
实际使用寿命与设计使用寿命有很大差别,这主要取决于电池中水的损失情况。在设计条件下使用可达到设计寿命,而当外部条件如温度、充电电压、放电深度等变化超出设计要求时,实际使用寿命会大大低于设计寿命,实际使用容量也会低于设计容量。
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松下蓄电池产品设计特性:
电压:12V
容量:7~200Ah
设计浮充寿命:15年@25℃
80%深度循环充放电寿命:BCI-2小时标准--600次,IEC标准--1350次
25%深度循环充放电寿命:BCI-2小时标准--2100次
浮充电压:13.55V±0.15V25℃
均充电压:13.55V±0.15V25℃
工作温度范围:放电、-40℃到71℃;充电、-23℃到60℃(应用温度补偿后的电压充电)。
推荐的工作温度范围:23℃到27℃。
浮充电压:温度平均在25°C时,2.25v/c to 2.30v/cVDC。
推荐的最大充电电流:C/5A(20小时率容量的1/5倍电流)。
均衡和循环应用时的充电电压:温度平均在25°C时,2.4v/c to2.47v/c VDC。
最大交流纹波(充电器):为最佳效果,推荐浮充电压波动0.5%RMS或1.5%的峰-峰值(P-P),最大允许交流纹波浮充电压=1.4% RMS(4% P-P),最大允许交流纹波电流= C/20 A RMS。
自放电:在25℃环境可以储存6个月,然后需要一次刷新充电。如果在较高温度下储存,刷新充电的间隔时间要短些。
松下蓄电池产品质量保证承诺
1、售前技术咨询:可帮助用户设计,无偿提供技术咨询。
2、交货日期及交货地点:保证在规定时间内按时送货到用户指定地点。
3、安装督导:按需方要求负责设备的安装、调试、技术指导。
4、产品的初验、试运行、终验:积极配合需方设备的初验、试运行、终验工作,并可根据用户的要求对产品的性能进行测试,保证设备正常运行。
5、产品保修期:保修一年,在保修期内,我方将无偿更换由于原材料、设计及制造工艺等技术问题和质量问题而发生故障的产品,并在买方无法处理的主要问题上,免费提供更换服务,及时解决产品存在的各种问题和产品的修理问题。
松下蓄电池资料服务:
1、随产品提供产品使用说明书及安装说明书。
2、根据用户要求设计安装,并提供产品设计安装图纸。
3、根据用户要求提供产品的有关性能资料及各种特性曲线。
4、提供培训用户所需的培训教材及相关资料。
技术支持服务:
本公司提供的技术服务包括电话支持及现场支持两种,用于协助用户设备故障及时得到解决,保证设备可靠、稳定的运行。
1、电话支持服务
A、用户在维护过程中,出现由于设备引起的技术故障,而导致无法正常工作,可通过电话向本公司提出服务要求。
B、维护工程师组成电话支持小组,以最快的时间响应用户的服务要求,回答用户提出的问题,协助与指导用户制定解决的方案。
2、现场支持服务
A、在电话支持无法妥善解决问题的情况下,我方将在48小时内派技术人员到达现场协助用户排除故障。
B、对于在保修期内的产品,在保修期内,我方将无偿更换由于原材料、设计及制造工艺等技术问题和质量问题而发生故障的产品,并在买方无法处理的主要问题上,免费提供更换服务,及时解决产品存在的各种问题和产品的修理问题。
C、对于保修期满的产品,我方仍按买方的要求提供对任何出现故障的设备进行维修服务,修理不好的产品及时以最优惠的价格更换。
松下蓄电池产品特点
1、采用紧装配技术,具有优良的高率放电性能。
2、采用特殊的设计,电池在使用过程中电液量几乎不会减少,使用寿命期间完全无需加水。
3、采用独特的耐腐蚀板栅合金、使用寿命长。
4、全部采用高纯原材料,电池自放电极小。
5、采用气体再化合技术,电池具有极高的密封反应效率,无酸雾析出,安全环保,无污染。
6、采用特殊的设计和高可靠的密封技术,确保电池密封,使用安全、可靠。
密封性
采用电池槽盖、极柱双重密封设计,防止漏酸,可靠的安全阀可防止外部空气和尘埃进入电池内部。
免维护
H2O再生能力强,密封反应效率高,吸附式玻璃纤维棉技术使气体符合效率高达99%,使电解液具有免维护功能,因此电池在整个使用过程中无需补水或补酸维护。
安全可靠
正常使用下无电解液漏出,电池外壳无膨胀及破裂现象,要求选择蓄电池电压必须与逆变器直流输入电压一致。例如,12V 逆变器必须选择12V蓄电池。电池内部装有特制安全阀和防暴装置,能有效隔离外部火花 ,不会引起电池内部发生爆炸,使电池在整个使用过程中更加安全可靠。
长寿命设计
通过计算机精密设计的耐腐蚀钙铅锡等多元合金板栅,ABS耐腐蚀材料外壳,高强度紧装配工艺,提高电池装配紧度,防止活物质脱落,提高电池使用寿命,增多酸量设计,确保电池不会因电解液枯竭而导致电池使用寿命缩短。
性能高
(1) 重量、体积小,能量高,内阻小,输出功率大。
(2) 充放电性能高。采用高纯度原料和特殊制造工艺,自放电控制在每个月2%以下,室温(25℃)储存半年以上仍可正常使用。
(3) 恢复性能好,在深放电或者充电器出现故障时,短路放置30天后,仍可充电恢复其容量。
(4) 无需均衡充电。由于单体电池的内阻、容量、浮充电压一致性好, 选择高频机必然要从三个方面进行:性能、价格和售后。确保电池在浮充状态下无需均衡充电。