铅酸蓄电池的种类及发展现状

1.开口式铅酸蓄电池

这种电池大多是在启动型蓄电池的基础上进行局部改进而成的。国内生产的电动汽车用的12V/150Ah的电池,其C5放电比能量达到40Wh/kg。开口式铅酸蓄电池多用于短距离的电瓶车、巡逻车、游览车和居民小区内的小交通车等。

2.阀控式密封铅酸蓄电池

阀控式密封铅酸蓄电池即VRLA(Valve Regulated Lead Acid Battery)电池。

VRLA电池是全密封的,不会漏酸,而且在充放电时不会像老式铅酸蓄电池那样会有酸雾放出来而腐蚀设备,污染环境,所以从结构特性上把VRLA电池又称为密封铅酸蓄电池。为了区分,把老式铅酸蓄电池叫作开口铅酸蓄电池。由于VRLA电池从结构上来看,它不但是全密封的,而且还有一个可以控制电池内部气体压力的阀,所以VRLA铅酸蓄电池的全称便成了“阀控式密闭铅酸蓄电池”,现已广泛应用于各种电动助力车,我国电动自行车约95%使用的是阀控式密封铅酸蓄电池。

铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时(一般在2.30V/单体以上),开始有电解水的副反应产生,在蓄电池的正极上放出氧气,负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境,另一方面电解液中水分减少,必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池为克服这些缺点采取了以下技术措施。

(1)采用多元优质板栅合金,提高气体释放的过电位。即普通蓄电池板栅合金在2.30V/单体(25℃)以上时释放气体。釆用优质多元合金后,在2.35V/单体(25℃)以上时释放气体,从而相对减少了气体释放量。

(2)让负极有多余的容量,即比正极多出10%的容量。充电后期正极释放的氧气与负极接触,发生反应,重新生成水,即,使负极由于氧气的作用处于欠充电状态,因而不产生氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收,再进一步化合成水的过程,即阴极吸收氧气,补充水。

(3)为了让正极释放的氧气尽快流通到负极,必须采用和普通铅酸蓄电池所采用的微孔橡胶隔板不同的新型超细玻璃纤维隔板。其孔率由橡胶隔板的50%提高到90%以上,从而使氧气易于流通到负极,再化合成水。另外,超细玻璃纤维隔板具有吸附硫酸电解液的功能,因此即使电池倾倒,也无电解液溢出。

(4)采用密封式阀控滤酸结构,使酸雾不能逸出,达到安全、保护环境的目的。

在上述阴极吸收过程中,由于产生的水在密封情况下不能溢出,因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护,这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维护电池的由来。

3.双极性密封铅酸蓄电池

双极性铅酸蓄电池就是由双极性板、正负单极性板和隔板及电解液组成的电池,双极性是指一块基板的两面分别涂上正极膏和负极膏形成的两个极性。铅酸电池最小单体电压是2V,双极性电池最小单体由一个双极性板加两个单极性板构成4V电池。做12V电池,单极性要6个单体12块板,双极性只需5个双极性配两边对应2个单极性板共1块即可。可见双极性明显的优点就是减少了板栅个数及汇流排零件的重量。双极性密封铅酸蓄电池的内部结构如图7-4所示。

图7-4　双极性密封铅酸蓄电池的内部结构示意图

双极性铅酸蓄电池与传统电池相比,铅耗量减少40%左右、重量轻减少40%、体积减小40%、质量比能量提高约50%、循环寿命延长1倍以上。由于双极性单体间自然形成串联关系,所以电流路径短,内阻小,充放电效率高。较好地满足了大电流放电、短时间充能、深循环寿命长的动力电池的要求。

4.卷绕式密封铅酸蓄电池

将正负极板做成软性条状,中间和两侧均夹有纤维隔板,然后紧卷起来装入圆柱形电池壳内,焊接好极柱,加盖密封,组成电池,就形成了卷绕式密封铅酸蓄电池。其外形结构如图7-5所示。

图7-5　卷绕式密封铅酸蓄电池的外形结构示意图

卷绕式密封铅酸蓄电池现已商品化生产,其主要优点如下。

(1)内阻低,输出电压比较平稳;

(2)比功率高,适合高功率密度放电;

(3)循环寿命长;

(4)低温性能好;

(5)快速充电性能好;

(6)放电速度小。