沧州欧姆斯蓄电池总代理

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欧姆斯蓄电池的基本原理及维护
电池工作原理和特点
电动自行车电瓶是一种电能与化学能互相转换的可逆装置，也就是说，将电能储存起来（充电），将化学能变为电能释放出来（放电

）。
电动自行车电瓶由正极板、负极板、玻璃纤维隔板、电解液和电解槽所组成，充电后正极的活性物质为二氧化铅，负极板活性物质为

海绵状铅，放电后两极板的活性物质都转变为硫酸铅，充电后由恢复为原来物质。化学反应方程式如下：
充电
PbO2 + 2H2SO4 + Pb
正极 电解液 负极
放电
PbSO4 + 2H2O + PbSO4
正极 电解液 负极
从化学反应的方程式中可以看出，在放电过程中消耗了硫酸，生成了水，因此电解液的浓度越来越小，而充电过程则相反。
电动自行车采用了负极活性物质过量的设计。当蓄电池充电的时候，正极充足100%后，负极尚未充到90%，这样蓄电池内只有正极产生

的氧，不存在负极产生的难以复合的氢气。为了解决水的消耗问题，和必须为氧的复合创造条件。采用贫电解液设计加上超细玻璃纤

欧姆斯蓄电池，解决了氧的传输问题，使氧复合反应得以进行，完成了氧的再化合，蓄电池实现了密封和免维护。氧的再化合过程如下
用固态开关(晶闸管)实现市电与逆变器输出之间的快速切换技术虽在UPS电源中应用多年，但也有所不同，UPS用功率继电器(或接触器)与固态开关(晶闸管)组合成一个旁路(BYPASS)切换装置的，固态开关(晶闸管)主要是做瞬间过载旁路(BYPASS)切换，靠它瞬间使逆变器与电网有个短暂的并联运行，从而获得瞬间无切换时间的供电(弥补了功率继电器或接触器的渡越时间)。关键是要实现逆变器的锁相运行和对市电即时电压的快速检测与跟踪。它并不是真真的断电切换，因这种方式均为'在线式'UPS所用，真真的断电切换工作时固态开关(晶闸管)是不参于工作的。当其用于EPS电源时才真正是固态开关(晶闸管)的参与断电切换，EPS电源均为后备式是不设旁路接触器的。就是处于在市电正常、逆变器也正常运转的情况下，即使是进行不间断的切换，在技术上也是可以做到的，但实际情况是，切换需要在市电突然发生中断或故障时进行，因市电中断或故障的发生时刻是随机的和非预知的，检测确认市电故障需要时间，此时的切换时间不可能小于检测、确认市电故障需要的时间。
为防止各种电源干扰导致误动作，检测时间不能太短。实践证明，当检测时间小于2ms时，检测可靠性会明显下降。因此小于2ms的切换时间是不可取。在EPS电源所应用各类负载里，对切换时间要求最苛刻的应当是高压气体放电灯。虽然这种灯具不允许用于消防应急照明，但由于其具有高强度、高效率的性能特点，在很多大型场馆中都有应用。但有这么一个问题，那就是这种灯具一旦熄辉，需要冷却后方能重新启动，为保证照明不发生中断，EPS电源必须具备快速切换能力。根据对多种高压气体放电灯产品的测试，如果不采取适当的续流措施，5ms的电力中断就有可能导致熄辉，个别产品甚至3ms电力中断就会熄辉。而对于某些电梯类负载，毫秒级的切换显然是没有必要的，但切换时的瞬间中断电源同样有可能导致电梯控制系统进入保护状态。此种情况需要通过EPS电源控制系统的延时适当增加切换时间，才能保证电梯在应急供电后继续正常运行。在有些应用场合，为了实现零切换，要求将EPS设计成在线运行方式，那么这时EPS电源实际就已经变成一台专用的UPS，逆变器是长带负荷工作的。
：
（正极）PbSO4—— PbO—— O2
（负极）PbSO4—— Pb——(O2）
电池的失效模式及对策
A 电池的正极板软化
①电池的正极板是由板栅和活性物质组成的，其中活性物质的有效成分就是氧化铅。放电的时候氧化铅转换为硫酸铅，充电的时候硫

酸铅转换为氧化铅。
②氧化铅是由α氧化铅和β氧化铅组成的，其中α氧化铅主要起支撑作用；β氧化铅主要起荷电作用。为了减少α氧化铅参与放电，

一般控制放电深度为40％为好。电池放电深度越深，α氧化铅损失也越多，正极板软化也越严重，导致电池容量下降越快，形成恶性

循环。电池经常大电流放电同样会引起极板软化。所以电动车控制器要实行限流保护,正是基于此原因。
B 电池的负极板硫化
1、电池放电以后，负极板的铅转换为硫酸铅，如果不及时充电或者充电电压较低，有部分硫酸铅晶体就会逐步聚积而形成粗大的硫酸

铅结晶，采用普通的充电方式是无法恢复的所以称为“不可逆硫酸盐化”，简称硫化。
2、在冬季环境温度比较低的时候，电池的浮充电压应该相应的提高，否则电池欠充电就会产生，电池硫化也就产生了。
3、失水的电池相当于电解液的硫酸浓度变高，也形成了加速电池硫化的条件。
4、电池一旦出现硫化，靠单纯的浮充和均充是无法解决的，必须采取其它措施。目前消除密封电池硫化的方法有化学法和采用小电流

脉冲去硫化。化学法虽然会较快的消除负极板硫化，但是其副作用——增加电池自放电。这样会形成新的失效模式。
C 电池的失水及热失控
1、电池充电达到单体电池2.35V（25℃）以后，就会进入正极板大量析氧状态，虽然对于密封电池来说，负极板具备了氧复合能力。

但如果充电电流过大，负极板的氧复合反应跟不上析氧的速度，气体会顶开排气阀而形成失水。充电电压达到2.42V（25℃），电池的

负极板会析氢，而氢气不能够被正极板吸收，只能够增加电池气室的气压，最后会被排出气室而形成失水。定期对电池补水是非常必

要的,但对水的质量和对操作者技术的要求很严格。
2、电池的热失控。
电池充电电压达折合单格2.4V，这个电压超过了电池正极板大量析氧的电压，特别是在高温环境中，大量析氧电压会下降，这样产生

的析氧量会大幅度的增加。而正极板产生的氧气在负极板会被吸收，吸收氧气是明显的放热反应，电池的温度会升高。而且氧复合反

应也要产生电流，增加的电流导致充电器不能转绿灯，一直维持在高压阶段。如果电池已经出现过量失水，玻璃纤维隔板的无酸孔隙

大大增加，会加速负极板吸收氧气，产生的热量会更多，电池温升也更高。而电池的温升也会加速正极板析氧，形成恶性循环——热

失控。在热失控状态下，析氧量增加，电池内的气压增加，当达到塑料电池外壳的玻璃点温度的时候，电池开始鼓胀变型，这种变型

除了影响电池内部的机械结构以外，还会形成电池漏气，而导致更加严重的失水漏酸。尽管电池热失控现象发生的不多，但是一旦发

生热失控，电池的寿命会迅速提前结束。
D 电池的不均衡
1、电池在制造工艺中必然存在的微小差距。比如电池开阀压的区别，会导致电池失水不同。还有组装压力和极板重量不均衡等。
2、失水多的电池相当于电池的硫酸比重上升，导致电池开路电压增加，也是该单体电池的充电电压相当于其它电池电压高，而在串联

电池组中的其它电池分配的电压就会下降，形成其它电池的欠充电。欠充电的电池内阻会增加，放电的时候电池电压会更低，充电电

压跟不上，导致电池电压高的更高，低的更低。电池正极板软化的差异随着充放电也会被扩大。
3、当电池正极板发生软化的时候，脱落的活性物质会堵塞一部分微孔，正极板上单位面积的电流密度会增加，导致充放电活性物质的

膨胀收缩更加厉害，正极板软化被加速，这样就形成的容量落后的电池更加落后。
4、电池的负极板发生硫化，放电的电流密度也会增加，相当于增加了放电深度，硫酸铅结晶会比较集中在放电部位，形成较大的硫酸

铅结晶。硫酸铅结晶体积越大，其吸附能力也相对增加，导致硫化更加严重。所以，电池容量的下降也会形成恶性循环。
5、对于电池组的不均衡，目前唯一的方式是采用定期地对单个电池的充电和放电。
E 脉冲修复消除硫化
对高电阻率的硫酸铅结晶施加瞬间的高电压，也可以击穿大的结晶，如果这个高电压足够短，并且进行限流，在打穿绝缘层的条件下

，充电电流不大，也不至于形成大量析气。如这样，实现了无损消除硫化。
F 电池的容量表示及检测
常用电动车电池额容量表示方法为12v10Ah（2hr）
其含义为：电池额定电压为12v，容量为10Ah，2hr表示2小时放电率
标准的容量检测设备是12v恒流放电仪，常见的有5A恒流，10A恒流，以及可调恒流的。

磁复位技术的要求

在高频变压器原边，当V1或V2接收SPWM脉冲列导通时，由于调制的频率很低，远远小于高频载波的频率，在低频调制信号的正半周或负半周内，施加在变压器绕组上的是同一方向的电压，变压器磁芯中的磁通将级进地逐渐增加，最终导致磁芯饱和，造成偏磁或单向磁化，导致很大的磁化电流而使电路无法正常工作。本文提出逐个脉冲磁复位技术，就是在每个高频脉冲之后及时采取措施，使每一个高频脉冲引起的磁通增加都回复到零，从而避免磁芯饱和。三角形法生成单极性SPWM波如图8所示(以控制信号为低频AC为例)。图中控制信号电压(调制波)vc=Vsinsinω1t(式中：ω1=2πf1，f1为逆变器输出电压要求的基波频率，也为调制频率;Vsin为控制信号电压的峰值)，vt为等腰三角形载波电压，Vtri为载波电压的峰值，载波频率为fs，周期为=Ts。则幅度调制比ma=，频率调制比mf=。当fsf1、mf为偶数，且vc与vt起始相位相等时，vt、vc的波形有如图8所示的关系，以下就这种情况进行讨论。

图8 三角形法生成SPWM波

从时间tn-1到tn是vt的第n个载波周期

tn-1=(n-1)Ts

tn=nTs其顶点=(n-)Ts

故有等腰三角波vt的两段直线方程：当(n-1)Ts

vt1=2Vtrifs[t-(n-1)Ts]当(n-)Ts

vt2=-2Vtrifs(t-nTs)

设vt1、vt2与vc的交点分别在t=t1和t=t2，则

Vsinsinω1t1=2Vtrifs[t1-(n-1)Ts](1)

Vsinsinω1t2=-2Vtrifs[t2-nTs](2)

由式(1)、式(2)可以得到Doff=1-masin(3)Don=masin(4)

式中：Doff=为断开占空比，toff=t2-t1为断开时间;Don=为接通占空比。式(4)表明，在幅度调制比ma保持恒定时，SPWM高频脉冲的占空比Don以基波频率(调制频率)且无相位差地按正弦规律变化。欲使磁芯复位，由变压器磁芯的伏秒平衡规律要求有(忽略管压降)VccDon voDoff(5)式中：Vcc为加在变压器原边绕组上的输入直流电压;vo为变压器副边输出电压。以式(3)、式(4)及vo=Vosinω1t代入式(5)得ma(6)由式(4)知，当sin=1时，该脉冲具有此SPWM脉冲列中最大的占空比Don，若此时Doff满足磁复位要求，则该列SPWM脉冲均满足逐个脉冲磁复位要求。因此，由式(6)知当ma=(7)时变压器磁芯就可实现逐个脉冲磁复位。

3 试验及仿真结果

为验证本电路原理，作了以下仿真和试验：输入直流电压36V;输出交流电压为24V;变压器变比为1:1;低频信号为50Hz正弦波;载波信号15kHz三角波;幅度调制比ma=0.5;功率开关管采用IRF460;开关频率15kHz;输出端高频滤波电容Cf=5μF;负载Zl=200Ω。图9、图10为PSPICE仿真结果。

此时电路最大占空比为0.5，当V1关断，V2体内的二极管D2开通，与N2形成通路，有电流Id(V2)，完成漏感储能的回馈，并钳位Vds(V1)至2U。在低频正半周单个高电平脉冲加在开关管V1上时，其电流Id(V1)从零电流开始上升，且波形平滑，说明变压器磁芯磁通已回复到零，且激磁电流未达到饱和电流。

图9 V1、V2功率管上电压波形

图10 V1、V2功率管上电流波形

按照与仿真相同的参数作实验有图11所示输出电压波形。

图11 实验输出电压波形

蓄电池到底有没有回收的价值呢？电池是可以回收的于活性物质之间的接触恶化，电阻增加而导致蓄电池的容量严重损失，在循环中

，正极板活性物质膨胀，放电速度越快，活性物质膨胀就越快，容量损失越快，随着高倍率的放电和大量的过充电，使活性物质变的

更严重。沈阳蓄电池与传统的蓄电池相比就有很多的好处，它是可以回收再利用的蓄电池，如果我们传统的蓄电池我们用完后一般会

丢掉或者给回收人员，但最终还是将其掩埋。我们都知道，电池的污染很大，几个电池就可能一片土地寸草不生，这样的污染我们实

在接受不了，我们的环境需要我们自己保护，所以说可回收的电池是非常重要的。电池在实在不能使用之后任然可以回收起来，再经

过处理再造成为了新的蓄电池。不仅节约了能源，还保护了环境。再就是该电池的工作效率了，这种电池比一般的使用的时间更长，

是我们值得选择的产品。蓄电池是有回收再利用的价值。

提出了一种新颖的DC/AC功率传输电路拓扑，介绍了它的工作原理，并对高频变压器实现逐个脉冲磁复位的要求进行了数学证明。试验和仿真结果证明这种电路拓扑能较好地完成对低频功率的传递、放大，具有结构简单、体积小、重量轻等优点，可广泛应用于UPS、航空电源、正弦波逆变器、数码线性功率放大器等工程技术领域。

有问题请拨打电话 18001283863 或者加微信 xinzhong959563688

（王浩为你服务）

BB蓄电池： www.bbdianchiwang.com