.蓄電池技術(shù)原理

普通閥控式密封鉛酸蓄電池的標(biāo)稱使用溫度為25oC，在高溫條件下會由于正 板柵腐蝕、失水干涸、熱失控、負(fù) 酸鹽化等問題失效。長期運(yùn)行時，溫度每升高10oC，使用壽命約降低一半。為保證蓄電池正常工作，需要配備專用工業(yè)空調(diào)，將運(yùn)行溫度長年設(shè)置為25oC，消耗了大量電能。耐高溫型閥控式密封電池節(jié)能技術(shù)采用耐腐蝕鉛錫硅三元合金技術(shù)提高了電池板柵的耐腐蝕性，利用氫氧輔助復(fù)合技術(shù)解決了負(fù) 充電不足的問題，使用特殊的耐高溫外殼材料及先進(jìn)的耐壓、耐沖擊結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了電池?zé)崾Э貑栴}，開發(fā)出適合在35oC-40oC高溫環(huán)境下長期正常使用的高溫型閥控式密封鉛酸蓄電池， 使用溫度可達(dá)到75oC。通過高溫型閥控密封電池的使用，可將基站空調(diào)溫度提高10oC，大幅降低空調(diào)運(yùn)行時間，減少空調(diào)電耗。

2.關(guān)鍵技術(shù)

（1）耐腐蝕合金技術(shù)；

（2）耐高溫電池外殼材料技術(shù)；

（3）鉛膏配方及極板化成技術(shù)；

（4）獨(dú)特的氫氧輔助復(fù)合技術(shù)；

（5）先進(jìn)的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.工藝流程

該技術(shù)的電池結(jié)構(gòu)見圖1所示，通訊基站工作原理見圖2。

圖1  耐高溫型閥控式密封電池結(jié)構(gòu)圖

圖2  耐高溫型密封電池應(yīng)用于通信基站示意圖

五、主要技術(shù)指標(biāo)

1.產(chǎn)品符合IEC60896-2004以及通信行業(yè)YD/T799-2010《通信用閥控式密封鉛酸蓄電池》的技術(shù)要求；

2.35oC工作環(huán)境溫度，設(shè)計浮充壽命≥10年；

3.電池最高可承受工作環(huán)境溫度：75oC；

4.55oC工作環(huán)境溫度，80%DOD循環(huán)壽命大于12次大循環(huán)，每次大循環(huán)包含11次80%DOD放電循環(huán)。

 鉛酸蓄電池行業(yè)發(fā)展概況

       (1)鉛酸蓄電池的歷史發(fā)展情況

       鉛酸蓄電池是發(fā)展歷史最為悠久的二次電池,是世界上第一個商業(yè)化應(yīng)用的可再充電池,自1859  年法國物理學(xué)家 Gaston Plante(普蘭特)發(fā)明以來,已經(jīng)歷了150多年的發(fā)展歷程。
　　
　　鉛酸蓄電池已經(jīng)發(fā)展成為世界上產(chǎn)量最大的電池產(chǎn)品,生產(chǎn)量占電池行業(yè)總量的 50%,占充電電池的 70%,即便是歐美日等世界上最發(fā)達(dá)的國家和地區(qū),至今也仍大量生產(chǎn)和使用鉛酸蓄電池。
　　
　　鉛酸蓄電池150 年的歷史中,技術(shù)進(jìn)展是其能夠持續(xù)發(fā)展的動力,其大致經(jīng)歷了以下三個階段的發(fā)展:

        ①開口式(富液式)蓄電池最早的開口式鉛酸蓄電池,內(nèi)部有流動的電解液,充電、放電時會析出氣體和酸霧,內(nèi)部 酸溶液在使用運(yùn)輸過程容易溢出,污染環(huán)境,對使用者有一定的危險性,如酸液腐蝕衣服。灼傷皮膚,損毀設(shè)備等,而且由于充電時失水,電池需經(jīng)常加水維護(hù)(頻繁時一個月一次),使用不便。
　　
　?、诟灰菏矫饩S護(hù)蓄電池二十世紀(jì)七十年代,出現(xiàn)了富液式免維護(hù)蓄電池,采用鉛鈣合金,水分解的速度減小,在一定程度上解決了電池充電失水問題,蓄電池在 3-5 年的使用期限內(nèi),不需補(bǔ)加水,但蓄電池需要直立安裝,充電時仍有少量氣體和酸霧溢出,主要應(yīng)用于汽車等車輛啟動。
　　
　?、坶y控密封免維護(hù)蓄電池1971年, 美國 Gates 公司發(fā)明了吸液式超細(xì)玻璃棉隔板 (Absorbent Glass Mat)
　　
　　技術(shù),即閥控式蓄電池(VRLA)的 AGM 技術(shù)。該技術(shù)從實踐上解決了電池內(nèi)部氧氣的復(fù)合循壞問題,使鉛酸蓄電池實現(xiàn)了 100 多年來的密封、不漏液的夢想,結(jié)束了鉛蓄電池開口的時代,開創(chuàng)了鉛蓄電池發(fā)展歷史上的一個新的里程碑。閥控式密封免維護(hù)蓄電池,利用吸附式 AGM 隔板和氣體再化合原理,充電過程產(chǎn)生的氧氣,可以在電池內(nèi)部再化合為水,且采用密封結(jié)構(gòu),解決了電池漏酸、腐蝕、維護(hù)問題,電池性能大大提高。
　　
　　我國從九十年代開始研制和生產(chǎn)閥控式密封免維護(hù)蓄電池。閥控密封蓄電池可以任意位置安裝,由于沒有酸霧溢出,不污染環(huán)境,蓄電池可以與電子元器件安裝在一起,不需要單獨(dú)的電池房間。另外,蓄電池壽命可長達(dá) 20年。閥控密封蓄電池的另一種結(jié)構(gòu)是利用二氧化硅與稀硫酸形成凝膠電解液,使電解液成不流動狀態(tài),達(dá)到與 AGM 同樣的效果,即膠體電池。
　　
　　目前開口式鉛酸蓄電池由于環(huán)保和安全性問題,已被列為淘汰類產(chǎn)品。發(fā)行人生產(chǎn)的電池為閥控密封免維護(hù)蓄電池。
　　
     (2)鉛酸蓄電池主要用途

         經(jīng)過150 余年的發(fā)展,鉛酸蓄電池在理論研究方面,在產(chǎn)品種類及品種、產(chǎn)品電氣性能等方面都得到了長足的進(jìn)步,不論是在交通、通信、電力、 還是在航海、航空各個經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域,都起到了不可缺少的重要作用。
　　
　　目前鉛酸蓄電池行業(yè)的產(chǎn)品分類如下:

　
  　根據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會酸性電池分會和中國電池工業(yè)協(xié)會鉛酸蓄電池分會對 2012 年全國 39 家企業(yè)的匯總統(tǒng)計,39 家企業(yè)合計產(chǎn)量為 15,875.95萬 KVAh,其中汽車起動用電池、固定用電池、電力助力車用電池等各類電池的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)如下圖所示:

         如上圖所示,鉛酸蓄電池最大用途為電動助力車用,約占41%的比例,主要用于電動自行車、高爾夫球車及電動滑板車等動力源;其次是汽車啟動用,約占28%的比例;固定用電池約占 21%的比例,主要用于電信、電力、銀行、醫(yī)院 、商場及計算機(jī)系統(tǒng)的 UPS 備用電源、太陽能風(fēng)能儲能用等;電動道路車用約占5%的比例,主要用于電動汽車、電動摩托車的動力源;牽引用電池約占 2%的比例,主要用于各型電動叉車、搬運(yùn)車及井下隧道用電機(jī)車、移動設(shè)備的動力源;摩托車用約占 1%的比例,主要用于摩托車的啟動、點(diǎn)火和照明用電源;其他小型閥控密封蓄電池約占 1%的比例,主要用在應(yīng)急燈、電動玩具、精密儀器的動力源及計算機(jī)的備用電源。
　　
　　發(fā)行人從事固定型閥控式密封鉛酸蓄電池、動力用鉛酸蓄電池的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,目前所生產(chǎn)的鉛酸蓄電池主要用在電信及計算機(jī)系統(tǒng)的備用電源、太陽能風(fēng)能儲能電源以及電動自行車、電動摩托車等動力源。近年來，UPS電源蓄電池技術(shù)不斷發(fā)展，產(chǎn)品日臻成熟。起動電池結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化升級，免維護(hù)蓄電池廣泛使用、仍然是軍用、民用交通運(yùn)輸裝備的重要電源裝置，為我國成為世界主要汽車生產(chǎn)國起到重要支撐作用。閥控電池、膠體電池等作為備用電源、大型儲備電源的核心部件，其生產(chǎn)已成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。UPS電源蓄電池行業(yè)大有可為。

   UPS電源蓄電池的主要原料——鉛可回收反復(fù)使用，只要出臺廢舊電池回收的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，正確引導(dǎo)市場，就能夠有效解決我國有色金屬短缺、鉛污染等資源、環(huán)境諸多問題。因此，正確認(rèn)識蓄電池行業(yè)現(xiàn)狀、把握發(fā)展趨勢、有效解決其自身存在的問題，是循環(huán)利用資源、建設(shè)節(jié)約型社會，是向國民經(jīng)濟(jì)科學(xué)發(fā)展有效途徑。

    我國UPS電源蓄電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
    自加入WTO后，隨著國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)的拉動及國際電池生產(chǎn)廠商在華投資的增多，中國UPS電源蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，年增長速度超過30%以上。同時隨著國際市場需求的不斷增加，中國也成為了大的UPS電源蓄電池出口國之一。我國UPS電源蓄電池技術(shù)與國際水平差距不明顯，汽車電池處于先進(jìn)水平，動力用、電動自行車用電池技術(shù)接近先進(jìn)水平。
    經(jīng)過20多年的發(fā)展，免維護(hù)和密封蓄電池技術(shù)進(jìn)步取得了巨大成就，使UPS電源蓄電池不僅在交通運(yùn)輸、機(jī)房等傳統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且被廣泛應(yīng)用與太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、通信電源、電力變配電系統(tǒng)、鐵路、船舶通訊、起動、照明電源、UPS電源中。技術(shù)進(jìn)步推動了蓄電池行業(yè)的快速發(fā)展，使其成為新興的朝陽產(chǎn)業(yè)之一。但是由于UPS電源蓄電池主要原材料——鉛的價格在2004年下半年大幅度增長，并持續(xù)保持高價位運(yùn)行，UPS電源蓄電池的行業(yè)利潤呈下降趨勢。
    年來，隨著市場需求的變化，UPS電源蓄電池的生產(chǎn)方式及工藝不斷完善，制造水平不斷提升，電池比能量、循環(huán)壽命、性能一致性、使用安全性和環(huán)保性不斷提高。隨著電動自行車蓄電池等動力電源的發(fā)展，高溫固化技術(shù)發(fā)展較快。一般認(rèn)為高溫固化可以提高蓄電池的壽命近年來負(fù)極添加劑及配比也積累了大gesep.com量參數(shù)，并找出了一些有規(guī)律的經(jīng)驗。國內(nèi)對于其他先進(jìn)技術(shù)如卷繞式電池，雙極式，薄型電池板等還只是處于研究階段，沒有批量生產(chǎn)。
    從我國專利技術(shù)申報情況看，蓄電池行業(yè)在近幾年的總體技術(shù)發(fā)展防線是電池結(jié)構(gòu)改進(jìn)及電池型號開發(fā)。而國外專利技術(shù)則主要涉及現(xiàn)金的薄型電池板雙極式鉛電池、使用模塊結(jié)構(gòu)的密封電池和膠體電解液鉛電池。因此，我們的專利技術(shù)與國外還有一定差距。
    UPS電源蓄電池產(chǎn)業(yè)環(huán)?，F(xiàn)狀及存在的問題
    經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，我國UPS電源蓄電池行業(yè)已基本形成體系并呈快速發(fā)展趨勢，環(huán)保問題也取得了突破性進(jìn)展，目前，我國對鉛煙、鉛塵、硫酸霧和水的處理方法和技術(shù)已基本成熟，各大、中型UPS電源蓄電池廠家不斷加大技術(shù)改造力度，更新工藝設(shè)備，普遍采用環(huán)保高效率的濾筒式除塵器替代靜電除塵器，采用濕式除塵器凈化鉛煙，采用湍球式酸霧凈化塔進(jìn)行硫酸霧吸收處理，對含鉛酸廢水絮凝反應(yīng)處理，從技術(shù)上消除或減少污染物對環(huán)境的影響，生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境不斷改善，多數(shù)大、中型生產(chǎn)企業(yè)做到了清潔生產(chǎn)，有一部分通過了國家環(huán)境體系認(rèn)證。
    但是，由于以下幾個原因，蓄電池生產(chǎn)過程的污染問題沒有得到很好解決，特別是數(shù)量眾多的部分中型及小型企業(yè)生產(chǎn)過程的污染問題嚴(yán)重：生產(chǎn)廠家繁多、規(guī)模小，污染較嚴(yán)重、品質(zhì)參差不齊，一些不具備環(huán)保條件的作坊式工廠一哄而上，約四分之一的企業(yè)未經(jīng)環(huán)保審批擅自選址建設(shè)，污染防治設(shè)施不配套，生產(chǎn)沒有在嚴(yán)格的環(huán)保措施和工業(yè)安全衛(wèi)生條件下進(jìn)行，對操作者和生態(tài)環(huán)境造成了危害。生產(chǎn)許可證制度沒有嚴(yán)把清潔生產(chǎn)、環(huán)保設(shè)施達(dá)標(biāo)這一關(guān)口。雖然我國自2005年實行了生產(chǎn)許可證制度，但由于在審批和執(zhí)行中存在一些問題，并沒有真正促使生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，許多不達(dá)標(biāo)廠家都轉(zhuǎn)為合法化(目前發(fā)證企業(yè)已達(dá)930家)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。與環(huán)保相關(guān)的法律還存在許多不完善和不盡如人意的地方。針對污染企業(yè),環(huán)保等部門罰款數(shù)額是有限的，無法與企業(yè)污染造成的社會損失相提并論。另外，國家沒有指定保護(hù)大、中型蓄電池廠家的政策，且當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門也屬于對小型蓄電池廠家的管理，只重視對大中型企業(yè)的監(jiān)管，致使大中型企業(yè)排污費(fèi)、監(jiān)測費(fèi)、“三同時”評價費(fèi)等等負(fù)擔(dān)沉重。
    解決環(huán)保問題的關(guān)鍵舉措是全面實施電池回收政策
    我國正在積極推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)，廢舊蓄電池的90%可以回收利用，但是我國產(chǎn)業(yè)政策沒有給廢舊電池回收一個良好的發(fā)展空間，致使其成為長期困擾我國蓄電池發(fā)展的瓶頸。我國沒有一部廢舊UPS電源蓄電池回收管理的法定規(guī)范，全國未建立一家專業(yè)性廢舊UPS電源蓄電池回收公司，無一家專業(yè)再生鉛企業(yè)或蓄電池企業(yè)建立了全國性回收網(wǎng)絡(luò)和地區(qū)性回收網(wǎng)絡(luò)，整個回收工作處于分散經(jīng)營的無序狀態(tài)，廢UPS電源蓄電池的回收率不高。鉛回收的問題出現(xiàn)在不規(guī)范企業(yè)之中，整頓與加強(qiáng)管理勢在必行，國家有關(guān)部門應(yīng)盡快出臺政策，像取締小煤窯、小冶煉一樣，取締小的廢舊鉛回收企業(yè)。同時出臺政策鼓勵、扶持大型蓄電池生產(chǎn)廠家進(jìn)行廢舊電池回收利用。制約我國再生鉛行業(yè)發(fā)展因素主要有：第一，環(huán)保設(shè)備成本負(fù)擔(dān)重。企業(yè)技術(shù)先進(jìn)、環(huán)保設(shè)備齊全的企業(yè)經(jīng)營效益敵不過技術(shù)落后、污染嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)“小煉鉛”。第二，監(jiān)管力度不夠。沒有經(jīng)營許可證也在進(jìn)行再生鉛生產(chǎn)，治理整頓治標(biāo)不治本，一度關(guān)閉的“小煉鉛”風(fēng)聲一過，死灰復(fù)燃。第三，產(chǎn)業(yè)政策不利于正規(guī)企業(yè)的發(fā)展。賦稅過重也削弱了大型再生鉛企業(yè)加大環(huán)保治理的能力。
    我國UPS電源蓄電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢
    已有百余年歷史的UPS電源蓄電池由于材料廉價、工藝簡單、技術(shù)成熟、自放電低、免維護(hù)要求等特性，在未來幾十年里，依然會在市場中占主導(dǎo)地位，雖然起動用、動力用電池的市場空間可能會有拐點(diǎn)，在近期國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展中仍將占主流地位，中期也將占有一席之地，長期來看，在不需要高重量比能量的用途領(lǐng)域還將繼續(xù)存在。目前，其原有主要應(yīng)用領(lǐng)域如汽車用、摩托車用、備用電源用等在大幅增長，而且也在新的應(yīng)用領(lǐng)域如電動助力車用、游覽車用等得以發(fā)展，閥控式電池技術(shù)的發(fā)展，滿足了高科技如UPS、電力、通信等設(shè)備用電源的需要。由于鉛酸電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得電動助力車產(chǎn)業(yè)獲得巨大發(fā)展，并對減少燃油汽車和燃油摩托車的污染做出了貢獻(xiàn)。免維護(hù)技術(shù)、拉網(wǎng)板柵技術(shù)的發(fā)展，滿足了汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求?？梢哉f在這些應(yīng)用領(lǐng)域中UPS電源蓄電池的技術(shù)進(jìn)步對提高國家競爭力做出了實實在在的貢獻(xiàn)。
    電動工具、電動自行車等行業(yè)對小型移動電源的需求刺激了動力電池產(chǎn)業(yè)的快速增長。電動自行車所配置的電池大部分是閥控密封UPS電源蓄電池，經(jīng)過性能改進(jìn)，在比能量和循環(huán)壽命方面有所突破，但目前為止都還存在著在中、高速率比能量不夠高、深循環(huán)壽命不夠長等缺點(diǎn)，在很大程度上影響了電動自行車行業(yè)的高速成長。

    電動自行車作為欠發(fā)達(dá)國家的代步工具，近年來發(fā)展迅速，特別是我國。由2000年的29萬輛發(fā)展到2005年的1209萬輛，年平均增長率達(dá)到了174%?？梢灶A(yù)料，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，電動助力車用蓄電池產(chǎn)品將會蓬勃發(fā)展。我國電動自行車的動力電池95%以上采用UPS電源蓄電池。2006年電動自行車電池的市場容量有40-50億元，到2015年中國電動車的產(chǎn)值將達(dá)到1000億元，其中配套電池160億元。二級市場的替換電池達(dá)480億元，這是一個巨大的市場。

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