UPS蓄电池应用及工作原理你了解吗，UPS蓄电池有哪些优缺点？
来源：宝鄂实业
2019-04-18 18:49
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蓄电池的种类一般可分为阀控式密封铅酸蓄电池、胶体电池等。UPS要求所选用的蓄电池必须具有在短时间内输出大电流的特性。目前，在线运行的蓄电池基本上是这两种，不属于铅酸蓄电池。
机房UPS蓄电池
1、阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)
因其体积较小、密封性能好、绝少维护而被广泛应用于各类UPS电源中。VRLA防止电池内部电解液流动有两种技术方法:一种是将硫酸电解液与SiO2，胶体混合后充满电池内部，制成胶体电池(简称GEL)。这类产品产量较低，约占VRLA电池总量的15%!。(MISSING)另一种是利用超细玻璃棉将电解液不饱和地吸附住，制成吸液式电池或贫液式电池(简称AGM)。由于后者具有较好的大电流放电性能，在UPS系统中较多采用，国内厂家也大多生产AGM蓄电池。
2、胶体电池
胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类，最简单的做法，是在硫酸中添加胶凝剂，使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。广义而言，胶体电池与常规铅酸电池的区别不仅仅在于电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体，从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如在板栅中结附高分子材料，俗称陶瓷板栅，亦可视作胶体电池的应用特色。近期已有实验室在极板配方中添加一种靶向偶联剂，大大提高了极板活性物质的反应利用率，据非公开资料表明可达到70wh/kg的重量比能量水平，这些都是现阶段工业实践及有待工业化的胶体电池的应用范例。胶体电池与常规铅酸电池的区别，从最初理解的电解质胶凝，进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究，以及在板栅和活性物质中的应用推广。其最重要的特点为：用较小的工业代价，沿已有150年历史的铅酸电池工业路子制造出更优质的电池，其放电曲线平直，拐点高，比能量特别是比功率要比常规铅酸电池大20%!以(MISSING)上，寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右，高温及低温特性要好得多。
1、电池行业发展概况
电池制造业在我国既是传统产业，又是新能源产业的重要组成部分，与新能源汽车、可再生能源、现代电子信息、新材料、装备制造等多个战略性新兴产业关联紧密，电池制造业也是我国国民经济建设中最重要的基础性产业，关系国计民生和建成小康社会的基础;电池产品在适应我国新形势下的国民经济发展，保障国防战略需要，满足大众工作、生活消费多样化需求等方面，具有广泛的应用领域和十分重要的作用。电池包括物理电池和化学电池。物理电池是利用物理效应，将太阳能、热能或核能直接转换成直流电能的装置，如太阳能电池、温差发电器、核电池等;化学电池是一种将化学能直接转变成直流电能的装置， 如铅酸蓄电池、锂离子电池、锌锰电池等。在电池中，化学电池是最主要的电池。化学电池按是否可以循环使用，分为一次电池和二次电池两大类。其中，一次电池是活性物质仅能使用一次的电池， 又称原电池， 如锌锰电池， 碱锰电池等;二次电池可充电、循环使用，又称蓄电池。蓄电池利用电池内活性物质在放电状态下发生化学反应输出电流，在充电状态下发生逆向化学反应储存电能。
蓄电池按电极材料和工作原理的不同，主要分为铅酸蓄电池、锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池等四大类。其中，铅酸蓄电池具有性价比高、容量大、功率高、寿命长、安全可靠等优点，是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池;锂离子电池凭借能量密度高的优势也占据一定的市场份额。
2、铅酸蓄电池概述
(1)铅酸蓄电池的构成和工作原理
铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、塑料槽等组成。铅酸蓄电池正极活性物质为二氧化铅(PbO2)，负极活性物质是铅(Pb)，电解液是稀硫酸，正负极之间由隔板隔开，电解液中的离子可以通过隔板中的微孔，电极上的电子不能通过隔板。铅酸蓄电池放电后， 正极板的活性物质二氧化铅(PbO2)转化成硫酸铅(PbSO4)附着在正极板上，负极活性物质铅(Pb)也转化成硫酸铅(PbSO4)附着在负极上， 电解液中的硫酸扩散到极板中去， 电解液的浓度降低。 铅酸蓄电池在充电时，发生相反的反应。通过充电、放电反应，铅酸蓄电池可以反复使用，直到储存的容量达不到电器的要求时，寿命终止。
铅酸蓄电池单格电池(又称单体电池)的标准电压是 2V。为满足用电器高电压的需要，电池常通过串联组合成 6V、12V 等电池组;为满足用电器高容量需要，常通过增加极板面积或将相同极板并联焊成极群来实现。将完全处于充电状态的电池，按一定放电条件，放电到所规定电压时所释放出的电量称为电池的容量，单位一般用安培小时(简称安时，用“Ah”表示)。电池释放电量的能力称为能量，为电池的容量乘以平均放电电压，通常用伏安时(VAh)或千伏安时(kVAh)表示。
(2)铅酸蓄电池的发明
1799 年伏打(Alessandro Volta)用锌片与铜片夹以盐水浸湿的纸片组装成电堆;1836 年，丹尼尔(John Frederic Daniell)利用伏打电堆的工作原理制成了第一个实用电池，标志着化学电池进入生产和生活中，但铜锌体系的电池用完后不能充电供重复使用，阻碍了其更广泛地应用。1801 年，戈特洛(Nicolas Gautherot)在实验中用伏打电堆和两根铂丝电解盐水产生氢气和氧气，在其撤走电源并将两根铂丝直接接触时，出现了短时间的反向电流(当时也被称为二次电流，今称放电电流)，但电流维持的时间太短，没有实用价值。1802 年里特(Johann Wilhelm Ritter)用伏打电堆向一叠夹以盐水浸湿纸片的铜片进行充电，在撤走电源后，其发现两片铜片之间存在 0.3V的电压; 之后再用金属铅、 锡和铜替代铜片进行了实验， 均测到了不同的电压值。1854 年德国科学家辛斯特登(Wilhelm Joseph Sinsteden)在使用多种电池进行研究时，认识到浸没在硫酸中的铅电极具有一定的储能容量，即对电极充电之后可以向负载供电，并报道了其能量密度，但其未意识到这一发现的重要价值。1859 年，普兰特(Raymond Gaston Plante)独立于辛斯特登发现并报道了从浸在硫酸溶液中并充电的一对铅板， 在撤去充电电流并加上负载后可以得到有效的放电电流，这个体系的放电电流在诸多电极-电解液体系中可以维持最长的时间，并且电压也最高。普兰特根据这一原理设计了具有实用价值的蓄电池，并在 1860 年向法国科学院展示了这一可充电电池，这标志着第一个可以重复使用的电池问世。1870 年，发电厂开始使用直流发电机，并引入铅酸蓄电池进行负载调峰，即在晚上充电，白天供电。1879 年爱迪生(Thomas Edison)发明了白炽灯，让电力走进千家万户，同时激发了用户在输电线架设不到的地方使用电源的需求，这正是铅酸蓄电池的应用场合。限于制造工艺，当时铅酸蓄电池还无法大规模生产，但越来越多的研究者已开始参与铅酸蓄电池的研究。从此，铅酸蓄电池开始处于因市场需求而促进其研发的状态，人们对它进行不断地研究和改进，使其得到极大地发展。铅酸蓄电池是迄今发展时间最长，技术最成熟的电池技术。
