Qu'est-ce que la batterie au plomb ? - Guide ultime

Mener Les batteries à l'acide sont l'une de nos batteries les plus couramment utilisées. Avec une histoire de 150 ans de développement, les batteries au plomb ont joué un rôle indispensable dans les transports, les communications, l'énergie électrique, l'armée, la navigation et l'aviation.

Dans cet article, je vais vous donner une compréhension approfondie de la structure, des avantages et des inconvénients des batteries au plomb et résumer les méthodes d'utilisation correcte des batteries au plomb pour prolonger la durée de vie de la batterie.

Croyez-moi, ce guide ultime vous aidera à tirer le meilleur parti de votre batterie au plomb !

 

Présentation de la batterie au plomb

La batterie au plomb (VRLA) est une batterie dont les électrodes sont principalement constituées de plomb et de ses oxydes, et l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique.

Dans l'état de décharge des batteries au plomb, le composant principal de l'électrode positive est le dioxyde de plomb et le composant principal de l'électrode négative est le plomb. À l'état chargé, les composants principaux des électrodes positive et négative sont le sulfate de plomb.

La tension nominale d'une batterie au plomb à une seule cellule est de 2,0 V, qui peut être déchargée à 1,5 V et chargée à 2,4 V. Dans les applications, six batteries au plomb à une cellule sont souvent connectées en série pour former une batterie au plomb nominale de 12 V, il y a 24 V, 36 V, 48 V et ainsi de suite.

 

Principe de fonctionnement

L'électrode positive (PbO2) et une électrode négative (Pb) dans la batterie plomb-acide sont immergées dans l'électrolyte (acide sulfurique dilué), et 2V de puissance seront générés entre les deux électrodes.

Réaction de charge : PbSO4 + 2H2O + PbSO4=PbO2 + 2H2SO4 + Pb

Dréaction de décharge: PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4

 

Structure de la composition

les pièces	Matériel	Les fonctions
Électrode positive	L'électrode positive est une clôture en alliage plomb-antimoine-calcium, qui contient de l'oxyde de plomb comme matériau actif	Assurer une capacité suffisante. Maintenez la capacité de la batterie pendant une utilisation à long terme et réduisez l'autodécharge.
Électrode négative	Clôture en alliage plomb-antimoine-calcium d'électrode négative, contenant un matériau actif en fibre de type éponge	Assurer une capacité suffisante. Maintenez la capacité de la batterie pendant une utilisation à long terme et réduisez l'autodécharge.
Cloison	Le séparateur AGM microporeux avancé conserve l'électrolyte et empêche les courts-circuits entre les électrodes positives et négatives.	Prévenir les courts-circuits positifs et négatifs. Maintenir l'électrolyte. Empêchez le matériau actif de tomber de la surface de l'électrode.
Électrolyte	Dans la réaction électrochimique de la batterie, l'acide sulfurique agit comme électrolyte pour conduire les ions.	Permet aux électrons de se transférer entre les matériaux actifs positifs et négatifs de la batterie.
Logement et Couverture	Sauf indication contraire, la coque et le couvercle sont en résine ABS	Prévoyez de l'espace pour les clôtures combinées positives et négatives de la batterie.
Soupape de sécurité	Fabriqué en caoutchouc synthétique de haute qualité résistant aux acides et au vieillissement.	Lorsque la pression interne de la batterie est supérieure à la pression normale, le gaz est libéré pour maintenir la pression normale Empêcher l'oxygène d'entrer.
Terminal	Selon la batterie, les bornes positives et négatives peuvent être des languettes, des tiges, des goujons ou des fils conducteurs.	Les bornes scellées facilitent la décharge de courant élevé et une longue durée de vie.

 

Avantages des batteries au plomb

(1) Avantage comparatif de performance

À l'heure actuelle, les batteries secondaires industrialisées à grande échelle comprennent principalement des batteries au plomb, des batteries au nickel-cadmium, des batteries au nickel-hydrogène et des batteries au lithium-ion. Les batteries au nickel-cadmium contiennent du cadmium, un élément hautement toxique, et ont été progressivement remplacées par d'autres batteries.

Actuellement, les batteries les plus utilisées sur le marché sont les batteries plomb-acide, les batteries lithium-ion et les batteries nickel-hydrogène.

Par rapport aux autres batteries secondaires, les batteries au plomb présentent les avantages comparatifs suivants en termes de performances : Par rapport aux autres batteries secondaires, les batteries au plomb présentent les avantages comparatifs suivants en termes de performances :

1. La batterie avec le temps de production industrialisé le plus long et la technologie la plus mature a des performances stables, une fiabilité et une bonne applicabilité.
2. L'acide sulfurique dilué est utilisé comme électrolyte, qui est ininflammable. La batterie est conçue avec une pression normale ou basse pression, ce qui est sûr.
3. La tension de fonctionnement est élevée et la plage de température de fonctionnement est large, ce qui convient aux applications de décharge à haut débit telles que les véhicules électriques hybrides (HEV).
4. Il peut être utilisé pour la charge flottante et offre d'excellentes performances de charge et de décharge peu profondes. Il convient à l'alimentation sans interruption (UPS), au nouveau stockage d'énergie, à l'écrêtage des pics du réseau électrique et au remplissage des vallées et à d'autres domaines.
5. La technologie des batteries de grande capacité est mature et peut être transformée en milliers de batteries d'ampères-heures, ce qui facilite le stockage d'énergie à grande échelle.

 

(2) Avantage comparatif des coûts

Les batteries au plomb sont les batteries secondaires les moins chères et le prix par unité d'énergie est d'environ 1/3 des batteries lithium-ion ou des batteries nickel-hydrogène.

De plus, les principaux composants des batteries au plomb sont le plomb et les composés de plomb. La teneur en plomb est aussi élevée que 60% de la masse totale de la batterie. La valeur résiduelle des batteries usagées est élevée, et le prix du recyclage dépasse 30% de batteries neuves.

Par conséquent, le coût global des batteries au plomb est inférieur.

 

(3) Avantage comparatif du recyclage

Les batteries au plomb ont une composition simple, une technologie de régénération mature et une valeur de recyclage élevée. Ce sont les batteries les plus faciles à réaliser en matière de recyclage et de recyclage.

La production mondiale de plomb recyclé a dépassé celle du plomb primaire, le taux de recyclage des déchets de batterie plomb-acide aux États-Unis a dépassé 98,51 TP3T, et le taux de recyclage des déchets de batterie plomb-acide dans mon pays a également atteint plus de 90%.

Les batteries nickel-cadmium et les batteries nickel-hydrogène sont pour la plupart de petites batteries avec des compositions complexes, des coûts de régénération élevés et un recyclage difficile. Il est difficile pour l'industrie du recyclage de réaliser des opérations orientées vers le marché. Le taux de recyclage moyen mondial est inférieur à 20%.

 

Inconvénients des batteries au plomb

(1) Faible densité d'énergie

La densité d'énergie massique et volumique des batteries plomb-acide traditionnelles est faible, la densité d'énergie n'est que d'environ 1/3 des batteries lithium-ion, environ 1/2 de celle des batteries nickel-hydrogène, et le volume est relativement important, donc il ne convient pas aux occasions légères et de petit volume.

 

(2) Cycle de vie court

La durée de vie des batteries plomb-acide traditionnelles est courte et le nombre de cycles théorique est d'environ 1/3 de celui des batteries lithium-ion.

Il reste encore beaucoup à faire pour améliorer durée de vie des batteries au plomb, en particulier les batteries au plomb avec de nouveaux matériaux, de nouvelles structures et de nouvelles technologies, comme les batteries au plomb bipolaires et les batteries au plomb-carbone.

 

(3) Il existe un risque de pollution au plomb dans la chaîne industrielle

Le plomb est la principale matière première des batteries plomb-acide. Le plomb représente plus de 60% de la masse de la batterie. Les batteries plomb-acide mondiales utilisent plus de 80% du plomb total.

Le plomb est un métal lourd et il existe un risque élevé de pollution par le plomb dans l'acide plombique. fabrication de batteries chaîne industrielle. Une mauvaise gestion entraînera une pollution de l’environnement et nuira à la santé humaine.

 

Plusieurs méthodes de charge des batteries au plomb

(1) Méthode de charge à courant constant

Le courant de charge reste constant pendant le processus de charge, qui est appelé méthode de charge à courant constant, appelée méthode de charge à courant constant ou méthode de charge à courant égal.

Pendant le processus de charge, à mesure que la tension de la batterie augmente progressivement, le courant de charge diminue progressivement. Afin d'empêcher le courant de charge de diminuer en raison de l'augmentation de la tension aux bornes de la batterie, le processus de charge doit augmenter progressivement la tension d'alimentation pour maintenir le courant de charge. Le degré d'automatisation de l'équipement de charge est relativement élevé et l'équipement de charge simple et simple ne peut pas répondre aux exigences d'une charge à courant constant.

Méthode de charge à courant constant, dans le cas du courant de charge maximal autorisé de la batterie, plus le courant de charge est élevé, plus le temps de charge est court.

En termes de temps, il est avantageux d'utiliser cette méthode. Cependant, si le courant de charge reste inchangé à la dernière étape de la charge, à ce moment, puisque la majeure partie du courant est utilisée pour l'électrolyse de l'eau, la solution d'électrolyte semblera bouillir en raison d'un trop grand nombre de bulles, ce qui non seulement consomme de l'énergie électrique. , mais provoque également facilement la chute d'une grande quantité de substances actives sur la plaque, entraînant une température élevée. La montée est trop élevée, ce qui fait plier la plaque, la capacité chute rapidement et elle est mise au rebut à l'avance.

Par conséquent, cette méthode de charge est rarement utilisée.

 

(2) Méthode de charge à tension constante

Dans le processus de charge, la tension de charge reste constante tout le temps, ce qui est appelé méthode de charge à tension constante, en abrégé méthode de charge à tension constante ou méthode de charge à pression égale.

Étant donné que la charge à tension constante commence à un stade ultérieur, la tension d'alimentation est toujours maintenue constante, de sorte que le courant de charge est assez important au début de la charge, ce qui dépasse largement la valeur normale du courant de charge.

Cependant, à mesure que la charge progresse, la tension aux bornes de la batterie au plomb augmente progressivement et le courant de charge diminue progressivement. Lorsque la tension aux bornes de la batterie au plomb est égale à la tension de charge, le courant de charge est réduit à un minimum voire nul.

On peut voir que l'avantage d'utiliser la méthode de charge à tension constante est qu'elle peut éviter la perte du matériau actif de la plaque et la perte d'énergie électrique causée par le courant de charge excessif dans la dernière étape de la charge.

Mais son inconvénient est que lorsque la charge vient de commencer, le courant de charge est trop important, et le changement de volume et le rétrécissement du matériau actif de l'électrode sont trop rapides, ce qui affecte la résistance mécanique du matériau actif et le fait tomber.

Et dans la dernière étape de la charge, le courant de charge est trop faible, de sorte que le matériau actif dans la partie profonde de la plaque ne peut pas obtenir la réaction de charge, ce qui entraîne une charge insuffisante à long terme, ce qui affecte la durée de vie de la batterie.

Par conséquent, cette méthode de charge ne convient généralement qu'à des occasions spéciales où il n'y a pas d'équipement de distribution d'énergie ou où l'équipement de charge est relativement simple, comme les batteries au plomb sur les automobiles et les petits batteries au plomb de type pile sèche.

Lorsque vous utilisez la méthode de charge à pression égale pour charger la batterie au plomb, la tension d'alimentation requise : chaque batterie unique acide est d'environ 2,4 à 2,8 V, et chaque pile alcaline est d'environ 1,6 à 2,0 V.

 

(3) Charge à tension constante avec résistance fixe

Une méthode adoptée pour remédier aux inconvénients de la charge à tension constante.

Autrement dit, une résistance est connectée en série entre le chargeur source d'alimentation et la batterie, de sorte que le courant au stade initial de la charge puisse être ajusté.

Mais parfois, le courant de charge maximal est limité, donc au fur et à mesure que le processus de charge progresse, la tension de la batterie augmente progressivement, mais le courant diminue presque linéairement.

Parfois, deux valeurs de résistance sont utilisées, passant de bas à haut à environ 2,4 V pour réduire le dégazage.

 

(4) Méthode de charge à courant égal par étape

Combinant les caractéristiques des méthodes de charge à courant constant et à tension constante.

Les batteries au plomb utilisent un courant plus important au stade initial de la charge, puis utilisent un courant plus petit après un certain temps et passent à un courant plus petit au stade ultérieur de la charge, c'est-à-dire la méthode de charge à courant constant avec différents courants à différents stades est appelé charge constante de stade. méthode de charge de flux.

Le temps de charge requis par la méthode de charge à courant égal est court et l'effet de charge est également bon. Etant donné qu'une charge avec un courant plus faible est utilisée dans l'étape ultérieure de charge, l'érosion du matériau actif sur la plaque par les bulles d'air est réduite, et la perte du matériau actif est réduite.

Cette méthode de charge peut prolonger la durée de vie de la batterie, économiser de l'énergie électrique et charger complètement, c'est donc une méthode de charge couramment utilisée à l'heure actuelle.

Généralement, le premier étage de la batterie est chargé avec un courant de 10h et le deuxième étage est chargé avec un courant de 20h. La durée du temps de charge à chaque étape, les exigences spécifiques et les normes des différentes batteries sont différentes.

 

(5) Méthode de charge flottante

Les batteries au plomb utilisées par intermittence, ou uniquement pendant les pannes de courant alternatif, sont chargées par charge d'entretien.

Les batteries au plomb fixes utilisées dans certaines occasions spéciales sont généralement chargées par charge flottante.

Le principal avantage de la méthode de charge flottante est qu'elle peut réduire le taux de gazage de la batterie et éviter la surcharge.

Dans le même temps, étant donné que la batterie est connectée en parallèle avec l'alimentation en courant continu, la batterie au plomb produit instantanément un courant important lorsque l'équipement électrique utilise un courant important, ce qui aide à stabiliser la tension du système d'alimentation, et l'équipement électrique consomme normalement de l'électricité.

L'inconvénient de la méthode de charge flottante est que les batteries au plomb individuelles sont déséquilibrées et sous-chargées, de sorte qu'une charge d'égalisation régulière est nécessaire.

 

Facteurs affectant la durée de vie des batteries au plomb

1. Profondeur de décharge

Le profondeur de décharge est la mesure dans laquelle la décharge commence à s'arrêter pendant l'utilisation. Les considérations de conception se concentrent sur l’utilisation en cycle profond, l’utilisation en cycle peu profond ou l’utilisation de charge flottante.

Si une batterie à cycle peu profond est utilisée pour une utilisation à cycle profond, la batterie au plomb échouera rapidement. Et plus la profondeur de décharge est profonde, plus sa durée de vie est courte.

2. Degré de surcharge

Une grande quantité de gaz est libérée lors de la surcharge. A ce moment, la matière active de la plaque positive est impactée par le gaz, et cet impact va favoriser le délestage de la matière active.

De plus, l'alliage de grille positif est également soumis à une oxydation et à une corrosion anodiques sévères, de sorte que la durée de vie sera raccourcie lorsque la batterie est surchargée.

3. L'influence de la température

La durée de vie de la batterie au plomb augmente avec la température.

Entre 10°C et 35°C, chaque augmentation de 1°C augmentera d'environ 5-6 cycles ; entre 35°C et 45°C, chaque augmentation de 1°C peut prolonger la durée de vie de plus de 25 cycles ; La durée de vie de l'électrode négative est réduite en raison de la perte de capacité de vulcanisation.

La durée de vie de la batterie augmente avec la température dans une certaine plage de température car la capacité augmente avec la température.

Si la capacité de décharge reste la même, la profondeur de décharge diminue lorsque la température augmente et la durée de vie solide est prolongée.

4. L'influence de la concentration d'acide sulfurique

L'augmentation de la densité d'acide est bénéfique pour la capacité de la plaque positive.

Mais cela augmente également l'autodécharge de la batterie et la corrosion de la grille, ce qui favorise le desserrage et la chute du dioxyde de plomb.

Par conséquent, comme la densité du acide utilisé dans les batteries au plomb augmente, la durée de vie diminue.

5. Influence de la densité de courant de décharge

Lorsque la densité de courant de décharge augmente, la durée de vie de la batterie diminue.

Parce que dans les conditions de densité de courant élevée et de concentration d'acide élevée, le dioxyde de plomb de l'électrode positive se desserre et tombe.

 

Conseils d'entretien pour les batteries au plomb

Chargement rapide

Les batteries au plomb n'ont pas de mémoire et la réduction rapide de la capacité est principalement due à certaines raisons telles que la vulcanisation de la batterie au plomb, la "perte d'eau" et la "perte de puissance".

La capacité de la batterie est réduite et la plaque d'électrode est sollicitée par le courant fort (courant de démarrage) pendant la décharge, et la contrainte de la plaque d'électrode est un dommage physique à la batterie, qui ne peut pas être réparé.

Par conséquent, il est inévitable de s'assurer que la batterie au plomb a une tension suffisante à tout moment.

 

Faites le plein d'eau distillée régulièrement

Les utilisateurs pensent généralement que les batteries au plomb sans entretien n'ont pas besoin d'ajouter d'eau, mais cette affirmation est fausse.

Les batteries au plomb génèrent de la chaleur pendant la charge et la décharge à haute intensité, et l'eau s'évapore lorsqu'il y a de la chaleur.

Bien que le processus d'évaporation de l'eau soit très lent, la quantité cumulée d'eau évaporée au fil du temps ne peut être sous-estimée.

Par conséquent, la batterie au plomb doit être remplie d'eau tous les 6 mois environ, afin que la durée de vie de la batterie soit prolongée.

 

Cycle profond régulier

Les batteries au plomb auront inévitablement des substances actives qui couleront après avoir été utilisées pendant un certain temps. Si ces substances actives ne sont pas activées à temps, cela aura un impact sur la capacité de la batterie.

Par conséquent, lors de l'utilisation fréquente de véhicules électriques, il est nécessaire de décharger profondément la batterie au plomb une fois par trimestre.

 

Bon chargeur

Pour les nouvelles batteries au plomb, le processus de charge prend généralement 6 à 8 heures et le chargeur s'allume en vert lorsqu'il est complètement chargé.

Si le temps de charge est trop long, vérifiez si le dispositif de protection de tension du chargeur est endommagé et remplacez le chargeur à temps, sinon la batterie sera facilement endommagée.

De plus, n'achetez pas de chargeur rapide pour le chargeur, car une charge rapide endommagera également les plaques de la batterie au plomb.

 

Empêcher l'excès de soleil

Un ensoleillement excessif augmentera la température de la batterie et réduira considérablement sa durée de vie.

 

Inspection et nettoyage

Si la batterie au plomb n'est pas nettoyée à temps, cela affectera facilement la durée de vie et l'effet d'électrification de la batterie.

La réaction d'oxydation se produit facilement entre le pôle et le mandrin de cette batterie plomb-acide, et corrode même les pièces métalliques au niveau du mandrin.

Par conséquent, veillez à vérifier si le pôle et le mandrin sont bien connectés, s'il y a de la corrosion et des brûlures, si le trou d'aération est bloqué, si l'électrolyte est réduit, etc., et traitez-le à temps.

 

Application de la batterie au plomb

Alimentation de secours

• Télécommunications.
• Système solaire.
• Système de commutation électronique.
• Équipement de communication : station de base, PBX, CATV, WLL, ONU, STB, téléphone sans fil, etc.
• Alimentation de secours : UPS, ECR, système de secours informatique, Séquence, ETC, etc.
• Équipement d'urgence : éclairages de secours, alarmes incendie et cambriolage, portes coupe-feu

Alimentation principale

• Matériel de communication : émetteur-récepteur.
• Locomotives électriques à commande : véhicules de collecte, véhicules de transport automatiques, fauteuils roulants électriques, robots de nettoyage, véhicules électriques, etc.
• Démarreurs de machines-outils : tondeuses à gazon, taille-haies, perceuses sans fil, pilotes électriques, traîneaux électriques, etc.
• Équipement industriel/Instrument.
• Appareil photo : flash, magnétoscope/magnétoscope, lampe de film, etc.

 

Résumer

Par rapport à d'autres batteries, le plus grand avantage des batteries au plomb est la technologie mature, de sorte que le coût est également faible et qu'elles occupent une position importante dans divers domaines. Mais comme notre demande actuelle en électricité augmente, il n'est plus possible de se fier uniquement aux batteries au plomb.

Aujourd'hui, les batteries lifepo4 ont franchi le siège. Avec de meilleures performances, vie, sécurité, et la protection de l'environnement, elles sont de loin supérieures aux batteries au plomb. Ce sont les seules batteries capables remplacer Les batteries au plomb au cours des 150 dernières années sont devenues le leader de l'industrie et sont largement utilisées.

Alors, quelles sont les différences entre les batteries lifepo4 et les batteries au plomb ? Lire l'article "Batterie Lifepo4 VS batterie au plomb" pour apprendre plus.

 

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