鉛蓄電池とは- 究極のガイド
鉛 酸電池は、最も一般的に使用される電池の 1 つです。 150 年の開発の歴史を持つ鉛蓄電池は、輸送、通信、電力、軍事、ナビゲーション、航空において不可欠な役割を果たしてきました。
この記事では、鉛蓄電池の構造、長所と短所を深く理解し、鉛蓄電池を正しく使用してバッテリーの寿命を延ばす方法をまとめます。
この究極のガイドは、鉛蓄電池を最大限に活用するのに役立ちます!
鉛蓄電池の概要
鉛蓄電池（VRLA）は、電極が主に鉛とその酸化物でできており、電解液が硫酸溶液である電池です。
鉛蓄電池の放電状態では、正極の主成分は二酸化鉛であり、負極の主成分は鉛です。充電状態では、正極と負極の主成分は硫酸鉛です。
単セル鉛蓄電池の公称電圧は 2.0V で、1.5V まで放電し、2.4V まで充電できます。アプリケーションでは、6 つの単セル鉛蓄電池を直列に接続して公称 12V の鉛蓄電池を形成することがよくあります。24V、36V、48V などがあります。
動作原理
鉛蓄電池の正極（PbO2）と負極（Pb）を電解液（希硫酸）に浸し、両電極間に2Vの電力を発生させます。
充電反応: PbSO4 + 2H2O + PbSO4=PbO2 + 2H2SO4 + Pb
D放電反応: PbO2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2H2O + PbSO4
構成構造
| 部品 | 材料 | 機能 |
| 正極 | 正極は、活物質として酸化鉛を含む鉛-アンチモン-カルシウム合金フェンスです。 |
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| 負極 | スポンジ状繊維活物質含有負極鉛-アンチモン-カルシウム合金柵 |
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| パーティション | 高度な微孔性 AGM セパレーターが電解質を保持し、正と負の電極間の短絡を防ぎます。 |
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| 電解質 | バッテリーの電気化学反応では、硫酸がイオンを伝導する電解質として機能します。 |
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| ハウジングとカバー | 特に指定のない限り、シェルとカバーはABS樹脂製です。 |
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| 安全弁 | 高品質の耐酸性および耐老化性合成ゴム製。 |
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| 「ターミナル」 | バッテリーに応じて、プラス端子とマイナス端子はタブ、ロッド、スタッド、またはリード線になります。 |
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鉛蓄電池の利点
(1) 性能比較優位
現在、大規模な工業化された二次電池には、主に鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池が含まれます。ニッケルカドミウム電池には毒性の強いカドミウムが含まれており、徐々に他の電池に置き換わってきました。
現在、市場で最も広く使用されている電池は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池です。
他の二次電池と比較して、鉛蓄電池には次の比較優位があります。 他の二次電池と比較して、鉛蓄電池は次の比較優位があります。
- 工業化された生産時間が最も長く、最も成熟した技術を備えたバッテリーは、安定した性能、信頼性、および優れた適用性を備えています。
- 電解液には不燃性の希硫酸を使用しています。バッテリーは安全な常圧または低圧で設計されています。
- 使用電圧が高く、使用温度範囲が広いため、ハイブリッド電気自動車（HEV）などの高率放電用途に適しています。
- フローティング充電が可能で、浅充電・浅放電性能に優れています。無停電電源装置 (UPS)、新しいエネルギー貯蔵、電力網のピーク シェービングとバレー フィリングなどの分野に適しています。
- 大容量バッテリー技術は成熟しており、数千アンペア時のバッテリーを作ることができるため、大規模なエネルギー貯蔵に便利です。
(2) コスト比較優位
鉛蓄電池は二次電池の中で最も安価で、単位エネルギー当たりの価格はリチウムイオン電池やニッケル水素電池の約1/3です。
さらに、鉛蓄電池の主成分は鉛と鉛化合物です。鉛の含有量は、バッテリーの総質量の 60% にもなります。使用済みバッテリーの残存価値は高く、リサイクル価格は新品バッテリーの30%を超えています。
したがって、鉛蓄電池の総合コストは低くなります。
(3) リサイクルの比較優位性
鉛蓄電池は、単純な構成、成熟した再生技術、および高いリサイクル価値を備えています。リサイクル・リサイクルを実現しやすい電池です。
リサイクルされた鉛の世界的な生産量は、一次鉛の生産量を上回り、米国における廃鉛蓄電池の鉛のリサイクル率は 98.5% を超え、私の国の廃鉛蓄電池のリサイクル率も90%。
ニッケルカドミウム電池とニッケル水素電池は、ほとんどが小型の電池で、組成が複雑で、再生コストが高く、リサイクルが困難です。リサイクル業界が市場志向のオペレーションを達成することは困難です。世界の平均リサイクル率は 20% 未満です。
鉛蓄電池のデメリット
(1) 低エネルギー密度
従来の鉛蓄電池の質量および体積エネルギー密度は低く、エネルギー密度はリチウムイオン電池の約 1/3、ニッケル水素電池の約 1/2 にすぎず、体積は比較的大きいため、軽量で少量の用途には適していません。
(2) 短いサイクル寿命
従来の鉛蓄電池のサイクル寿命は短く、理論上のサイクル数はリチウムイオン電池の約 1/3 です。
まだまだ改善の余地はたくさんありますが、 鉛蓄電池のサイクル寿命、特に双極鉛蓄電池や鉛炭素電池など、新しい材料、新しい構造、新しい技術を備えた鉛蓄電池。
(3) 産業チェーンにおける鉛汚染のリスクがある
鉛は鉛蓄電池の主原料です。鉛はバッテリー質量の 60% 以上を占めています。世界の鉛蓄電池は、総鉛の 80% 以上を使用しています。
鉛は重金属であり、鉛酸では鉛汚染のリスクが高くなります。 電池製造 産業チェーン。不適切な管理は環境汚染を引き起こし、人の健康に悪影響を及ぼします。
鉛蓄電池を充電するいくつかの方法
(1) 定電流充電方式
充電中の充電電流は一定であり、定電流充電方式と呼ばれ、定電流充電方式または等電流充電方式と呼ばれます。
充電プロセス中、バッテリー電圧が徐々に上昇するにつれて、充電電流は徐々に減少します。バッテリ端子電圧の上昇によって充電電流が減少しないようにするには、充電プロセスで電源電圧を徐々に上げて充電電流を維持する必要があります。充電設備の自動化度は比較的高く、シンプルでシンプルな充電設備は定電流充電の要件を満たすことができません。
定電流充電方式は、バッテリーの最大許容充電電流の場合、充電電流が大きいほど充電時間が短くなります。
時間的には、この方法が有利です。しかし、充電後期になっても充電電流が変わらない場合、このとき電流のほとんどが水の電気分解に使われるため、気泡が多すぎて電解液が沸騰しているように見え、電気エネルギーを消費するだけでなく、だけでなく、プレート上の大量の活性物質が脱落しやすくなり、高温になります。立ち上がりが高すぎてプレートが曲がり、容量が急速に低下し、事前に廃棄されます。
したがって、この充電方法はめったに使用されません。
(2) 定電圧充電方式
充電過程では、充電電圧が常に一定であり、これを定電圧充電方式、略して定電圧充電方式または等圧充電方式と呼びます。
定電圧充電は後から開始するため、電源電圧が常に一定に保たれるため、充電初期の充電電流は通常の充電電流値を大きく超えてしまいます。
しかし、充電が進むにつれて、鉛蓄電池の端子電圧は徐々に上昇し、充電電流は徐々に減少します。鉛蓄電池の端子電圧が充電電圧と等しい場合、充電電流は最小またはゼロにまで減少します。
定電圧充電方式を使用する利点は、プレートの活物質の損失と、充電後期の過剰な充電電流による電気エネルギーの損失を回避できることであることがわかります。
しかし、その欠点は、充電を開始したばかりの場合、充電電流が大きすぎ、電極活物質の体積変化と収縮が速すぎて、活物質の機械的強度に影響を与え、脱落の原因になることです。
また、充電の後期段階では、充電電流が小さすぎるため、プレートの深部にある活物質が充電反応を起こすことができず、長期間の不十分な充電が発生し、バッテリーの寿命に影響を与えます。
したがって、この充電方法は通常、配電設備がない場合、または充電設備が比較的単純な自動車の鉛蓄電池や小型の場合など、特別な場合にのみ適しています。 乾電池式鉛蓄電池.
等圧充電方式で鉛蓄電池を充電する場合、必要な電源電圧は以下の通りです。 酸性単電池 は約2.4～2.8V、アルカリ単電池は約1.6～2.0Vです。
(3) 固定抵抗による定電圧充電
定電圧充電の欠点を補うために採用された方式。
つまり、充電器と充電器の間に抵抗が直列に接続されています。 電源とバッテリー、充電初期の電流を調整できるようになりました。
ただし、最大充電電流が制限される場合があるため、充電プロセスが進行するにつれて、バッテリー電圧は徐々に上昇しますが、電流はほぼ直線的に減衰します。
時には 2 つの抵抗値が使用され、約 2.4V でローからハイに切り替わり、ガス放出を減らします。
(4) 段階的等電流充電方式
定電流充電方式と定電圧充電方式の特徴を併せ持っています。
鉛蓄電池は、充電初期は大電流で充電し、一定時間経過すると小電流で充電し、充電後期になると小電流に切り替える定電流充電方式です。異なる段階の電流は、段階一定充電と呼ばれます。フロー充電方式。
段等電流充電方式で充電時間が短く、充電効果も良好です。充電後期に小電流での充電を行うため、気泡による極板上の活物質の侵食が少なくなり、活物質の脱落が少なくなる。
この充電方法は、バッテリーの寿命を延ばし、電気エネルギーを節約し、完全に充電できるため、現在一般的に使用されている充電方法です。
一般的に、バッテリの第 1 段階は 10 時間率の電流で充電され、第 2 段階は 20 時間率の電流で充電されます。各段階での充電時間の長さ、さまざまなバッテリーの特定の要件と基準は異なります。
(5) フロートチャージ方式
断続的に使用される鉛蓄電池、または AC 停電時にのみ使用される鉛蓄電池は、フロート充電によって充電されます。
特別な場合に使用される固定式鉛蓄電池は、一般的にフローティング充電によって充電されます。
フロート充電方式の主な利点は、バッテリーのガス発生率を減らし、過充電を防ぐことができることです。
同時に、バッテリーは直流電源に並列に接続されているため、電気機器が大電流を使用する場合、鉛蓄電池は瞬間的に大電流を出力し、電源システムの電圧を安定させるのに役立ち、電気機器は通常どおり電気を使用します。
フロート充電方式の欠点は、個々の鉛蓄電池がアンバランスで充電不足であるため、定期的な均等化充電が必要になることです。
鉛蓄電池の寿命に影響を与える要因
1. 放電深度
の 深さ 放電の程度は、使用中に放電が止まり始める程度です。設計上の考慮事項の焦点は、深いサイクルの使用、浅いサイクルの使用、またはフローティング電荷の使用です。
浅いサイクルのバッテリーを深いサイクルの使用に使用すると、鉛蓄電池はすぐに故障します。また、放電深度が深いほどサイクル寿命は短くなります。
2. 過充電の程度
過充電時には大量のガスが放出されます。このとき、正極板の活物質はガスの衝撃を受け、この衝撃により活物質の脱落が促進される。
さらに、正極グリッド合金は陽極酸化と腐食が激しいため、バッテリーが過充電されると寿命が短くなります。
3. 温度の影響
鉛蓄電池の寿命は、温度とともに長くなります。
10°C から 35°C の間では、1°C 上昇するごとに約 5-6 サイクル上昇します。 35°C から 45°C の間では、1°C 上昇するごとに 25 サイクル以上の寿命を延ばすことができます。加硫能力の低下により、負極の寿命が短くなります。
バッテリの寿命は、特定の温度範囲内で温度とともに増加します。これは、容量が温度とともに増加するためです。
放電容量が同じであれば、温度が上昇すると放電深度が浅くなり、固体寿命が長くなります。
4. 硫酸濃度の影響
酸密度の増加は、正極板容量に有益です。
しかし、バッテリーの自己放電やグリッドの腐食も増加し、二酸化鉛の緩みや脱落を促進します。
したがって、密度としては、 鉛蓄電池に使用される酸 増加すると、サイクル寿命が減少します。
5. 放電電流密度の影響
放電電流密度が高くなると、バッテリーの寿命が短くなります。
高電流密度と高酸濃度の条件下では、正極の二酸化鉛が緩んで脱落するためです。
鉛蓄電池のメンテナンスのヒント
タイムリーな充電
鉛蓄電池にはメモリーがなく、容量の急速な減少は、主に鉛蓄電池の加硫、「水の損失」、「電力の損失」などのいくつかの理由によるものです。
バッテリーの容量が減少し、放電中の強い電流（始動電流）によって電極板が緊張し、電極板の歪みはバッテリーの物理的な損傷であり、修復することはできません。
したがって、鉛蓄電池が常に十分な電圧を確保することは避けられません。
定期的に蒸留水を補充する
ユーザーは一般的に、メンテナンスフリーの鉛蓄電池に水を追加する必要はないと考えていますが、これは誤りです。
鉛蓄電池は充電時や大電流放電時に発熱し、発熱すると水が蒸発します。
水の蒸発プロセスは非常にゆっくりですが、時間の経過とともに蒸発する水の累積量を過小評価することはできません。
したがって、鉛蓄電池の寿命を延ばすために、約 6 か月ごとに鉛蓄電池に水を補充する必要があります。
通常のディープサイクル
鉛蓄電池は、一定期間使用すると必然的に一部の活性物質が沈みます。これらの活性物質が時間内に活性化されない場合、バッテリーの容量に何らかの影響があります。
したがって、電気自動車を頻繁に使用する場合は、4 分の 1 に 1 回、鉛蓄電池を深く放電する必要があります。
良い充電器
新しい鉛蓄電池の場合、充電プロセスには通常 6 ～ 8 時間かかり、完全に充電されると充電器は緑色に点灯します。
充電時間が長すぎる場合は、充電器の電圧保護装置が損傷しているかどうかを確認し、時間内に充電器を交換してください。そうしないと、バッテリーが損傷しやすくなります。
さらに、急速充電は鉛蓄電池のプレートも損傷するため、充電器用の急速充電器を購入しないでください。
過度の日光を防ぐ
過度の日光はバッテリーの温度を上昇させ、バッテリーの寿命を大幅に短縮します。
点検と清掃
鉛蓄電池の清掃が間に合わないと、電池の寿命と帯電効果に影響を与えやすくなります。
この鉛蓄電池は、極とチャックの間で酸化反応が起こりやすく、チャックの金属部分まで腐食してしまいます。
したがって、ポールとチャックがしっかりと接続されているかどうか、腐食や燃焼がないかどうか、通気孔が塞がれていないかどうか、電解液が減少していないかどうかなどに注意して、時間内に対処してください。
鉛蓄電池の応用
バックアップ電源
- 電気通信。
- 太陽系。
- 電子スイッチシステム。
- 通信機器：基地局、PBX、CATV、WLL、ONU、STB、コードレス電話など
- バックアップ電源：UPS、ECR、コンピュータバックアップシステム、シーケンス、ETCなど
- 非常用設備: 非常灯、火災警報器、盗難警報器、防火ゲート
主電源
- 通信機器：トランシーバー。
- 電気制御機関車：回収車、自動搬送車、電動車いす、掃除ロボット、電気自動車など
- 工作機械スターター: 芝刈り機、ヘッジトリマー、コードレス ドリル、電動ドライバー、電動スレッドなど。
- 産業機器/器具。
- カメラ：フラッシュ、VTR/VCR、フィルムライトなど
要約する
鉛蓄電池は、他の電池に比べて技術が成熟しているため、コストも安く、さまざまな分野で重要な位置を占めていることが最大のメリットです。しかし、現在の電力需要の増加に伴い、鉛蓄電池だけに頼ることはもはや不可能になっています。
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