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1.1 铅酸蓄电池——能源持续性的一种关键技术 1

第1章 阀控式铅酸蓄电池——铅酸蓄电池工艺的变迁 P.T.Moseley D.A.J.Rand 1

1.2 铅酸蓄电池 2

1.3 阀控式铅酸蓄电池 6

1.4 铅酸蓄电池的热管理 9

1.4.1 热产生 9

1.4.2 热散发 9

1.5 未来的挑战 10

参考文献 12

2.2 纯Pb正极板栅 13

第2章 阀控式铅酸蓄电池的铅合金 R.D.Prengaman 13

2.1 无Sb板栅合金 13

2.3 Pb-Ca合金 14

2.4 Sn添加到纯Pb及Pb-Ca合金中 17

2.5 Pb-Ca-Sn合金 18

2.5.1 晶粒结构 18

2.5.2 浇铸的Pb-Ca-Sn合金力学性能 19

2.5.3 Al添加剂 20

2.5.4 Pb-Ca-Sn合金的腐蚀 21

2.5.5 Sn对电池板栅导电性的影响 23

2.5.6 Pb-Sn-Ca合金中添加Ag 25

2.6 Pb-Sb-Cd合金 27

参考文献 27

第3章 铅酸蓄电池的化成及正负极活性物质结构 D.Pavlov 31

3.1 前言 31

3.1.1 铅酸蓄电池极板制造 31

3.1.2 浸酸及化成现象概述 34

3.2 极板浸酸过程 35

3.2.1 阀控式铅酸蓄电池的灌酸过程 35

3.2.2 浸酸期间化学晶带的形成过程 36

3.2.3 固化的三碱式硫酸铅铅膏的浸酸过程 38

3.2.4 固化的四碱式硫酸铅铅膏的浸酸过程 43

3.3 正极板的化成 45

3.3.1 化成过程热力学 45

3.3.2 三碱式硫酸铅铅膏化成为正极活性物质的反应 46

3.3.3 三碱式硫酸铅铅膏化成为正极活性物质期间晶带的形成 49

3.3.4 β-PbO2与α-PbO2比率及对正极板容量的影响 51

3.3.5 正极活性物质结构 53

3.3.6 PbO2颗粒胶体-晶体的形成 56

3.3.7 PbO2颗粒形成的机理 58

3.3.8 正极活性物质中微孔结构的形成及作用 59

3.3.9 碱式硫酸铅对正极板循环寿命的影响 63

3.3.10 四碱式铅膏极板化成的反应 66

3.3.11 电流集流体表面对板栅／正极活性物质界面上硫酸铅晶粒形成的影响 70

3.4 负极板的化成 72

3.4.1 化成过程热力学 72

3.4.2 负极板化成期间的反应 72

3.4.3 晶带形成过程 74

3.4.4 负极活性物质结构 76

3.4.5 化成期间负极板微孔结构的变化 78

3.4.6 膨胀剂对负极活性物质的影响 79

3.4.7 膨胀剂结构对电池电性能的影响 82

3.5 化成工艺 83

3.5.1 化成过程工艺参数 83

3.5.2 正负极板化成的各阶段 84

3.5.3 正极板化成恒流（恒压）充电方法 86

3.6 总结 89

参考文献 90

第4章 加快化成及改善电池性能的正极添加剂 K.R.Bullock T.C.Dayton 92

4.1 前言 92

4.2 添加剂影响的模拟 92

4.3.1 中空玻璃微球 94

4.3 非导电添加剂 94

4.3.2 羧甲基纤维素（CMC） 95

4.3.3 硅胶 95

4.3.4 其它添加剂 96

4.4 导电添加剂 97

4.4.1 铅酸钡 97

4.4.2 氧化钛 100

4.4.3 导电聚合物 101

4.4.4 SnO2 101

4.4.7 碳 102

4.4.6 镀铅玻璃丝 102

4.4.5 硼化铁 102

4.4.8 二氧化铅 104

4.5 化学活性添加剂 105

4.5.1 硫酸盐 105

4.5.2 磷酸盐 108

4.5.3 铋 110

4.5.4 聚乙烯磺酸及盐 111

4.6 结论 112

参考文献 112

5.2 基本电化学特性 115

第5章 阀控式铅酸蓄电池负极板 K.Peters 115

5.1 前言 115

5.3 负极板添加剂 121

5.3.1 碳 122

5.3.2 硫酸钡 124

5.3.3 有机添加剂 125

5.4 充电影响 131

5.5 内催化剂的使用 134

5.6 总结 135

参考文献 136

6.1 前言 139

第6章 阀控式铅酸蓄电池中隔板的功能 M.J.Weighall 139

6.2 吸附式玻璃棉（AGM）的特性 140

6.2.1 AGM的润湿性能 140

6.2.2 AGM材料的物理性质 145

6.3 胶体电池 147

6.4 隔板的性质及功能 148

6.4.1 压缩特性 148

6.4.2 氧循环与再化合效率 150

6.4.3 分层与干涸 152

6.5 未来的发展趋势 153

参考文献 154

第7章 阀控式铅酸蓄电池的隔板材料 K.Ihmels W.B？hnstedt 155

7.1 前言 155

7.2 隔板现状 155

7.2.1 吸附式玻璃棉（AGM）隔板 155

7.2.2 胶体电池的隔板 157

7.3 阀控式铅酸蓄电池（VRLA）隔板的发展趋势 157

7.4 隔板的发展 159

7.4.1 改进的隔板 159

7.4.2 可选择的其它隔板 166

7.5 结论 173

参考文献 173

第8章 电池管理 A.Jossen 176

8.1 前言 176

8.2 电池管理系统的任务 177

8.3 电池管理系统的设计 178

8.4 电池数据采集 179

8.5 电池状态的确定 181

8.5.1 电池荷电状态 184

8.5.2 电池健康状态 191

8.6 电池的电气管理 194

8.6.2 放电过程控制 195

8.6.1 充电控制 195

8.6.3 多电池组系统 197

8.7 电池的热管理 198

8.7.1 空气系统 199

8.7.2 液相系统 200

8.7.3 电气系统 200

8.7.4 被动冷却系统和隔热 201

8.7.5 相转变材料 201

8.9 电池的安全管理 202

8.7.6 其它系统 202

8.8 电池历史数据存储 202

8.10 系统通信 203

8.11 结论 204

参考文献 204

第9章 阀控式铅酸蓄电池的充电技术 R.F.Nelson 206

9.1 前言 206

9.1.1 基本充电过程——化学反应及副反应 206

9.1.2 传统的充电方法 209

9.2 阀控式铅酸蓄电池的充电过程 217

9.2.1 氧循环和饱和度 218

9.2.2 气体传输和氧循环 220

9.2.3 过充电过程 222

9.3 阀控式铅酸蓄电池的现有充电方法 224

9.3.1 浮充充电 225

9.3.2 循环充电 229

9.3.3 快速充电 233

9.3.4 充电终止策略 234

9.3.5 电池充电的失效模式 236

9.4.1 浮充充电的优化方法 238

9.4 发展和优化的充电方法 238

9.4.2 循环充电的优化方法 240

9.4.3 部分荷电状态循环——正在研究的充电方法 246

9.5 总结与结论 249

参考文献 251

第10章 供电网中的蓄电池储能系统 C.D.Parker J.Garche 254

10.1 前言 254

10.2 历史回顾 254

10.3 储能技术 256

10.3.1 铅酸（和先进的）蓄电池 259

10.3.3 飞轮 260

10.3.2 超级电容器 260

10.4 储能应用 261

10.3.4 超导磁场的能量存储（SMES） 261

10.4.1 快速备用（发电） 262

10.4.2 区域控制和频率响应备用（发电） 263

10.4.3 日常储存（发电） 263

10.4.4 传输系统稳定性（传输与配电（T D）） 263

10.4.5 传输电压调节（传输与配电） 263

10.4.6 传输设施延迟（传输与配电） 263

10.4.10 功率品质与可靠性（用户服务） 264

10.5 蓄电池储能系统 264

10.4.8 可再生能源管理（用户服务） 264

10.4.9 用户能源管理（用户服务） 264

10.4.7 配电设施延迟（传输与配电） 264

10.5.1 德国熏瑙电力公司（Elektrizitatswerk Hammermuehle） 266

10.5.2 德国柏林能源电力联合股份公司（BEWAG AG） 266

10.5.3 德国柏林索斯特哈根蓄电池AG 267

10.5.4 美国北卡罗来纳州斯泰茨维尔的新月电子会员公司 268

10.5.5 美国加利福尼亚州奇诺的南加利福尼亚爱迪生公司 269

10.5.6 美国威斯康星州密尔沃基的约翰逊控制有限公司 270

10.5.7 波多黎各电力局 270

10.5.8 美国加利福尼亚州弗农的GNB技术公司 271

10.5.9 美国阿拉斯加的Metlakatia 272

10.5.10 德国的赫恩和博霍尔德 274

10.5.11 PQ2000 274

10.6 功率转换 276

10.6.1 基本概念 276

10.6.2 开关问题 279

10.6.3 性能问题 280

10.7 成本问题 280

10.8 结论 282

参考文献 283

第11章 阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用——车辆制造商的前景 R.D.Brost 285

11.1 前言 285

11.1.1 电池选择过程 286

11.1.2 子系统描述 289

11.1.3 初始设计阶段 289

11.1.4 失效模式和影响分析 292

11.1.5 设计鉴定计划 292

11.1.6 未来的电气负载 295

11.1.7 环境 296

11.1.9 可靠性 297

11.1.8 成本 297

11.1.10 安全性 299

11.1.11 免维护 299

11.1.12 减轻重量 300

11.2 阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用 301

11.2.1 汽车工业感兴趣的VRLA电池特性 301

11.2.2 电驱动系统 303

11.3 汽车应用 305

11.3.1 12V汽车电池 305

11.3.2 42V汽车电池 315

11.3.3 软混合电动车 319

11.3.4 串-并联型混合电动车 328

11.3.5 电动车 333

11.4 结论 343

参考文献 344

第12章 阀控式铅酸蓄电池在汽车中的应用——电池制造商的前景 G.Richter E.Meissner 345

12.1 前言 345

12.2 汽车电池及车辆电气系统的发展历史 348

12.2.1 发展初期 348

12.2.2 20世纪的车辆供电系统和汽车电池的发展 349

12.2.3 未来十年车辆电气系统的预期变化和汽车电池的相应需求 354

12.3 汽车电池的设计、构件和制造 355

12.3.1 构件 355

12.3.2 特殊设计／特殊应用 356

12.3.3 极板组装——极群组和螺旋式卷绕 357

12.3.4 车辆使用的AGM和胶体技术 359

12.3.5 标准车辆供电系统使用的12V VRLA汽车电池 360

12.3.6 42V电网使用的36V VRLA汽车电池 361

12.4 VRLA电池在汽车中的应用及其与车辆的相互影响 363

12.4.1 目前车辆电气系统中的VRLA电池 363

12.4.2 新部件、新操作策略车辆中的VRLA汽车电池 365

12.4.3 VRLA电池的状态检测和管理 371

12.5 电性能数据 372

12.6 前景展望 373

参考文献 375

第13章 通信和UPS电源应用中的阀控式铅酸蓄电池 R.Wanger 378

13.1 前言 378

13.2 阀控式铅酸蓄电池技术的特点 379

13.2.1 正极板栅腐蚀 379

13.2.2 使用寿命的改进 383

13.3 胶体电池 388

13.4 AGM电池 392

13.5 固定应用的大电池 395

13.6 备用电池发展趋势 399

13.6.1 连续的极板制造过程 399

13.6.2 卷绕技术 401

13.6.3 先进隔板 401

13.7 结论 402

参考文献 402

14.1 边远地区供电系统的需求 406

第14章 边远地区供电系统和阀控式铅酸蓄电池 R.H.Newnham 406

14.2 边远地区供电系统的组成 407

14.2.1 电池组 407

14.2.2 柴油发电机 408

14.2.3 光伏列阵 408

14.2.4 风力发电机 409

14.2.5 水轮发电机 409

14.2.6 逆变器 410

14.2.7 控制系统 411

14.3 边远地区供电系统的设计 411

14.3.2 边远地区交流供电系统 412

14.3.1 边远地区直流供电系统 412

14.4 边远地区供电系统的阀控式铅酸蓄电池 414

14.4.1 优点 415

14.4.2 缺点 416

14.4.3 失效模式 417

14.4.4 更好的设计特性 420

14.4.5 最近发展 421

14.4.6 先进的操作方法 422

参考文献 426

15.1 前言 428

第15章 铅酸蓄电池的回收与再利用 M.W.Stevenson 428

15.2 电池的收集与处理 429

15.2.1 电池收集 429

15.2.2 电池处理 430

15.3 回收与精炼 432

15.3.1 火法冶炼 432

15.3.2 湿法冶炼 438

15.3.3 铅的精炼及合金制造 439

15.4 二次铅工业面临的挑战 442

15.4.2 精炼 443

15.4.3 银 443

15.4.1 处理和回收 443

15.4.4 锑 444

15.4.5 催化剂元素 444

15.4.6 其它元素 445

参考文献 446

第16章 阀控式铅酸蓄电池再利用的环境问题 C.J.Boreiko B.Wilson 447

16.1 前言 447

16.2 回收利用的理由 447

16.3 回收率 448

16.4 废旧阀控式铅酸蓄电池的收集 449

16.5 废旧阀控式铅酸蓄电池的运输 450

16.6 回收过程 452

16.7 回收选择 454

16.8 监测与控制排放 457

16.9 工作场地的工艺控制 458

16.10 过程排放控制 460

16.11 废气的检验与分析 462

16.12 生物学监测 463

16.13 呼吸保护 465

16.14.3 控制 468

16.14.2 隔离 468

16.14.1 位置 468

16.14 员工的福利设施 468

16.15 废水控制 470

16.16 国际公约和协议 473

16.16.1 巴塞尔公约 473

参考文献 477

第17章 阀控式铅酸蓄电池的未来巨大挑战——新一代道路交通工具的高倍率部分荷电状态用途 A.Cooper L.T.Larn P.T.Moseley D.A.J.Rand 479

17.1 未来车辆电气系统 479

17.2 高倍率部分荷电状态（HRPSoC）用途的挑战 480

17.3 高倍率部分荷电状态用途下硫酸铅的积累机理 483

17.4.2 隔板设计 488

17.4.3 碳总量 488

17.4 高倍率充电期间副反应的控制 488

17.4.1 痕量元素控制 488

17.5 高倍率部分荷电状态（HRPSoC）用途下的板栅设计 489

17.6 极板厚度的作用 492

17.7 结论 493

参考文献 493

附录 本书中使用的缩写符号及名称 495

附录A 缩写符号 495

附录B 物理量符号及单位 499