铅蓄电池及电机车教案.

矿用电机车系列课件2013新庄孜孙建铅酸蓄电池概述•淮南矿区范围内的矿井基本属于高瓦斯矿井，因此井下所用的电机车均属于防爆特殊型电机车，为电机车提供电源的装置即为蓄电池。常用的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池等。我们针对铅酸蓄电池做主要讲解。•一、铅酸蓄电池的构造1.由两种不同材料组成的电极——正极和负极2.将两个电极分隔开的隔板3.电解液4.电池槽盖铅酸蓄电池简介牵引用铅酸蓄电池主要由以下部件组成：•如图铅酸蓄电池简介正极和负极由活性物质材料和板栅组成。正极活性物质为二氧化铅（PbO2），负极活性物质为海绵状铅参与成流反应和起导电的作用是电池中决定电性能的主要部件铅酸蓄电池简介极板的结构特点如图铅酸蓄电池简介涂膏式负极板管式正板板隔板作用是防止正、负极直接接触而短路是对电子的不良导体和对离子的良导体具备多孔性、良好的耐酸性、耐氧化性和亲水性、低电阻、有害杂质少等要求材料主要有微孔橡胶、PE、PVC、PP、聚酯等铅酸蓄电池简介电解液保证正、负极间的离子导电作用密度为1.200g/cm3~1.350g/cm3的稀硫水溶液电池槽、盖：起容器的作用具有良好的耐酸性、耐温性和绝缘性，并具有良好的机械强度铅酸蓄电池简介铅蓄电池的基本原理•铅酸蓄电池是一种能量转化系统，在充电时将电能转化为化学能储存在电池内，在放电时将电池内储存的化学能转化为电能供给用电设备。•在放电时，正负极活性物质分别与电解液发生反应，转变成硫酸铅（PbSO4）。充电时正好相反，正负极活性物质分别恢复为二氧化铅（PbO2）和海绵状金属铅（Pb）。铅酸蓄电池简介化学反应方程式如下•充电过程：正极：PbSO4+2H2OPbO2+2H++HSO4-+2e-负极：PbSO4+2H+Pb+H2SO4-2e-总反应：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4铅酸蓄电池简介在充电末期时，当充电电压达到水的分解电压时，正极产生氧气（O2），负极产生（H2）。反应方程式正极：2H2OO2+4H++4e–负极：4H+2H2-4e-总反应：2H2O2H2+O2铅酸蓄电池简介铅酸蓄电池正常充电曲线铅酸蓄电池简介铅酸蓄电池5小时率放电曲线1.551.61.651.71.751.81.851.91.9522.050123456牵引用铅酸蓄电池5小时率恒流放电曲线时间(h)电压(V)铅酸蓄电池简介电池的使用寿命电池的使用寿命是按照电池充放电的次数来计算的。电池充饱电后放电80%C5后，再充饱电，视为一次充放循环。目前，牵引用铅酸蓄电池的最长使用寿命超过1500次。当电池的容量下降到80%C5以下时，一般认为该电池使用寿命终止。铅酸蓄电池简介铅酸蓄电池的使用及维护蓄电池使用时的注意事项蓄电池的充电方法蓄电池的放电蓄电池的放置铅酸蓄电池使用、维护1、电池使用前应清除外表面灰尘及脏物，并逐只检查有无损坏，经检查无误后，根据需要将单体电池组成电池组。2、按照使用维护说明书的要求配制电解液。3、取下注液盖将配制好的电解液注入电池至规定的液面高度。4、按照使用维护说明书的规定进行初充电。5、经过初充电并在正常情况下使用的电池，再充电时应按照使用维护说明书中的“正常充电”方法进行，充电量为上次放电量的1.2倍左右，但新电池前5次的充电量应为上次充电量的1.5倍左右。6、充电中电解液的温度不得超过55℃。7、使用中由于电解液中水的分解及蒸发，造成密度升高及液面降低，应加水调整；若因异常情况造成密度低于规定值，应加密度为1.400g/cm3的硫酸溶液调整。密度调整应在充电末期进行。铅酸蓄电池使用、维护8、电池的表面、连接线及螺栓，应经常保持清洁、干燥。9、电池的连接，必须保持接触良好。10、电池应避免过充电、过放电、强充电及充电不足。11、电池内不准落入任何有害杂质。12、电池盖上不准放置任何导电物品。13、电池放电后，应及时充电，最长间隔时间不得超过24小时。14、电池使用中若出现落后电池，应及时查明原因，立即修复或更换。15、注入电池的水或硫酸溶液，温度应在10℃~35℃之间。铅酸蓄电池使用、维护蓄电池的充电方法•蓄电池初充电•蓄电池正常充电铅酸蓄电池使用、维护初充电前电解液配制序号完全充电后电解液密度g/cm3(30℃）应配制的电解液密度g/cm3(30℃)水与硫酸（密度为1.835g/cm3)体积比质量比11.275±0.0051.245±0.0053.23:11.75：121.290±0.0051.265±0.0052.6:11.65：1蓄电池初充电•两个阶段•第一阶段：用0.1C5安电流，充电至电池的端电压普遍升到2.40V；•第二阶段：用0.05C5安电流充电至电解液剧烈冒升气泡，电压与密度稳定（2~3）h不变，且充电量达到额定容量的（4.5~5）倍。铅酸蓄电池使用、维护正常充电•经过初充电正常使用的电池，再进行充电称为“正常充电”•正常充电分两个阶段：•第一阶段：用0.14C5安电流，充电至电池的端电压普遍升到2.40V；•第二阶段：用0.07C5安电流充电至电解液剧烈冒升气泡，电压与密度稳定（2~3）h不变，充电量为上次放电量的1.2倍左右，但新电池前5次的充电量应为上次放电量的1.5倍左右。铅酸蓄电池使用、维护恒流充电法•一般采用10h率或20h率电流进行恒定电流充电。分段恒流充电法•一般开始时用3h率~5h率电流进行充电，当端电压达到约2.4V以上时，或者液温显著升高时，将电流降到10h率~20h率电流继续充电（又称递减电流充电法）。铅酸蓄电池使用、维护恒压充电法•按每个单体电池以2.3V~2.5V恒定电压进行，因此充电初期电流相当大，随着充电的进行，电流逐渐减少，在终期几乎无电流通过。限流恒压智能充电法首先设定恒定电流充电，当电池电压达到一定值后，自动转为恒压充电，充电电流随着充电时间的延长不断减少。目前比较好的充电机，在充好电后，再增加1~2个脉冲充电，即充一小时，停一小时，再充一小时。铅酸蓄电池使用、维护补充充电法•除了浮充电以外，尽管正常的充电进行的很好，但在搁置一段时间以后，由于自放电而使容量减少，因此根据搁置时间的长短，以10h率~20h率电流予以适当的充电，称为补充充电。蓄电池做备用时，充电后长期搁置不用时，应定期（如一个月）进行补充充电。均衡充电法先将电池进行正常充电，待充电完毕，静置一小时，再用正常充电第二阶段的电流继续充电，直到产生剧烈气泡时，停充一小时。如此反复数次，直至电压、密度保持不变，于间歇后再进行充电便立即产生剧烈气泡为止。铅酸蓄电池使用、维护电池在使用中，每月应进行一次均衡充电。如有下列情况之一时，均应进行均衡充电：•放电电压经常降至终止电压以下；•放电电流值经常过大时；•放电后未及时进行充电；•电解液混入危害不大的杂质时；•经常充电不足或较长时间未使用时；•将极群组取出检查或清除沉淀物后。铅酸蓄电池使用、维护电池的自放电电池非因工作原因而发生的放电现象，称为自放电。电池自放电通常有以下几个方面的原因：a.过量补水造成电解液益出，表面放电b.加入含有杂质的酸或水c.长期放置导致电解液分层自放电的危害：能量损失、易硫化铅酸蓄电池使用、维护深度放电电池在使用时，放出容量一般要求不得超过其额定容量的80%，当电池放出容量超过80%时，我们说电池发生了深度放电。当电池放出容量达到80%时，叉车上的容量显示器就进入了红灯区域，此时应该立即前往充电场所进行充电。深度放电对电池的危害：易硫化、易使极板膨胀变形活性物质脱落致使容量下降、寿命缩短等。铅酸蓄电池使用、维护蓄电池的放置a.放完电的蓄电池禁止长期放置。b.长期放置不用的带液蓄电池蓄每月补充充电一次，防止电解液分层。c.需长期放置的蓄电池，应防止在通风阴凉的环境中，避免阳光直射。d.如果采购近期不用的备用电池，建议采购干电池。e.如果已经采购了带液的电池，在长期放置前，建议将电解液比重调低。铅酸蓄电池使用、维护为何低温下使用的电池动力不足？•低温状态下，电解液的粘稠度增加，导致电解液中的离子移动困难，反应速度降低，电池的内阻增大，导致电池内耗增加，因此就会表现为动力不足。铅酸蓄电池使用、维护为什么电池在大电流放电时，能放出的容量比较少？•大电流放电时，电池极板与和它接触到的酸迅速反应，这样就会极大地消耗极板中的酸，导致和极板接触的酸的浓度迅速降低，这样电池就不能够持续地进行供电。这是电池表现出能放出来的容量较少的原因。铅酸蓄电池使用、维护为什么电池在大电流放电时，能放出的容量比较少？常见故障及排除方法•铅酸蓄电池产生故障的原因很多，除正常的自然损坏及制造质量和运输保存影响外，大多数是由于使用维护不当所造成。据调查材料证明有的单位所用蓄电池安装投产后半年至1年即报废；而同一批、同一型号的蓄电池有的单位则使用了3年至4年尚属良好设备，这足以说明维护工作的好坏直接影响到蓄电池的使用年限。铅酸蓄电池使用、维护常见故障1.极板硫酸盐化2.蓄电池内部短路3.蓄电池容量不足4.蓄电池爆炸5.蓄电池活性物质过量脱落6.蓄电池反极铅酸蓄电池使用、维护（一）极板硫酸盐化•铅酸蓄电池在正常放电情况下，正、负极板上的活性物质（PbO2及Pb)，大都变为松软的硫酸铅小晶体。这些小晶体均匀分布在多孔的极板上，在充电时很容易和电解液接触，起化学反应而恢复为原来的二氧化铅和绒状铅，但如果维护管理不当，极板上的硫酸铅结晶，就会逐渐形成为体积大而又导电不良的粗结晶硫酸铅，甚至可以结成面积较大，几乎不溶于电解液较为坚实的硫酸铅结晶层，附在极板表面，造成极板硬化。这种结晶导电性差，体积大，会堵塞极板的微孔，妨碍电解液的渗透，增加了极板电阻，并在以后一般充电中，很难使其恢复原状，这样就使极板上的活性物质减少，容量降低，严重时将使极板失去可逆作用而损坏。这就是所谓极板的硫酸盐化。铅酸蓄电池使用、维护故障特征可能原因排除方法未能及时充电和周期治疗长期充电不足经常过放电电解液杂质含量过高充电中断时间过长液面过低，极板露出a容量降低；b电解液密度下降，低于正常值；c充电过程电压上升快，放电过程电压下降快；d充电时冒气过早，但密度上升慢。电解液密度过高a过充电法；b反复充电法；c水处理法。常见故障及排除方法•铅酸蓄电池使用、维护预防硫酸盐化的基本方法•不过放电•放电后及时进行充电•定期进行均衡充电•液面下降，及时补充纯水，切勿加浓硫酸•蓄电池因故倾倒，损耗酸液，应按倾倒前的密度补充•暂不用的蓄电池，应充足电，上好注液盖，清洁蓄电池上口，再放置铅酸蓄电池使用、维护（二）蓄电池内部短路•蓄电池内部短路是因正、负极板搭接形成的。故障特征可能原因排除方法隔板破损更换破损的隔板蓄电池内部落入导电物质去除引起短路的导电物蓄电池槽底部沉淀物过多排除蓄电池底部沉淀物a电解液温升高；b充电时电解液密度上升慢或不上升；c充电时气泡少或无气泡；d放电时开路电压低，电压下降快。极板弯曲更换新蓄电池铅酸蓄电池使用、维护（三）蓄电池容量不足•蓄电池在使用中达不到额定容量的要求或容量不足，首先应该考虑电池初充电不足或使用后充电不足，检查电解液密度是否较低，充电后是否有密度上升的现象，如果密度不变，应考虑外接线路不畅通，电阻较大。电池容量如果逐渐降低，检查极板是否有硫酸盐化现象，电解液是否混入了有害杂质，电池是否有局部短路现象。电池因使用时间较长是否有板栅腐蚀，极板断裂，活性物质过量脱落，并分别采取处理措施。电池在使用中容量突然降低，应首先检查电池接线端是否有白色硫酸铅析出物，测量电压是否有电池反极的现象，电池内部是否有短路，是否有极板或整个极群脱落的现象。铅酸蓄电池使用、维护（四）蓄电池发生爆炸•蓄电池充电到末期，两极转化为有效物质后，再继续充电，就会产生大量的氢、氧气体。当这种混合气体浓度在空气中占4%时，遇到明火就会发生爆炸。•预防的办法：•控制充电量，不过充•充电中，接线点要牢固，不因松动产生火花•使用中采用低压恒压充电，气析量少•预防蓄电池外壳裂痕、电解液渗漏、渗到电缆沟，引起线路短路产生火花、起火爆炸铅酸蓄电池使用、维护（五）极板活性物