铅酸蓄电池基础知识培训教材

1第一章铅酸蓄电池的定义、结构及反应原理一、蓄电池基念知识：1、基本定义电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。2、常用技术术语充电：蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫做浮充放电。有不间断供电要求的设备，起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。电动势：外电路断开，即没有电流通过电池时在正负极间量得的电位差，叫电池的电动式。端电压：电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电池的电压或端电压安时容量：电池的容量单位为安时，即：电池容量Q（安时）=I放×t放I放为放电电流（安）t放为放电时间（小时）电量效率（安时效率）：输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率，也叫作安时效率。电量效率（%）=（Q放÷Q充）×100%=（I放×t放）÷（I充×I充）×100%Q放和Q充分别是放电和充电容量（安时自由放电：由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗。容量损失搁置之前的容量之比，叫做蓄电池的自由放电率自由放电率（%）=（Q1－Q2）÷Q1×100%2Q1为搁置前放电容量（安时）Q2为搁置后放电容量（安时）使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充放电循环，蓄电池在保持输出一定容量的情况下所能进行的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命。二、铅酸蓄电池1、定义铅酸蓄电池是是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。2、分类：按蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式蓄电池。按蓄电池盖和结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。按蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有：起动型蓄电池（Q）：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和照明。固定型防酸式蓄电池（GF）：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。牵引型蓄电池（D）：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。铁路客车用蓄电池（T）：主要用于铁路客车照明和车上电器设备。内燃机车用蓄电池（N）：主要供内燃机车启动和照明用。摩托车蓄电池（M）：主要用于各种规格摩托车起动和照明。航空用电池（HK）：用于飞机启动、照明、通信。潜艇用电池（JC）：用于潜艇水下航行的动力、照明、电器设备。坦克用电池（TK）：用于坦克的启动、用电设备、照明。矿灯用电池（K）：供井下矿工安全帽上的矿灯照明。航标用电池（B）：航道夜间航标照明。其他用途电池：大小容量不一，放电率多样，如摄像机、闪光灯、应急灯、风力发电电能储存等。3、产品型号含义：根据JB2599-85部颁标准，我国铅酸电池型号分为三段，其安排和含义如下：3串联的单体电池数—电池的类型和特征—额定容量当电池数为1时，称为单体电池，第一段可以省略。电池的类型是根据主要用途划分，代号用汉语拼音第一个字母，如下：汉语拼音字母含义汉语拼音字母含义表示电池用途的字母Q启动用表示电池特征的字母A干荷电式G固定用F防酸式D电池车FM阀控式N内燃机车W无需维护T铁路客车J胶体电液M摩托车用D带液式KS矿灯酸性J激活式JC舰船用Q气密式B航标灯H湿荷式TK坦克B半密闭式S闪光灯Y液密式例：6QA-120表示有6个单体电池（12伏），启动用电池，装有干式荷电击板，20小时率额定容量为120安时。4、基本构造：正负极板（1）铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成的。板栅的作用为支承活性物质和传导电流、使电流分布均匀。4板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为绒状铅。涂膏式板栅已涂好活性物质的板栅隔板（2）电池用隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是：防止正负极板短路。使电解液中正负离子顺利通过。阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。因此要求隔板要有孔率高，孔径小，耐酸不分泌有害杂质，有一定强度在电解液中电阻小，具有化学稳定性的特点电解液（3）电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。汽车用铅酸蓄电池采用电解液密度为1.280±0.005g/cm³(25℃)稀硫酸。电池壳、盖（4）电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成5排气栓（5）一般由塑料材料制成，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。使用前：必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿、以保证气体溢出通畅。其它：蓄电池除上述部件外，还有連条（6）、极柱（7）、鞍子（8）液面指示器等零部件。6三、酸蓄电池生产工艺流程：四、铅酸蓄电池工作原理：1、铅酸蓄电池电动势的产生铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质——氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb+4）留在正极板上，故正极板上缺少电子。铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，铅锑零件合金冶板切块铅粉和膏涂板淋酸固化开燥净化水负极添加剂硫酸稀硫酸插隔板隔板焊板群穿壁焊装槽化成水洗干燥分板成品包装拧排气栓热封壳体焊链条浇封口剂封盖印商标7变成铅离子（Pb+2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板的铅离子（Pb+4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb+2），，与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成稳定物质水。电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。化学反应式为：正极活性物质电解液负极活性物质正极生成物电解液生成物负极生成物PbO2＋2H2SO4＋PbPbSO4＋2H2O＋PbSO4二氧化铅稀硫酸铅硫酸铅水硫酸铅3、铅酸蓄电池充电过程的电化反应充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。8充电时充电后在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb+2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb+2）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb+4），并与水继续反应，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb+2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb+2）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H+）和硫酸根离子（SO4-2），负极不断产生硫酸根离子（SO4-2），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。化学反应式为：正极物质电解液负极物质正极生成物电解液生成物负极生成物PbSO4＋2H2O＋PbSO4PbO2＋2H2SO4＋Pb硫酸铅水硫酸铅氧化铅硫酸铅4、铅酸蓄电池充放电后电解液的变化从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。9第二章铅酸蓄电池使用维护一、蓄电池使用：1、电解液的配制：应使用符合蓄电池用硫酸和纯净水配制①铅酸蓄电池电解液是用纯水和浓硫酸配制成的，汽车用起动电池电解液密度为1.280±0.005g/cm³(25℃)②配制电解液的容器，必须是耐酸及耐温的有釉陶瓷，玻璃缸，塑料槽或铅衬木槽，配制时，工作人员必须穿戴好防护用具。③配制前将器皿洗刷干净，并用纯水清洗。④配制电解液时，应先将需用的纯水，放入容器内，然后将浓硫酸缓慢注入纯水内，并不断搅拌，严禁将水注入硫酸内，以免发生飞溅灼伤。换算公式为d25=dt+0.0007(t-25)d25:25℃电解液浓度dt：温度为t时的电解液密度0.0007：温度系数t：实测电解液浓度电解液中纯水（或蒸溜水）与硫酸的比例如下表：解液比重20℃时（g/cm3）纯水（或蒸溜水）与硫酸的体积比纯水（或蒸溜水）焉、与硫酸的重量比1.109.80：16.28：11.118.80：15.84：11.128.00：15.40：11.137.28：14.40：11.146.68：13.98：11.156.15：13.63：11.165.70：11.35：11.175.30：11.11：11.184.95：12.90：11.194.63：12.52：11.204.33：12.36：11.214.07：12.22：11.223.84：12.09：11.233.60：11.97：1101.243.40：11.86：1电解液比重20℃时（g/cm3）纯水（或蒸溜水）与硫酸的体积比纯水（或蒸溜水）焉、与硫酸的重量比1.253.22：11.76：11.263.05：11.60：11.272.80：11.57：11.282.75：11.49：11.292.60：11.41：11.302.47：11.34：1注：此表是根据在20℃时纯硫酸比重为1.83推算而得2、灌酸①拧下排气栓，务必将栓上的透气孔穿透，栓下有密封垫和密封纸，灌酸后需去掉。②电解液温度必须冷却到30℃以下，灌入电池。③将配制好的电解液注入每个单格内，塑壳电池的液面与外壳标记“max”齐平，橡胶槽电池液液面应高出隔板10－15mm。④将排气栓拧紧，以防止漏酸。3、电池的充电（1）充电前的准备a、检测电解液或纯水是否符合规定要求。b、打开蓄电池上的排气栓。c、加液或补水至最高液面线。（2）充电连接a、充电机的正极与蓄电池正极相接，负极与蓄电池负极相接，切勿反接。b、对多只电池充电可根据充电机功率大小确定。c、充电连接必须牢固。11（3）充电方式通常充电的种类有恒流充电，恒压充电和快速充电三种。A、恒流充电又包括：初充电、补充充电、普通充电和均衡充电。①初充电：初充电是非干荷电池使用之前的首次充电。a、非干荷电电池注入电解液后，静止1－6小时，待温度降至35℃以下时方可开始充电。b、首次充电电流一般为0.07C30A，充至单格电压为2.4V时，减半电流继续充电