蓄电池基础知识及其检测方法

蓄电池基础知识及其检测方法主要内容概述构造与型号工作原理和特性蓄电池的容量蓄电池的充电常见故障维护与使用免维护蓄电池§1-1、概述蓄电池（俗称“电瓶”）是一种将化学能转换成电能的装置，是可逆的低压直流电源。一、蓄电池的分类铅酸蓄电池镍碱蓄电池普通蓄电池免维护蓄电池（不需添加纯水）干荷电蓄电池胶体蓄电池铁镍蓄电池类型特点普通铅蓄电池新蓄电池的极板不带电，使用前需按规定加注电解液并进行初充电，初充电的时间较长，使用中需要定期维护。干荷电铅蓄电池新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态，电池内部无电解液。在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置20～30min即可使用，使用中需要定期维护。湿荷电铅蓄电池新蓄电池的极板处于已充电状态，蓄电池内部带有少量电解液。在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置20～30min即可使用，使用中需要定期维护。免维护蓄电池使用中不需维护，可用3～4年不需补加蒸馏水，极桩腐蚀极少，自放电少。二、蓄电池的作用汽车上装有蓄电池和发电机两个直流电源，这两个电源并联，全车的用电设备均为并联。在发动机起动时，向起动机、点火系统等主要用电设备供电。在发动机不运行或低速运行时，蓄电池向各种用电设备供电。当用电设备过多、用电量超过发电机的供电能力时，蓄电池协助发电机向各种用电设备供电。稳定电压的作用。蓄电池相当于一个大电容，可以吸收电路中瞬间的过电压，以保护用电设备。§1-2、蓄电池的构造与型号•铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，结构如图所示：铅酸蓄电池由极板、隔板、电解液和壳体组成。1、极板与极板组蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都以铅—锑合金浇铸成的栅架为骨架，在栅架上填充活性物质制成极板。极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。活性物质正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅(Pb)。为了增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、负极板组成极板组。每个正极板都处于两片负极板之间，使正极板两侧充、放电均匀。极板组单格蓄电池极板组12V蓄电池极板组2、隔板•正、负极板之间装有绝缘隔板，以防止极板之间短路。•隔板应具有多孔性，以便电解液的自由渗透。隔板采用耐酸性和抗碱性的木质、微孔橡胶、微孔塑料及浸树脂纸质材料制成。3、电解液电解液是由化学纯的硫酸（H2SO4）和蒸馏水（H2O）按一定比例配制而成的硫酸水溶液（密度为1.24～1.31克/立方厘米）。64%蒸馏水H2O+36%硫酸H2SO4=电解液密度：1.000密度：1.835密度：1.265电解液密度对蓄电池的容量和寿命影响大。密度大可以提高蓄电池的容量，减少结冰的危险；但粘度增加，流动性变差，使蓄电池的容量下降，而且腐蚀作用增强，降低极板和隔板的寿命。壳体采用耐酸、耐热和耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料制成整体式结构，壳体内分成６个互不相通的单格，每个单格内装有极板组和电解液组成一个单格的蓄电池。壳体的底部有凸起的筋，用来支撑极板组，并使极板上脱落下来的活性物质落入凹槽中，防止极板短路。4、壳体各单格之间用铅质联条串联起来，如右图所示。电量指示器工作原理电解液密度高于1.26或充电高于65%时，小球浮起，指示器显示绿色。当充电低于65%时，小球下沉，指示器显示黑色，表明需要充电。当电解液液面较低时，指示器显示无色或浅黄色，该蓄电池应该更换。二、蓄电池的规格型号（教材P6）蓄电池的型号按JB/T2599-1993《铅酸蓄电池产品型号编制方法》的规定，组成如下：ⅠⅡⅢ类型和特征Q—起动型A—干荷电式W—免维护式单格蓄电池个数例如：6-QA-1056-QAW-100额定容量（安·时/A·h）第一部分第二部分第三部分串联的单格电池数蓄电池的类型蓄电池的特征蓄电池的额定容量蓄电池的特殊性能用阿拉伯数字表示用大写的汉语拼音字母表示如：Q--起动用铅蓄电池N--内燃机车用蓄电池M--摩托车用蓄电池用大写的汉语拼音字母表示如：A-干荷电铅蓄电池H--湿荷电铅蓄电池W--免维护铅蓄电池B--薄型极板无字母--普通铅蓄电池20h率放电率的额定容量，单位为A·h，单位略去不写。用大写的汉语拼音字母表示如：G--高起动率D--低温性能好S--塑料槽蓄电池§1-3、蓄电池的工作原理与特性一、蓄电池的工作原理蓄电池是一个化学电源，其充电与放电过程是一种可逆的化学反应。在正极板处，PbO2与硫酸作用而生成带正电荷的铅离子(Pb4+)沉浮在正极板上，使正极板具有约2V的正电位。在负极板处，铅电离为铅离子（Pb2+）和电子(2e)，2个电子留在负极板上，使负极板具有约-0.1V的负电位。+2V-0.1V•当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势，此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电，蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。正、负极板上生成硫酸铅（PbSO4），电解液中水份增加。随着放电的进行，电解液密度减小。接上负载后的化学反应2、蓄电池的放电在外电源的作用下，迫使２个电子从正极板返回负极板，形成从正极板流向负极板的充电电流。极板上的硫酸铅还原成氧化铅和铅，电解液中的水份还原成硫酸。随着充电的进行，电解液中硫酸的成份增加，电解液密度增大。3、充电过程二、蓄电池的工作特性1、放电特性放电特性是将充足电的蓄电池，在以20h放电率的电流连续放电过程中，端电压U、电动势E和电解液密度γ随放电时间的变化规律。密度γ随着放电的进行而直线下降，因此，在使用中可以根据电解液的密度γ来判断蓄电池的放电程度。静止电动势Ej与电解液的密度变化相似，单格蓄电池的放电终止电压1.75V（10.5V）。2、充电特性充电特性是指在恒电流充电过程中，蓄电池的端电压U、电动势E和电解液密度γ随时间变化的规律。随着充电的进行，电动势逐渐升高，电解液密度增大，充满电后，单格蓄电池的电压为2.1V（12V.6）。我们可以根据蓄电池的开路端电压的大小，来判断其充电情况：电压判定处理方法12.5V正常容量充足12V亏电补充电11V严重亏电车不充电观察10V过量亏电、电池短路充电观察、电池报废8V过量亏电、装反极板电池报废6V硫酸盐化电池报废§1-4、蓄电池的容量及影响因素•一、蓄电池的容量C•蓄电池的容量是指在放电允许范围内，蓄电池输出的电量：•C＝Ｉf×tf（安时/A·h）•1、额定容量C20•充足电的蓄电池，在电解液温度为30oC时，以20h放电率的电流连续放电到规定的终止电压时，蓄电池所输出的电量C20。2、起动容量起动容量表征蓄电池在接起动机时的供电能力，并根据使用条件分为常温起动容量和低温起动容量。常温起动容量——在电解液温度为30oC时，以5分钟放电率的电流，连续放电到9V（12V蓄电池）时，蓄电池所输出的容量。低温起动容量——在电解液温度为-18oC时，以5分钟放电率的电流，连续放电到6V（12V蓄电池）时，蓄电池所输出的容量。§1-5、蓄电池的充电一、充电方法新蓄电池、使用中的蓄电池及修复后的蓄电池等，由于技术状况不同，采用的充电步骤和规范也不同。常用的充电方法有定流充电、定压充电和脉冲快速充电等三种。（1）、定流充电•在充电过程中，充电电流保持为恒定值的充电方法称为“定流充电”。可以将不同电压值、容量相近的蓄电池串联起来充电。如果容量不同，应按容量小的蓄电池来决定充电电流。定流充电的特点：定流充电有较大的适应性，可以根据需要选择充电电流，但充电时间长，而且需要经常调节充电电流。一般适用于新蓄电池和故障修复蓄电池的初充电。初充电的特点是充电电流小，充电时间较长。当蓄电池的电量不足时，必须进行补充充电。（2）、定压充电•在充电过程中，始终保持充电电压不变的充电方法称为“定压充电”。定压充电时，可以将相同电压值的蓄电池并联起来一起充电。定压充电的特点：定压充电在充电初期，由于蓄电池的电动势较低，因而充电电流大；随着电动势的升高，充电电流逐渐减小，在接近充电终了时，充电电流已降低到很小值。充电过程中电解液无沸腾现象，可以减少水分的损失；在充电4～5小时后，量容可达90%～95%，缩短了充电的时间。定压充电方法适用于蓄电池的补充充电，不适用于新蓄电池和故障蓄电池的初充电，汽车上发电机对蓄电池的充电为定压充电。（3）、快速充电定流和定压充电的时间长，消耗的电能多，给使用带来不方便。利用快速充电，完成一次初充电，只需5小时左右；完成一次补充充电约1小时左右。快速充电具有充电时间短、空气污染小、节省能量和去硫化效果明显等特点，已被广泛应用。§1-6、蓄电池的常见故障一、极板硫化所谓极板硫化,就是指极板上硫酸铅的再结晶。半放电的蓄电池的极板表面上有一层硫酸铅,称作一次结晶体。这种半放电的蓄电池在存放过程中,随着环境温度的上升,极板上的硫酸铅就会逐渐溶解到电解液中来,温度越高,溶解度越大。当温度下降时,硫酸铅的溶解度会逐渐达到过饱和状态,并再次结晶为较大的白色颗粒,从电解液中析出再次附着到极板上去。这就是极板硫化的过程。极板硫化的蓄电池的特征为：充电快，放电也快。故障特征极板上生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时不能转化为PbO2和Pb的现象。（1）硫化的电池放电时，电压急剧降低，过早降至终止电压，电池容量减小。（2）蓄电池充电时单格电压上升过快，电解液温度迅速升高，但密度增加缓慢，过早产生气泡，甚至一充电就有气泡。故障原因（1）蓄电池长期充电不足或放电后没有及时充电，导致极板上的PbSO4有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，溶解度越大。当环境温度降低时，溶解度减小，溶解的PbSO4就会重新析出，在极板上再次结晶，形成硫化。（2）电解液液面过低，使极板上部与空气接触而被氧化，在行车中，电解液上下波动与极板的氧化部分接触，会生成大晶粒PbSO4硬化层，使极板上部硫化。（3）长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4。（4）新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。（5）电解液密度过高、成分不纯，外部气温变化剧烈。排除方法轻度硫化的蓄电池，可用小电流长时间充电的方法予以排除；硫化较严重者采用去硫化充电方法消除硫化；硫化特别严重的蓄电池应报废。二、自行放电/自放电•充足电的蓄电池，放置不用而逐渐失去电量，称为“自行放电”。如果每昼夜自行放电损失的容量＜2%，为正常自行放电；如果每昼夜自行放电损失的容量＞2%，则为自行放电故障。产生自行放电的原因1、电解液中含有杂质或极板材料中含有杂质，不同杂质之间形成电位差，引起局部放电。2、蓄电池盖上有电解液，使正、负极形成通路。3、长期不用，硫酸下沉，电解液上下部分浓度不等，形成电位差引起自行放电。4、极板上活性物质脱落而沉积在壳体的底部，造成极板之间短路。故障特征蓄电池在无负载的状态下，电量自动消失的现象称为自放电。如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。故障原因（1）电解液不纯，杂质与极板之间以及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差，通过电解液产生局部放电。（2）蓄电池长期存放，硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差引起自放电。（3）蓄电池溢出的电解液堆积在电池盖的表面，使正、负极柱形成通路。（4）极板活性物质脱落，下部沉积物过多使极板短路。排除方法自放电较轻的蓄电池，可将其正常放完电后，倒出电解液，用蒸馏水反复清洗干净，再加入新电解液，充足电后即可使用；自放电较为严重时，应将电池完全放电，倒出电解液，取出极板组，抽出隔板，用蒸馏水冲洗之后重新组装，加入新的电解液重新充电后使用。三、极板活性物质脱落活性物质从正极板上脱落下来，沉积在蓄电池的底部，在充电时可以看到褐色物质从底部升起。正极板上活性物质脱落后，使蓄电池的容量下降，且充电时不易恢复，严重时会造成极板短路或自行放电。造成正极板上活性物质脱落的原因（1）充电时电流过大，温度过高，经常过充电等使活性物质松浮而脱落。