铅酸蓄电池基础知识(之一)

汽车起动用铅酸蓄电池第一节、汽车蓄电池概述蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。应用最广泛的汽车蓄电池是铅酸蓄电池。蓄电池最主要的作用是：发动机工作时向起动机和点火装置供电。汽油机起动电流为200－600A有的柴油机起动电流达1000A。蓄电池并联电路按使用来分为：动力型蓄电池、起动型蓄电池、储能型蓄电池等按蓄电池的结构分为：普通起动用蓄电池（湿荷电蓄电池H、干荷电蓄电池A、非荷电蓄电池）：需维护或少维护。免维护起动用蓄电池阀控蓄电池（胶体电解质蓄电池、AGM吸附式蓄电池）汽车上采用铅酸蓄电池，主要目的是使起动发动机。现代汽车起动用蓄电池主要使用：干荷电蓄电池免维护蓄电池不同类型的铅酸蓄电池干荷蓄电池极板处于干燥的已充电状态和无电解液贮存的蓄电池。干荷蓄电池加足电解液后，静放20~30min即可使用。干荷蓄电池的工艺特点在负极板的铅膏中加入抗氧化剂、负极板在化成后经过水洗和浸渍防氧剂、经特殊工艺干燥处理，提高了负极板上的海绵状纯铅的憎水性和抗氧化性，可以干荷电贮存。免维护蓄电池极板栅架采用铅钙锡合金制成，消除了锑的副作用：自放电少、使用中不需加水；采用袋式PE隔板，可避免活性物质脱落、极板短路：使用寿命长；采用新型安全通气装置：回收水汽外壳由聚丙烯塑料制成：重量轻、体积小。免维护蓄电池的产品特点水份散失少自放电小连接件腐蚀小起动性能好使用寿命长蓄电池的功用1.发动机启动时，向启动机和点火系统供电2.发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。（应用中应避免）3.发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来；4.发电机过载时，协助发电机向用电设备供电5.蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的舒瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定对蓄电池的要求启动发动机时，蓄电池在5～10S内，要向启动机连续供给强大电流（汽油机200～600A，柴油机800～1000A）因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、有足够的启动能力。第二节、蓄电池的构造与型号蓄电池的构造(传统胶壳电池）第二节、蓄电池的构造与型号蓄电池的构造(塑壳干荷电、少维护电池）蓄电池的基本构造（现代免维护蓄电池）蓄电池槽排气盖蓄电池盖端子排气孔蓄电池的基本构造极板隔板外壳电解液极板极板：是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。极板分正极板和负极板两种。正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。极板极板栅架活性物质隔板为了避免相互接触而短路，正负极板之间要用绝缘的隔板隔开。隔板材料应具有多孔性结构，以便电解液自由渗透，而且化学性能应稳定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。电解液铅酸蓄电池的电解液，是由相对密度1.84的纯硫酸和蒸馏水配制而成。密度一般在1.24－1.31g／cm3的范围之内。电解液的纯度是影响蓄电池的电气性能和使用寿命的重要因素，一般工业用硫酸和普通水中，因含有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入到蓄电池中去，否则容易自行放电，并且容易损坏极板。因此，蓄电池电解液要用规定的蓄电池专用硫酸和蒸馏水配制。外壳蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内。蓄电池电压一般有6V和12V两种规格，因此，外壳内由间壁分成3个和6个互不相通的单格。外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动，并具有足够的机械强度。外壳蓄电池的型号、规格蓄电池的产品型号:GB/T5008.2-2005对起动用铅酸蓄电池的规格、外形尺寸、端子位置等进行了详细的规定。GB/T5008.2-2005引用了原机械工业部部颁标准JB2599的规定，铅蓄电地产品型号分为三段。蓄电池的型号、规格以6—QA—60型电池为例：6-----代表电池单格数量为6个Q-----代表汽车起动用蓄电池A-----代表干式荷电，W---代表免维护60----表示电池容量为60Ah奇瑞汽车用蓄电池6-QW-75即是6个单格电池额定电压12伏额定容量75Ah起动型免维护蓄电池奇瑞汽车用蓄电池A11车用L2400电池B11车用6-QW-75电池T11车用6-QW-75电池S11车用6-QW-45电池S21车用6-QW-45电池商标标签内容警示标示标示的含义：1.注意阅读说明书2.注意有腐蚀性液体3.禁止靠近明火和火焰4.对蓄电池进行操作时注意穿戴好防护用品警示标示5.严禁儿童接近6.注意有爆炸性气体7.蓄电池禁止放入垃圾箱8.旧蓄电池应该进行适当的处理，并且可以回收再利用第三节、蓄电池的工作原理及特性双极硫酸盐化理论蓄电池中参与化学反应的物质，正极板上是pbO2负极板上是pb电解液是硫酸水溶液蓄电池放电时，正极板上的pbo2和负极板上的pb都变成pbso4水溶液电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。蓄电池充电时，则按相反的方向变化。一、蓄电池的工作原理蓄电池的化学反应方程式为:1．电动势的建立蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。其反应过程见图1-8所示负极板：铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+Pb-2e→Pb2+电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具有负电位，为-0.1V。电动势的建立正极板：PbO2溶于电解液PbO2+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4→Pb4++4OH-OH-留在电解液中，Pb4+沉附在正极表面,使正极板有+2.0V在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为：E=2.0－(－0.1)=2.1V电动势的建立2、放电过程将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。2、放电过程如果将蓄电池与外电路的负荷接通，电子e从负极板经过外电路的负荷流往正极板，使正极板的电位下降，从而破坏了原有的平衡状态。发生电化学反应。从理论上说，蓄电池这种放电将极板上所有物质全部转变为硫酸铅，但实际转化的只有30-50%。3、充电过程将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程，它是放电反应的逆过程。3、充电过程充电时蓄电池的正负两极接通直流电源当电源电压高于蓄电池的电动势E时，电流由蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出，也就是电子由正极板经外电路流往负极板。这时正负极板发生的化学反应正好与放电过程相反，其化学反应过程如图所示。蓄电池充放电过程结论蓄电池在放电时，电解液中的硫酸将逐渐减少，而水将逐渐增多，电解液相对密度下降。蓄电池在充电时，电解液中的硫酸将逐渐增多，而水将逐渐减少，电解液相对密度增加。在充放电时，电解液浓度发生变化，主要是由于正极板的活性物质化学反应的结果，因此要求正极极处的电解液流动性要好。在装配蓄电池时，应将隔板有沟槽的一面对着正极板，以便电解液流通。二、蓄电池的工作特性蓄电池的静止电动势及基本电特性蓄电池的内阻蓄电池的放电特性蓄电池的充电特性1、蓄电池的静止电动势及基本电特性静止电动势ES蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。开路电压：理论上，开路状态下的端电压并不等于电池的电动势。但是，开路电压在数值上很接近蓄电池的静止电动势，可以用开路电压代替静止电动势。一般规定铅蓄电池的额定开路电压为2.0V。开路电压（静止电动势）公式铅钙电池：ES=0.85+ρ25°C（V）或铅锑电池：ES=0.84+ρ25°C（V）汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之间，因此ES=1.97～2.15（V）1、蓄电池的静止电动势及基本电特性蓄电池端电压的测量：端电压包括开路电压、放电电压和充电电压，取决于蓄电池的工作状况。一般发动机未工作时测量蓄电池电压为开路电压为12V。（12~12.7V)一般发动机工作时测量蓄电池电压为充电电压为14V。(13.8~14.4V)起动时测量蓄电池电压为放电电电压约为8-11V。实际测量时采用放电计模拟启动状态。2、蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律。将完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电，在放电过程中不断地调节外接的电位器，使放电电流保持稳定不变，每隔一定的时间，测量端电压和电解液密度，得到如图所示的放电特性曲线。放电特性曲线2、蓄电池的放电特性（1）开始放电阶段端电压由2.14V迅速下降至2.1V极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。（2）相对稳定阶段端电压由缓慢下降至1.85V极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。2、蓄电池的放电特性（3）迅速下降阶段端电压由1.85V迅速下降至1.75V。放电接近终了时，电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下降。蓄电池放电终了的特征3、蓄电池的充电特性（恒流充电）在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。充电电源必须采用直流电源，以一定的电流人向一只完全放电的蓄电地进行充电。保持充电电流入不变，每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线，如图所示。蓄电池的充电特性（恒流充电）（1）充电开始阶段端电压迅速上升。开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端电压迅速上升。（2）稳定上升阶段端电压缓慢上升至2.4V左右。孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。蓄电池的充电特性（恒流充电）（3）充电末期电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电，充电电流用于电解水，应避免长时间过充电。蓄电池的充满电（恒流充电）的特征端电压上升到最大值2.7V，并在2h~3h内不在增加。电解液相对密度上升到最大值1.28g/cm3蓄电池内产生大量气泡。第四节、蓄电池的生产工艺流程见培训材料。