蓄电池培训资料蓄电池原理（PPT 62页）

铅酸蓄电池延生维护仪系统教学系列之蓄电池原理学习目标了解蓄电池的分类与功用。掌握铅蓄电池的结构组成及选用。了解蓄电池的容量概念及影响因素。了解铅蓄电池的常见故障。掌握铅蓄电池的正确维护与检测方法。2.1概述2.1.1蓄电池的分类蓄电池是一种化学电源，靠其内部的化学反应来储存电能或向用电设备供电。目前燃油汽车上使用的蓄电池主要有两大类：铅酸蓄电池（以下简称铅蓄电池）和镍碱蓄电池。同时，由于人们对燃油汽车排放要求的提高和能源危机的冲击，各国正在不断探索和研制电动汽车，其主要的动力源为新型高能蓄电池。下表列出了各种蓄电池特点。类型优点缺点适用车辆铅酸蓄电池结构简单；价格便宜；内阻小；电压稳定；可以短时间供给起动机强大的起动电流比容量小；使用寿命相对较短一般车辆镍碱蓄电池容量大；使用寿命长；维护简单；能承受大电流放电而不易损坏活性物质导电性差；价格较高使用时间长、可靠性高的车辆电动车蓄电池比容量大；无污染；充、放电性能好；使用寿命长结构复杂；成本高电动汽车2.1.1蓄电池的分类铅蓄电池由于结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛采用。铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种铅蓄电池的特点见下表。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。2.1.1蓄电池的功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。蓄电池的功用：1）起动发动机时，蓄电池向起动系和点火系供电。2）当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池的充电电压时，由蓄电池向用电设备供电。3）当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池的充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能储存起来。4）当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。5）蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电器系统电压的稳定，保护电子元件。2.2铅蓄电池2.2.1铅蓄电池的结构铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，结构如图所示：1－负极柱2－加液孔盖3－正极柱4－穿壁连接5－汇流条6－外壳7－负极板8－隔板9－正极板2.2.1铅蓄电池的结构1．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。极板分为正极板和负极板，均由栅架和活性物质组成。栅架的作用是固结活性物质。栅架一般由铅锑合金铸成，具有良好的导电性、耐蚀性和一定的机械强度。栅架的结构右上图所示。为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，有些铅蓄电池采用了放射形栅架，右下图为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。2.2.1铅蓄电池的结构正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状的纯铅（Pb），呈青灰色。将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板。如右上图所示。将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，如右下图所示。在每个单格电池中，正极板的片数要比负极板少一片，这样每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。1－极板组总成2－负极板3－隔板4－正极板5－极板联条2.2.1铅蓄电池的结构2．隔板隔板插放在正、负极板之间，以防止正、负极板互相接触造成短路。隔板应耐酸并具有多孔性，以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中，木质隔板耐酸性较差，微孔橡胶隔板性能最好但成本较高，微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，因此被广泛采用。3．电解液电解液在蓄电池的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸（H2SO4）与蒸馏水按一定比例配制而成，其密度一般为1.24～1.30g/cm3。2.2.1铅蓄电池的结构电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则粘度增加，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定，下表列出了不同地区和气温下的电解液的密度。另外，电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。气候条件完全充足电的蓄电池25℃时电解液的密度（g/cm3）冬季夏季冬季温度低于－40℃地区1.301.26冬季温度高于－40℃地区1.281.25冬季温度高于－30℃地区1.271.24冬季温度高于－20℃地区1.261.23冬季温度高于0℃地区1.241.232.2.1铅蓄电池的结构4．壳体壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，各单格之间用铅质联条串联起来，如右图所示。壳体上部使用相同材料的电池盖密封，电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，以及测量电解液密度、温度和液面高度。加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。2.2.2免维护蓄电池的特点免维护蓄电池又称MF蓄电池，免维护是指在汽车合理使用期间，不需要对蓄电池进行加注蒸馏水、检测电解液液面高度、检测电解液密度等维护作业。免维护蓄电池特点：1）栅架材料采用铅钙合金，既提高了栅架的机械强度，又减少了蓄电池的耗水量和自放电。2）采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板，将正极板装在隔板袋内，既可避免正极板上的活性物质脱落，又能防止极板短路。因此壳体底部不需要凸起的肋条，降低了极板组的高度，增大了极板上方的容积，使电解液贮存量增多。3）蓄电池内部安装有电解液密度计，可自动显示蓄电池的存电状态和电解液液面的高低。如果密度计的观察窗呈绿色，表明蓄电池存电充足，可正常使用；若显示深绿色或黑色，表明蓄电池存电不足，需补充充电；若显示浅黄色，表明蓄电池已接近报废。如图所示。2.2.2免维护蓄电池的特点4）采用了新型安全通气装置和气体收集器，在孔盖内部设置了一个氧化铝过滤器，可阻止水蒸气和硫酸气体通过，同时又可以使氢气和氧气顺利逸出。通气塞中装有催化剂钯，可促使氢、氧离子重新结合成水回到蓄电池中。1－绿色（充电程度为65％或更高）2－黑色（充电程度低于65％）3－浅黄色（蓄电池有故障）4－蓄电池盖5－观察窗6－光学的荷电状况指示器7－绿色小球2.2.3铅蓄电池的工作原理1．铅蓄电池的静止电动势将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。铅蓄电池的静止电动势Ej：Ej＝0.85+ρ25℃（2-1）式中，Ej-静止电动势，即开路电压（V）；ρ25℃-基准温度（25℃）时，电解液的相对密度（g/cm3）。注意，实测电解液的相对密度，应转换成25℃时电解液的相对密度，转换关系式为：ρ25℃＝ρt+0.00075（t－25）（2-2）式中，ρt-实测电解液相对密度（g/cm3）；t-实测电解液温度（℃）。因为铅蓄电池工作时，电解液密度总是在1.12～1.30g/cm3之间变化，所以每个单格电池的电动势也相应地在1.97～2.15V之间变化。2.2.3铅蓄电池的工作原理2．铅蓄电池的放电当铅蓄电池的正、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。放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb，都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4），沉附在正、负极板上。电解液中H2SO4不断减少，密度下降。理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止，但由于生成的PbSO4沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，因此在使用中被称为放完电蓄电池的活性物质利用率只有20％～30％。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。2.2.3铅蓄电池的工作原理蓄电池放电终了的特征是：（1）单格电池电压降到放电终止电压；（2）电解液密度降到最小许可值。放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低。如下表所示。C20——蓄电池的额定容量。放电电流（A）0.05C200.1C200.25C20C203C20放电时间20h10h3h25min5min单格电池终止电压（V）1.751.701.651.551.502.2.3铅蓄电池的工作原理3．铅蓄电池的充电充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出，这一过程称为充电。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。充电时，正、负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4增多，密度上升。当充电接近终了时，PbSO4已基本还原成PbO2和Pb，这时，过剩的充电电流将电解水，使正极板附近产生O2从电解液中逸出，负极板附近产生H2从电解液中逸出，电解液液面高度降低。因此，铅蓄电池需要定期补充蒸馏水。蓄电池充足电的标志是：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态；（2）电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在2～3h内保持不变。2.2.4铅蓄电池的型号按机械工业部JB2599－85《铅蓄电池产品型号编制方法》标准规定，铅蓄电池的型号分为三部分：如型号6－QA－60代表额定电压12V、额定容量60A·h的起动型干荷电铅蓄电池。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2.3蓄电池的容量及其影响因素2.3.1蓄电池的容量蓄电池容量C等于放电电流If与放电时间tf的乘积：C＝If·tf1．额定容量据国标GB5008.1－91《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定，将充足电的新蓄电池，在电解液温度为25±5℃的条件下，以20小时率的放电电流（即0.05C20安培）连续放电至单池平均电压降到1.75V时，输出的电量称为蓄电池的额定容量，用C20表示。单位为A·h。例：3-Q-90型蓄电池以4.5A（0.05C20＝0.05×90＝4.5A）的电流连续放电至单池平均电压降到1.75V时，若放电时间大于等于20h，则其容量C＝If·tf≥90A·h，达到了额定容量，为合格产品；若放电时间小于20h，则其容量低于额定容量，为不合格产品。2.3.1蓄电池的容量2．储备容量据国标GB5008.1－91《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定，蓄电池在25±2℃的条件下，以25A恒流放电至单池平均电压降到1.75V时的放电时间，称为蓄电池的储备容量。单位为分钟。储备容量表达了在汽车充电系统失效时，蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力。3．起动容量起动容量表征了铅蓄电池在发动机起动时的供电能力，是检验蓄电池质量的重要指标之一。起动容量受温度影响很