模块4 TG型铅蓄电池《客车电气装置》教学课件

《客车电气装置》✩精品课件合集TG型铅蓄电池客车电气装置/BUSELECTRICALINSTALLATIONTG型铅蓄电池TG型铅蓄电池蓄电池是一种化学电源，它可以把电能转变为化学能储存起来，使用时再把化学能转变为电能放出去，前者称作充电，后者称作放电。蓄电池根据极板所用材料和电解液性质的不同，一般可分为酸性（铅）蓄电池和碱性（铁镍或镉镍）蓄电池两种。蓄电池的充、放电是可逆的，可以反复使用，这是蓄电池和其它化学电源的主要区别之一。在我国铁路客车上使用的酸性铅蓄电池为TG型（T表示铁路用，G为本型电池采用管式正极板）。TG型铅蓄电池TG型铅蓄电池的结构如图1-1所示。示意图，不是TG型电池TG型铅蓄电池TG型铅蓄电池示意图，不是TG型电池极柱负极板群正极板群

负极板(深灰色）

正极板(暗棕色）CONTENTS01引言Theintroduction02电解液Theelectrolyte03铅蓄电池的特性Thecharacteristicsoflead-acidbatteries01引言引言1.正极板群为增大蓄电池的容量，获得较大的放电电流，蓄电池的极板由10片组成。每片正极板又由板栅铅芯、套管和作用物质三部分构成。板栅铅芯：含锑5~10%的铅锑合金浇铸而成。套管：用玻璃纤维编织，套在板栅铅芯外面。作用物：灰丹粉（PbO2）、硫酸镁、活性炭。1881年，富尔(Faure)发明了涂膏式极板，但它的一个严重缺陷是铅膏容易从铅板上脱落。1881年末，有人提出了栅形板栅的设计，即将整体的平面铅板改成多孔板栅，将铅膏塞在小孔中。这种极板在保持活性物质不脱落方面比整体平面铅板好）负极板群是由11片涂膏式负极板组成，每片负极板由栅格状基板和铅膏两部分构成。引言2.负极板群基板：含锑量小于12%的铅锑合金铸成栅格状基板。铅膏：灰丹粉、稀硫酸、硫酸钡、腐植酸、碳黑、纯水。在蓄电池极板群的制作中，均令负极板片数比正极板片数多一片，这是由于蓄电池在放电时正极板上的二氧化铅要变成硫酸铅，作用物质体积发生膨胀，如果正极板和负极板数量相同，放电时最外侧的一块正极板只一面发生作用，易产生单面膨胀造成极板弯曲。引言新造蓄电池在工厂内要进行化成充电，其目的是要使两极板上的作用物质（此时的极板为生板）电化成有用的作用物质，即正极板上为多孔性的PbO2，负极板上为海绵状铅，同时具有疏松适度的结构。（在化成过程中，负极被氧化，正极被还原，负极板一般为深灰色，正极板为暗棕色）。经化成后的正、负极板群，在其极板表面不仅积聚了有效的作用物质，而且也构成了电池在充放电过程中的电流通路。引言3.隔板隔板用来隔离正、负极板，防止它们互相短接。隔板有水隔板、玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板、塑料隔板等隔板的作用是储存电解液，气体通道，使正、负极间的距离缩到最小而互不短路；隔板可以防止极板的弯曲和变形，防止活性物质的脱落，要起到这些作用，就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易变形、绝缘性能要好，并且有良好的亲水性及足够的机械强度。引言4.电池槽电池槽是盛装极板群和电解液的容器，用硫化硬橡胶制成，槽底部做有支持极板的垫脚用以防止作用物脱落造成极板底部短连。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。引言5.电池盖及浮标电池盖及浮标。电池盖上有极柱孔、注液孔及浮标孔，浮标孔盖中央处装有浮标套、浮标和浮标孔盖。是指示电解液液面高度的装置，它的上部有三条指示线，中间为蓝色，其它两条为红色。浮标当蓝色指示线与浮标孔盖顶面在同一水平时，表示液面高度合适，当上端或下端红线与浮标孔盖顶面在同一水平线时,表示液面高度已达到最低或最高限，遇此情况应对液面高度进行调整。注液孔注液孔盖旋下后可以给电池补液，充电时电池内产生的气体可从排气孔排出。蓄电池全部组装好后，用沥青将盖与槽封固，防止进入灰尘和电解液溢出。上旋有注液孔盖，其侧面有排气孔。引言6.铅蓄电池的工作原理（简化）(1)放电过程Pb2++

SO42--2e-Pb4++

SO42-+2e-PbSO4PbSO4PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4正极活性物负极活性物负极生成物正极生成物电解液电解液生成物放电过程是化学能变成电能的过程，这时正极的活性物质PbO2变为PbSO4，负极的活性物质海绵铅变为PbSO4，电解液中H2SO4分子不断减少，逐渐消耗生成H2O，H2O分子相应增加，电解液的相对密度降低。(2)充电过程引言6.铅蓄电池的工作原理（简化）充电过程即将电能变成化学能。正、负极板上的有效物质逐渐恢复，电解液H2SO4比重逐渐增加，所以从比重升高的数值也可以判断它充电的程度。电解液中，正极不断产生游离的H+和SO42-，负极不断产生SO42-，在电场的作用下，H+向负极移动，SO42-向正极移动，形成电流。PbSO4+

2e-Pb+SO42-PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42-PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4正极物质负极物质负极生成物正极生成物电解液电解液生成物引言当蓄电池放电时，蓄电池的放电应放到规定的终止电压而停止，即蓄电池不宜过度放电(简称过放电)

蓄电池过放电时，容易使和有效作用物质混在一起的微小硫酸铅结晶形成较大的晶粒，增大极板电阻，再充电时就很难还原，甚至结晶到一定程度后，将导致蓄电池容量严重下降。当蓄电池充电终期时，由于正负极板上的硫酸铅(PbSO)大部分已被还原成二氧化铅(PbO)和海绵状铅(Pb)，若再继续充电，充电电流只能起到分解水的作用，结果在负极板上有氢气(H↑)逸出，在正极板上则有氧气(0↑)逸出，造成强烈的冒气现象。因此，蓄电池充电终期应注意充电电流不宜过大，否则，产生强烈气泡，造成极板上的作用物质脱落，影响蓄电池的寿命。蓄电池不宜过度放电蓄电池不能过充电2H2O2H2+O2应注意02电解液电解液铅蓄电池的电解液是用浓硫酸和纯水按一定比重调制而成的稀硫酸。所用的浓硫酸含硫酸量为93.2%。所用的水必须是经过净化的水（如蒸馏水），不能用自来水和其他天然水代替。电解液它是电池进行电化学反应的参加物和内部导电的条件。其中蒸馏水中氯离子含量不得大于5.5mg/L，铁离子含量不得大于5.0mg/L，蓄电池用蒸馏水作电导实验时，其绝缘值应大于或等于0.3MΩ。03铅蓄电池的特性铅蓄电池的特性铅蓄电池的特性1.电动势铅蓄电池的电动势，是电池在外电路开路时测得的端电压，亦称开路电压。式中d是电解液在极板有效物质细孔中的比重值（15℃），不是极板间电解液的比重。（故测量蓄电池比重值时应让蓄电池静置2h，此时可认为极板作用物质细孔中和电池槽中电解液的比重大致相同。）在充电或放电终了后的一段不长的时间内，蓄电池的电动势在充电后略有降低，在放电后则略有升高。蓄电池的电动势在静态时均为2．00～2．06V，一般按2V左右计算。说明：（1）铅电池电动势主要由正极板决定。（2）电动势大小只与电池极板上有效物质的电化性质和电解液的浓度（或离子浓度）有关。E=0.85+d（V）在实际运用中，可按下式计算：（1）充电过程铅蓄电池的特性2.端电压蓄电池的端电压，是指它在闭路时两极间的电压。蓄电池的端电压与电池的充放电状态有关，放电时端电压降低，充电时端电压升高，相差的数值等于放电电流或充电电流在电池内阻上的电压降。充电过程中端电压的变化铅蓄电池以定电流进行充电时，其端电压的变化如图所示。在充电初期（0-a段），电池的端电压升得很快，时间较短；充电中期（a-b段），端电压缓慢升高，时间长；到d点后，电解液沸腾，电压稳定在2.7V左右，故应停止充电，蓄电池的端电压最后慢慢降到2.06V左右的稳定状态。充电终期（b-c-d段），端电压很快上升，大量水被电解，在两极板上有很多气泡产生。（2）放电过程铅蓄电池的特性放电过程端电压的变化充电后的电池，如用稳定不变的电流进行连续放电，则端电压的变化情况，如图所示。放电初期（0-a段），电压下降很快；放电中期（a-b段），端电压缓慢的降低；曲线中的c点，是电池电压急剧下降临界点，称为蓄电池放电终止电压，是放电时电压的最低限度，超过这个限度，继续放电被称为过放电，会造成电势急剧下降（c-d段的虚线），这时由于极板物质全部变成坚硬的硫酸铅，会造成充电困难，电池容量显著下降，也称为极板硫化，影响电池寿命。放电末期（b-c段），端电压很快下降。至c点（电压为1.8V左右），放电便告终了，则蓄电池电压将回升到2V左右（c-e段）。铅蓄电池的特性蓄电池由充电充足状态，放电至规定的终止电压时所放出的总电量称为蓄电池的容量，它表现出蓄电池的贮电能力。当蓄电池以恒定电流放电时，它的容量C等于放电电流I放和放电时间T放的乘积，单位为A•h，即：C=I放×T放3.容量铅蓄电池的特性（1）放电电流越大，电池容量越小（2）电解液温度越低，电池容量越小原因：放电过程产生的化合物如硫酸铅形成速度过快，影响电解液向极板内层渗透，使极板活性物质利用率降低。原因：随着温度的降低，电解液粘度增加，影响化学反应的效率。蓄电池是通过化学反应产生电能，因此，电池容量取决于电极里所含活性物质的量。一般影响蓄电池容量的因素：（3）连续放电比间歇放电容量小原因：连续放电使得电解液向极板内扩散不充分。（1）放电率铅蓄电池的特性蓄电池在一定电流下，放电到终止电压所能持续的时间称放电率。例如一只315Ah容量的蓄电池，以52.5A电流放电，6h后到达终止电压。此时，如用电流表示放电率，称为52.5A；如以时间表示则称为6小时率。一般蓄电池放电率多用时间表示。同一蓄电池放电率不同时容量不同，放电电流大时放出的电量少，放电电流小时放出的电量多。一般电池的标称容量，均指在规定的放电率下所放出的电量。客车蓄电池考虑到停车时放电电流较大，采用了6小时放电率。（2）电解液温度铅蓄电池的特性蓄电池电解液温度不同时容量不同。当电解液温度高时，蓄电池容量增大，当电解液温度低时，电池容量下降。因此，确定蓄电池的容量时，应注意到电解液的温度条件。客车用TG型蓄电池的标称容量是以电解液平均温度30℃（6小时率）时的放电容量作为标准。铅蓄电池的特性4.内阻主要是作用物质的电阻和电解液的电阻。影响电池内阻的因素有两个与温度有关：t↑→内阻r↓与充放电程度有关：充电时减少，放电时增加。造成铅蓄电池自放电的因素很多，如负极板海绵状铅的自动溶解，正极板二氧化铅的自动还原和电解液中混有有害杂质等，都能引起自放电的产生。在电解液中添加一些添加剂，可