第1单元汽车用蓄电池学习.docVIP

第一单元 汽车用蓄电池1-1 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200600A有的柴油机起动电流达1000A。1-1-1 蓄电池的分类 汽车上一般采用铅酸蓄电池，其主要目的使启动发动机。车用蓄电池可分为以下4种：湿荷电蓄电池干荷电蓄电池少维护蓄电池免维护蓄电池。1-1-2 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1-2 蓄电池结构一、铅蓄电池的构造 铅蓄电池主要由极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等部分组成。如图11所示。壳体一般分隔为3个或6个单格，每个单格均盛装有电解液，插入正负极板组便成为单体电池。每个单体电池的标称电压为2V，将3个或6个单体电池串联后便成为一只6V或12V蓄电池总成。 1正、负极板 极板分正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成。蓄电池充、放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。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纯铅(Pb)，呈青灰色。 栅架的作用是容纳活性物质并使极板成形，一般由铅锑合金浇铸而成。铅锑合金中，含锑685，加入锑是为了提高栅架的力学性能并改善浇铸性能，但易引起蓄电池的自放电和栅架的膨胀、溃烂。因此，栅架的生产材料将向低锑(含锑量小于3)、甚至不含锑的铅钙合金发展。 国产正极板的厚度为22mm、负极板为18mm。国外大多采用薄型极板，厚度为lmm15mm。薄型极板可以提高蓄电池的体积比能量、重量比能量，改善蓄电池的起动性能。为增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联焊接，组成正、负极板组，如图1-1。横板上联有极柱，各片间留有空隙。安装时正负极板相互嵌合，中间插入隔板。由于正极板的力学性能差，所以，在每个单体电池中，负极板的数量总比正极板多一片，这样正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，不致造成正极板拱曲变形。 2隔板 为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正负极板应尽可能地靠近；为了避免彼此接触而短路，正负极板之间要用隔板隔开。隔板材料应具有多孔性和渗透性，且化学性能要稳定，即具有良好的耐酸性和抗氧化性。常用的隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。木质隔板价格低，但耐酸性能差。在硫酸和高温作用下易炭化发黑变脆。微孔塑料(聚氯乙烯、酚醛树脂)和微孔橡胶隔板耐酸、耐高温性好，因而使用较多。 玻璃纤维隔板常和木质、微孔塑料等隔板组合使用。使用时应将玻璃纤维隔板靠近正极板以防止活性物质脱落，提高蓄电池的使用寿命，但由于操作工艺复杂而逐渐被淘汰。安装时隔板上带沟槽的一面应面向正极板，这是因为正极板在充、放电过程中化学反应激烈，沟槽能使电解液较顺利地上下流通。同时，使正极板上脱落的活性物质顺利地掉入壳底槽中。在新型蓄电池中，还将微孔塑料隔板制成袋状紧包在正极板外部，可进一步防止活性物质脱落避免极板内部短路并使组装工艺简化。 3壳体 蓄电池的壳体是用来盛放电解液和极板组的，应由耐酸、耐热、耐震、绝缘性好并且有一定力学性能的材料制成。早期生产的起动型蓄电池大都采用硬橡胶壳体，近年来大都采用聚丙烯塑料壳体。塑料壳体具有较好的韧性，壁薄而轻(壁厚仅35mm，而胶壳壁厚达lOmm左右)，且制作工艺简单，生产效率高，容易热封合，不会带进任何有害杂质具有外形美观、透明，成本低等优点。 壳体为整体式结构，壳体内部由间壁分隔成3个或6个互不相通的单格，底部有突起的肋条以搁置极板组。肋条之间的空间用来积存脱落下来的活性物质，以防止在极板间造成短路，极板装入壳体后，上部用与壳体相同材料制成的电池盖密封。在电池盖上对应于每个单格的顶部都有一个加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，也可用于检查电解液液面高度和测量电解液相对密度。加液孔平时旋人加液孔螺塞以防电解液溅出，螺塞上有通气孔可使蓄电池化学反应放出的气体(H：和O：等)能随时逸出。硬橡胶壳体一般采用单体盖密封，即每个单格电池上装一个盖，盖上有三个孔，两侧圆孔作为极柱孔，中间为加液孔，电池盖和容器顶部用沥青封口剂密封。聚丙烯塑料壳体电池盖都采用整体式结构，盖上有3个(6V电池)或6个(12V电池)加液孔，两个正负极柱穿出孔，盖和容器的密封采用粘结剂粘合或热熔连接。 4电解液 电解液在电能和化学能的转换过程即充电和放电的电化学反应中起离子间的导电作用并参与化学反应。它由密度为1.84gml的纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，而其密度一般为1.241.30gml。配制电解液必须使用耐酸的器皿，切记只能将硫酸慢慢地倒人蒸馏水中并不断搅拌。 电解液的纯度是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要因素。因此，电解液的配制应严格选用GB45541984标准的二级专用硫酸和蒸馏水。工业用硫酸和一般的水中因含有铁、铜等有害杂质，会增加自放电和损坏极板，故不能用于蓄电池。 5单体电池的串接方式 蓄电池一般都由3个或6个单体电池串联而成，额定电压分别为6V或12V。单体电池的串接方式一般有传统外露式、穿壁式和跨越式三种方式，如图12所示。早期的蓄电池大多采用传统外露式铅连接条连接方式，如图12a所示。这种连接方式工艺简单，但耗铅量多，连接电阻大，因而起动时电压降大、功率损耗也大，且易造成短路。新型蓄电池则采用先进的穿壁式或跨越式连接方式。穿壁式连接方式如图12b所示，它是在相邻单体电池之间的间壁上打孔供连接条穿过，将两个单体电池的极板组极柱连焊在一起。跨越式连接如图12c所示，在相邻单体电池之间的间壁上边留有豁口，连接条通过豁口跨越间壁将两个单体电池的极板组极柱相连接，所有连接条均布置在整体盖的下面。穿壁式和跨越式连接方式与传统外露式铅连接条连接方式相比，有连接距离短、节约材料、电阻小、起动性能好等优点，且连接条损耗减少80，端电压提高0.150.4V，节约材料50以上，因而得到广泛的应用。 二、蓄电池的规格型号 蓄电池的型号按JB25991985起动型铅蓄电池标准规定，其产品型号的编制和含义如下：串联的单格电池数-蓄电池类型-蓄电池特征-额定容量-特殊性能1)串联的单体电池数用阿拉伯数字表示。 2)蓄电池类型是根据其主要用途来划分的。如起动用蓄电池代号为“Q”，摩托车用蓄电池代号为“M”。 3)蓄电池特征为附加部分，仅在同类用途的产品中具有某种特征而在型号中又必须加以区别时采用。当产品同时具有两种特征时，原则上应按表11的顺序将两个代号并列标志。产品特征代号见表11所示。 4)额定容量是指20h率额定容量，单位为Ah，用阿拉伯数字表示。 5)在产品具有某些特殊性能时，可用相应的代号加在产品型号的末尾。如G表示高起动率电池，S表示塑料外壳电池。表1-1产品特性代号 序号 产品特征 代号 rfg- 产品特征 代号 序号 产品特征 代号 序号 产品特征 代号 123 干荷电 湿荷电 免维护 AHW 456 少维护 防酸式 密闭式 SFM 789 半密闭式 液密式 气密式 BYQ 101112 激活式 带液式 胶质电解液 IDJ 例如： 1)3一Q一75：由3个单体电池组成，额定电压为6V，额定容量为75Ah的起动用蓄电池。 2)6一QA一105G：由6个单体电池组成，额定电压为12V，额定容量为105Ah的起 动用干荷电高起动率蓄电池。 3)6一QAW一100：由6个单体电池组成，额定电压为12V，额定容量为100Ah的起动用干荷电免维护蓄电池。 1-3 蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理 蓄电池是由浸渍在电解液中的正极板(二氧化铅Pb02)和负极板(海绵状纯铅Pb)组成的，电解液是硫酸(H2S04)的水溶液。当蓄电池和负载接通放电时，正极板上的Pb02 和负极板上的Pb都变成PbS04，电解液中的H2S04减少，相对密度下降。 充电时按相反的方向变化，正负极板上的PbS04分别恢复成原来的Pb02和Pb，电解液中的硫酸增加，相对密度变大。如略去中间的化学反应过程，可用下式表示：Pb02+Pb十2H2S04=2PbS04+2H20 (11)1电势的建立 当极板浸入电解液时，在负极板处，金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶液，生成Pb2+，在极板上留下两个电子2e，使极板带负电；另一方面，由于正、负电荷的吸引，Pb2+有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便停止，此时极板具有负电位，约为-0.1V。 正极板处，少量Pb02溶入电解液，与水生成Pb(OH)：，再分离成四价铅离子和氢氧根离子。 即 Pb02+2H20-Pb(OH)4Pb(OH)4=Pb4+4(OH)- 由于Pb4+沉附于极板的倾向，大于溶解的倾向，因而沉附在正极板上，使极板呈正电位。当达到平衡时，约为+2.0V。因此，当外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的静止电动势约为： E0=2.0-(-0.1)=2.1V2铅蓄电池的放电 当蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流往负极(即电子从负极到正极)，使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。放电时的化学反应过程如图13所示。 在正极板处，Pb4+和电子结合，变成二价铅离子Pb2+，Pb2+与电解液中的SO42-结合生成PbS04沉附于极板上。 即 Pb4+2e- Pb2+Pb2+ SO42-=PbSO4在负极板处，Pb2+与电解液中的SO42-结合也生成PbS04沉附在负极板上，而极板上的金属铅继续溶解，生成Pb2+和电子。如果电路不中断，上述化学反应将继续进行，使正极板上的Pb02和负极板上的Pb都逐渐转变为PbS04，电解液中的PbS04逐渐减少而水增多，故电解液相对密度下降。 理论上，放电过程应进行到极板上的活性物质全部变为硫酸铅为止，而实际上是不可能的，因为电解液不能渗透到活性物质的最内层。使用中，所谓放完电的蓄电池，实际上只有2030的活性物质变成了硫酸铅，因此采用薄型极板，增加多空率，提高极板活性物质的利用率可提高蓄电池的容量，也是蓄电池工业的发展方向。 3铅蓄电池的充电 充电时，应将蓄电池接直流电源。当电源电压高于蓄电池电动势时，在直流电源电压作用下，电流从蓄电池正极流人，负极流出(即驱使电子从正极经外电路流人负极)。这时正负极板发生的反应正好与放电过程相反，其化学反应过程如图14所示。 在负极板处有少量的PbS04进入电解液中，离解为Pb2+和SO42-。Pb2+在电源的作用下获得两个电子变为金属Pb，沉附在极板上。而SO42-则与电解液中的H+结合，生成硫酸。 即： PbS04-Pb2+SO42- Pb2+2e-PbSO42-+2H+-H2S04 (13)负极板上总的反应式为： PbS04+2e+2H+-Pb+H2SO4 (14)正极板处，也有少量PbS04进入电解液中，离解为Pb2+和SO42-，Pb2+在电源作用下失去两个电子变为Pb4+，它又和电解液中水离解出来的OH结合，生成Pb(OH)4，Pb(OH)4又分解为Pb02和H20，而SO42-又与电解液中的H+结合生成硫酸。 其反应式如下： PbS04- Pb2+ SO42-Pb2+-2e- Pb4+4H20-4H+4OH Pb4+4 OH-Pb(OH)4Pb(OH)4- Pb02+2H202SO42-+4H+- 2H2S04正极板上的总反应为： PbS042e+2H20+ SO42-Pb02+2H2S04 (15)可见，在充电过程中，正负极板上的PbS04将逐渐恢复为Pb02和Pb，电解液中硫酸成分逐渐增多，水逐渐减少。 充电终期，密度将升到最大值，且会引起水的分解，水分解的化学反应式如下： 2H2S04 -4H+ SO42-负极上：4H+4e-2H2正极上：2SO42-4e+2H20-2H2S04+O2总反应为：2H2S04+2H20-2H2S04十2H2+O2(16)由上式可见，实际上分解的是水：2H20-2H2+02 (17)1-4 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性主要包括蓄电池的电动势、内电阻以及充、放电特性。 1静止电动势 静止电动势是指蓄电池在静止状态(不充电也不放电)下正负极板之间的电位差(即开路电压)，用正。表示。它的大小与电解液的相对密度和温度有关，当相对密度在10501300的范围内时，可由下述经验公式计算其近似值： E0=0.85十25摄氏度的电解液相对密度(18)汽车用蓄电池的电解液相对密度在充电时增高，放电时下降，一般在112130之间波动，因此，蓄电池的静止电动势也相应地变化在197215V之间。 2内电阻 蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力。在相同的条件下，内电阻越小，输出电流越大，带负载能力越强。蓄电池的内电阻为极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条和极柱电阻的总和，用R0表示。 极板电阻一般很小，并且随极板上的活性物质的变化而变化。充电后电阻变小，放电后电阻变大，特别是在放电终了，由于有效活性物质转变为硫酸铅，则电阻大大增加。 隔板电阻因所用的材料而异。木质隔板比微孔橡胶隔板、微子L塑料隔板的电阻大。另外，隔板越薄，电阻越小。 图15所示为电解液内阻随相对密度变化的关系曲线。相对密度为1.2时(15摄氏度)，硫酸的离解度最好，粘度较小，电阻也最小。 连接条电阻与单体电池的连接形式有关。传统外露式铅连接条电阻比内部穿壁式、跨越式连接的电阻要大。 一般来说，起动型铅蓄电池的内电阻是很小的(单体电池的内电阻约为0011欧姆)，在小负荷工作时对蓄电池的电力输出影响很小，但在大电流放电时(如起动发动机时)，如内阻过大，则会引起端电压大幅度下降而影响起动性能。 全充足电的蓄电池在温度为20C时的内阻可按下述经验公式计算其近似值 R0=Ue/（17.1*C20）(110)式中，Ue是蓄电池额定电压，单位为V；C20是蓄电池额定容量，单位Ah。 3充电特性 蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压U，和电解液密度等参数随充电时间变化的规律。图16所示为一只6-Q-105型蓄电池以10.5A的充电电流进行充电的特性曲线。 充电时电源电压必须克服蓄电池的电动势正和蓄电池内阻产生的电压降ICR0，因此，充电过程中蓄电池的端电压总是大于蓄电池的电动势正，即:UC=E+ ICR0 ?(111)由于采用恒流充电，单位时间内所生成的硫酸量相等。所以，电解液相对密度随时间成直线上升，静止电动势正。也由于相对密度的不断上升而增加。 由图16还可看出，在充电开始后蓄电池的端电压U，便迅速上升，这是因为充电时活性物质和电解液的作用首先是在极板的孔隙中进行的，生成的硫酸使孔隙内的电解液相对密度迅速增大所致。以后随着生成的硫酸量增多，硫酸将开始不断地向周围扩散，当继续充电至极板孔隙内析出的硫酸量与扩散的硫酸量达到平衡时，蓄电池的端电压就不再迅速上升，而是随着整个容器内电解液相对密度的上升而相应地增高。 当充电接近终了时，蓄电池端电压将达到2.32.4V，这时极板上的活性物质最大限度地转变为二氧化铅(Pb02)和海绵状铅(Pb)，再继续充电，电解液中的水将开始分解而产生氢气和氧气，以气泡的形式剧烈放出，形成所谓的“沸腾”状态。由于氢离子在极板上与电子的结合不是瞬间完成而是缓慢进行的，于是靠近负极板处会积存有较多的正离子H+，使溶液和极板之间产生了附加电位差(也称氢过电位，约0.33V)，因而使端电压急剧升至2.7V左右。此时应切断电路停止充电，否则，将造成蓄电池的过充电。过充电时，由于剧烈地放出气泡，会在极板内部造成压力，加速活性物质的脱落，使极板过早损坏。所以，应尽量避免长时间的过充电。但在实际充电中，为了保证将蓄电池充足，往往需要23h的过充电才行。 全部充电过程中，极板孔隙内的电解液密度比容器中的电解液相对密度稍大一些。因此，蓄电池的电动势E总是高于静止电动势Eo。充电停止后，由于Ic=0,端电压Uc立即下降，极板孔隙内电解液和容器中的电解液密度趋向平衡，因而蓄电池的端电压又降至2.1V左右。 蓄电池充电终了的特征是： 1)蓄电池内产生大量气泡，呈“沸腾”状。 2)端电压和电解液相对密度均上升至最大值，且23h内不再增加。 4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Uf和电解液相对密度p等参数随时间而变化的规律。图17所示为一只6一Q一105型蓄电池的放电特性曲线。 由于放电过程中电流是恒定的，单位时间内所消耗的硫酸量相同，所以，电解液的相对密度沿直线下降。相对密度每下降0.030.038，则蓄电池约放电25。 放电过程中，由于蓄电池内阻R。上有压降，所以，蓄电池的端电压仍总是小于其电动势E,即 Uf=E-If*R(112)式中， Uf是放电时蓄电池的端电压；E是放电时蓄电池的电动势；If是放电电流；R是蓄电池的内阻。 随着放电程度的增加，电解液相对密度不断下降，电动势E也下降，同时内阻R。增加，故端电压Uf将逐渐下降。放电时由于孔隙内的电解密度小于外部电解液密度，因此放电时的电动势E总是小于静止电动势E。 由图17中可见，放电开始时，其端电压从2.1V迅速下降，这是由于极板孔隙中的硫酸迅速消耗，密度降低的缘故。这时容器中的电解液便向极板孔隙内渗透，当渗入的新电解液完全补偿了因放电时化学反应而消耗的硫酸量时，端电压将随整个容器内电解液相对密度的降低而缓慢地下降到1.95V。接着电压又迅速下降至1.75V，此时应停止放电，如继续放电，电压将急剧下降。这是由于放电接近终了时，化学反应深入到极板的内层，而放电时生成的硫酸铅较原来活性物质的体积为大(是海绵状铅的2.68倍，是二氧化铅的1.86倍)，硫酸铅聚积在极板孔隙内，缩小了孔隙的截面积，使电解液的渗入困难，因而极板孔隙内消耗掉的硫酸难以得到补充，孔隙内的电解液相对密度便迅速下降，端电压也随之急剧下降。 当端电压降至一定值时(20h放电率单格电压降至1.75V)再继续放电即为过度放电。过度放电对蓄电池是有害的，因为孔隙中生成的粗结晶硫酸铅，充电时不易还原，而使极板硫化，容量下降。 停止放电后，由于极板孔隙中的电解液和容器中的电解液相互渗透，趋于平衡，蓄电池的端电压将有所回升。 蓄电池放电终了的特征是： 1)电解液相对密度下降到最小许可值(约1.1)。 2)单体电池的端电压降至放电终止电压(以20h放电率放电，单格电压降至1.75V； 10h放电率放电，单格电压降至1.7V)。 容许的放电终止电压与放电电流强度有关，放电电流越大，则放完电的时间越短，而允许的放电终止电压越低，见表12。 放电情况 放电率 20h 10h 3h 30min 5min 放电电流的大小 0.057C20 0.1C20 0.25C20 C20 3C20 单格电池终止电压V L75 1.70 1.65 1.55 1.5 1-5蓄电池的容量一、蓄电池容量 蓄电池的容量是指在规定的放电条件下，完全充足电的蓄电池所能放出的电量，用“C”表示。蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标。 蓄电池的容量采用Ah(安时)来计量。即容量等于放电电流与持续放电时间的乘积，用下式表示： C=If*tf(113)式中，C是蓄电池容量(Ah)；If是放电电流(A)；tf放电持续时间(h)。 蓄电池的容量与放电电流、放电持续时间及电解液温度有关。因此，蓄电池出厂时规定的额定容量是在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下取得的。我国国家标准GB5008.11991起动用铅酸蓄电池技术要求和试验方法规定以20h放电率额定容量作为起动型蓄电池的额定容量。 1.额定容量 额定容量是指完全充电的蓄电池，在电解液温度为255摄氏度，密度为1.280.01gml时，以20h放电率的放电流连续放电到12V蓄电池端电压降到10.50上0.05V、6V蓄电池端电压降到5250.02V时所输出的电量，用C20表示，单位是Ah。 例如，6-Q-105型蓄电池，在电解液平均温度为25时，以525A的电流连续放电20h后，端电压降至10.50V，其20h率额定容量则为：C20=5.25*20=105Ah。 2储备容量 国际蓄电池协会和美国汽车工程师协会(SAE)规定了另外一种蓄电池容量表示法，即储备容量表示法，我国GB5008.11991标准也对储备容量的定义和试验方法做了有关规定。 蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25C2C时，以25A电流放电至12V蓄电池端电压达10.50V0.05V、6V蓄电池端电压达5.25V0.02V时，放电所持续的时间，用C。表示，单位为min。它说明当汽车充电系统失效时，汽车尚能持续提供25A电流的能力。 例如，北京切诺基BJ/XJ213型越野车原装蓄电池58390型或58475型，其储备容量分别为75min和82min。 二、影响蓄电池容量的主要因素 蓄电池的容量与很多因素有关，归纳起来可分为两类：一类是与生产工艺及产品结构有关的因素，如活性物质的数量、极板的厚薄、活性物质的孔率等；另一类是使用条件，如放电电流、电解液温度和电解液相对密度等。 (一)产品结构因素 1极板上活性物质的数量 要得到1Ah的电量，负极板上要有3.866g铅，正极板上要有4.4463g二氧化铅，电解液中要有3.66g硫酸。从理论上讲，活性物质越多，则容量应越大。实际上，正负极板上只有大约55一60的活性物质参加反应，当活性物质的数量确定后，其他因素对容量的影响就是对活性物质的利用率的影响了。极板面积越大，片数越多，则同时和硫酸起化学反应的活性物质就越多，容量就越大。国产蓄电池极板面积已统一，每对极板面的容量为7.5Ah。所以，极板数量与容量的关系可用下式进行计算： C20=7.5*(N1)(114)式中，C20是额定容量(Ah)；N是单格电池中正负极板的总片数。 2极板的厚度 极板越厚，电解液向极板深处的扩散越困难，活性物质越不易参与反应。因此，减小极板厚度可以提高活性物质的利用率。例如，采用厚度为1.7mm的薄型极板，则蓄电池在相同体积的情况下，容量可提高40左右。 3.活性物质的孔率 孔率即活性物质的孔隙多少，孔率越大，硫酸溶液扩散渗透越容易，则容量可相应提高。但如果孔率过大，则单位面积活性物质的数量要减少，容量却反而会下降。 4活性物质的真实表面积 活性物质的真实表面积包括活性物质与电解液直接接触的表面积和细孔内的表面积。极板的真实表面积要比极板的几何尺寸计算面积大得多(几百倍)，真实表面积大，容量可相应提高。 5极板中心距 极板中心距小，可以减小蓄电池的内电阻，所以，在保证有足够的硫酸量的前提下，缩小极板中心距可以提高蓄电池的容量。 (二)使用条件对蓄电池容量的影响 1放电电流的影响 根据实验，放电电流越大，则电压下降越快，至终止电压的时间越短，因而容量越小。 图18所示是6-Q-135型蓄电池在不同放电电流情况下的放电特性。因为大电流放电时，极板表面活性物质的孔隙会很快被生成的硫酸铅所堵塞，使极板内层的活性物质不能参加化学反应，因此，放电电流增大，蓄电池的容量减小。图19所示是3-Q-75型蓄电池在电解液温度为30时，容量与放电电流的关系。 2电解液温度的影响 温度降低则容量减小，这是由于温度降低时，电解液的粘度增加，渗入极板内部困难；同时电解液电阻也增大，使蓄电池内阻增加，电动势消耗在内阻上的压降增大，蓄电池端电压降低，容量因此减小。图110所示为3-Q-75型蓄电池以225A的电流放电，当电解液温度为+30和-18C时，蓄电池端电压与放电时间的关系。图1-11为3-Q-75型蓄电池以225A的电流放电，在不同温度下所输出的容量。 根据GB500811991标准，蓄电池额定容量是指电解液温度为25时的20h率容量。 温度每下降1，缓慢放电时的容量约减少1，迅速放电时约减少2。 由于温度对蓄电池放电时的端电压和容量有较大影响，因此，在寒冷地区应特别注意蓄电池的保温。 3电解液密度的影响 适当增加电解液的相对密度，可以提高电解液的渗透速度和蓄电池的电动势，并减小内阻，使蓄电池的容量增大。但相对密度超过某一数值时，由于电解液粘度增大使渗透速度减低，内阻和极板硫化增加，又会使蓄电池的容量减小。电解液相对密度和容量的关系，如图112所示。起动用蓄电池一般使用相对密度为1.26 1.29的电解液。 1-6蓄电池的常见故障及排除方法蓄电池在使用中所出现的故障，除材料和制造工艺方面的原因之外，在很多情况下是由于维护和使用不当而造成的。蓄电池的内部故障有极板硫化、活性物质脱落、内部短路和自放电等。 一、极板硫化 蓄电池长期充电不足或放电后长时间未充电，极板上会逐渐生成一层白色粗晶粒的硫酸铅在正常充电时不能转化为二氧化铅和海绵状铅，这种现象称为“硫酸铅硬化”，简称“硫化”。这种粗而坚硬的硫酸铅晶体导电性差、体积大，会堵塞活性物质的细孔，阻碍电解液的渗透和扩散，使蓄电池的内阻增加，起动时不能供给大的起动电流，以致不能起动发动机。 硫化的极板表面上有较厚的白霜，充、放电时会有异常现象，放电时蓄电池容量明显下降，用高率放电计检查时，单格电压急剧降低；充电时单格电压上升快，电解液温度迅速升鬲，但密度却增加很慢，且过早出现“沸腾”现象。 产生疏化的主要原因是： 1)蓄电池长期充电不足，或放电后未及时充电，当温度变化时，硫酸铅发生再结晶的结果。在正常情况下蓄电池放电时，极板上生成的硫酸铅晶粒比较小，导电性能较好，充电时能够完全转化而消失。但若长期处于放电状态，极板上的硫酸铅将有一部分溶解于电解液中，温度越高，溶解度越大。而温度降低时，溶解度减小，出现过饱和现象，这时有部分硫酸铅就会从电解液中析出，再次结晶生成大晶粒硫酸铅附着在极板表面上。 2)电池内液面太低，使极板上部与空气接触而强烈氧化(主要是负极板)。在汽车行驶的过程中，由于电解液的上下波动与极板的氧化部分接触，也会形成大晶粒的硫酸铅硬层，便极板的上部硫化。 3)电解液相对密度过高，电解液不纯、外部气温剧烈变化时也将促进硫化。因为电解液相密度过高时，电池内部放电加快，同时浓硫酸侵袭极板而使之变为硫酸铅的作用加强，使之极板容易硫化。 目此，为了避免极板硫化，蓄电池应经常处于充足电状态，放完电的蓄电池应及时送去充电，电解液相对密度要恰当，液面高度应符合规定。 对于已硫化的蓄电池，较轻者可按过充电方法进行处理，较严重者可用小电流充电法或去硫化充电法消除硫化。 二、自行放电 充足电的蓄电池，放置不用会逐渐失去电量，这种现象称为蓄电池的“自行放电”。 若一昼夜容量损失不超过0.7时，属于正常自行放电。铅蓄电池的正常自行放电是由于蓄电池本身因素所造成的一种不可避免的现象。若一昼夜自行放电量超过了23时，则属于故障性自行放电，这主要是由于使用维护不当所造成的。造成故障性自行放电的原因很多，主要有以下几个方面： 1)电解液杂质含量过多，这些杂质在极板周围形成局部电池而产生自行放电。例如，当电解液中含铁量达1时，一昼夜会将蓄电池全部放电。 2)蓄电池内部短路引起的自行放电。例如，隔板或壳体隔壁破裂、极板活性物质大量脱落而沉于极板下部，都将使正负极板短路而引起自行放电。 3)蓄电池盖上洒有电解液时，会造成自行放电，同时，还会使极柱或连接条腐蚀。 因此，为减少自行放电，电解液的配制应符合要求，并使液面不致过高，使用中还应经常保持蓄电池表面的清洁。 自行放电严重的蓄电池，可将它完全放电或过度放电，使极板上的杂质进入电解液，然后将电解液倾出，用蒸馏水将电池仔细清洗干净，最后灌人新电解液重新充电。 三、极板短路 极板短路的故障现象为：开路电压较低，大电流放电时端电压迅速下降，甚至到零；充电过程中，电压与电解液相对密度上升缓慢，甚至保持很低的数值就不再上升了，充电末期气泡很少，但电解液温度却迅速升高。 极板短路的原因主要有：隔板质量不高或损坏使正负极板相接触而短路；活性物质在蓄电池底部沉积过多、金属导电物落人正负极板之间也将造成蓄电池内部极板短路。 对于短路的蓄电池必须拆开，查明原因而排除之。 四、极板活性物质大量脱落 活性物质脱落一般多发生在正极板上，其特征为：电解液中有沉淀物，充电时电解液有褐色物质自底部上升；电压上升快，电解液沸腾现象比正常蓄电池出现的早；充电时间大大缩短，放电容量却明显下降。 故障产生的原因是极板本身质量太差，充、放电时活性物质的体积总在不断地膨胀和收缩，充足电后极板孔隙中逸出大量气泡，在极板内部造成压力，从而使活性物质容易脱落。 因此，若使用不当，如充、放电电流过大使电解液温度太高，或经常过充电，都将导致极板? 过早损坏。另外，蓄电池受剧烈震动时，也会引起活性物质脱落。 五、极板拱曲 极板拱曲也多发生于正极板，极板拱曲后将会造成内部短路等故障。 造成极板拱曲的原因主要是： 1)极板在制造过程中铅膏涂填不匀，使充放电时极板各部分所引起的电化学反应强弱不匀，致使极板膨胀和收缩不一样。 2)经常大电流放电，使极板表面各部分电流密度不同而造成弯曲。 3)蓄电池过量放电时，使极板内层深处生成硫酸铅，充电时得不到恢复造成内部膨胀而导致极板拱曲。 4)电解液中含有杂质，在引起局部电化学作用时，仅有小部分活性物质转变为硫酸铅，致使整个极板的活性物质体积变化不一致也会造成极板拱曲。 极板轻度拱曲时，可用木夹板夹紧校正，如极板拱曲严重，则应更换新极板。 1-7蓄电池的充电方法放电后的蓄电池必须通过充电才能重新投入使用；新蓄电池和修复后的蓄电池在首次使用前必须进行初充电；蓄电池在正常使用过程中为了保持一定容量，延长其使用寿命，还要进行一些必要的补充充电、均衡充电等维护性充电作业。因此，充电作业是保证蓄电池在整个使用过程中技术性能良好、延长其使用寿命的一个重要环节。 根据充电目的的不同，蓄电池的充电作业可分为初充电、补充充电、去硫充电等。 1初充电 新蓄电池或修复后的蓄电池在使用之前的首次充电称为初充电，其目的在于恢复蓄电池在存放期间，极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。故初充电恰当与否，对蓄电池的使用性能极为重要。初充电的特点是充电电流小、充电时间长，电化学反应充分。 初充电的程序如下： 首先按蓄电池制造厂的规定，加注一定相对密度的电解液(一般为1.251.285)。电解液加入蓄电池之前温度不得超过30，注入电解液后应静置36h，待温度低于35才能充电。此时若液面因电解液渗入极板而低落，应补充到高出极板上缘1015mm，然后将蓄电池的正极与充电机的正极相接，蓄电池的负极接充电机的负极。因为新蓄电池在储存中可能有一部分硫化，充电时易于过热，所以初充电一般应选用较小的电流。充电过程通常分两个阶段：第一阶段的充电电流约为额定容量的115，充电至电解液中放出气泡，单体电池端电压达2.4V为止。第二阶段将充电电流减半，继续充电到电解液剧烈放出气泡(沸腾)，相对密度和电压连续3h稳定不变为止。全部充电时间约为6070h。蓄电池充电规范见表16。表1-6 蓄电池充电规范初充电 补充充电 蓄电池型号 第一阶段 第二阶段 第一阶段 第二阶段 电流A 时间/h 电流/A 时间/h 电流/A 时间/h 电流/A 时间h 3-Q-2753-Q-903-Q-1053-Q-1203-Q-1353-Q-1503-Q-195 567891013 2535 3344557 2030 7591051213515195 10-11 45567710 35 3-Q-603-Q-753-Q-903-Q-1053-Q-120 45678 25-35 23344 20-30 675910512 1011 34456 35 充电过程中应经常测量电解液温度。若温度上升到40，应将电流减半；如继续上升到45，应立即停止充电，并采用人工冷却，待冷至35以下时再充。充电过程中如减少充电电流则应适当延长充电时间。 初充电临近完毕时，应测量电解液的相对密度，如不合规定，应用蒸馏水或相对密度为1.40的电解液进行调整。调整后，应再充电2h，如相对密度仍不符合规定，应再调整并充电2h，直至符合规定为止，然后将加液孔塞拧上，把电池表面擦干净，即可使用。 对于新蓄电池的初充电作业，应进行一至三次充、放电循环，目的是检查它的容量是否达到额定容量，并促使极板上未转化的物质转变为活性物质，以提高蓄电池的容量功能。方法是新蓄电池初充电后，用20h率电流放电至单体电池电压降为1.75V，测量蓄电池容量是否达到额定容量，如容量低于额定容量的90，应再进行一次充放电循环直到容量达到额定容量的90以上为止。 2补充充电 蓄电池在车辆上使用时，常有充电不足的现象，尤其是短途运输车辆，应根据需要进行补充充电。一般每月一次，如有下列现象发生，必须随时进行补充充电： 1)电解液相对密度下降到1.15以下； 2)冬季放电超过25，夏季放电超过50； 3)灯光暗淡、起动机运转无力，表明电力不足时。 另外，蓄电池放置时间超过一个月时，也应进行补充充电；在大量补充蒸馏水后也应进行补充充电。补充充电的规范见表16。 3循环锻炼充电 蓄电池在使用中常处于部分放电的情况，参加化学反应的活性物质有限，为迫使相当于额定容量的活性物质都能参加工作，以避免活性物质长期不工作而收缩，可每隔3个月进行一次循环锻炼充电。即在电池正常充足电后，用20h放电率放完电，再正常充电后送出使用。 4去硫充电 当极板硫化较严重时，可进行“去硫充电”。方法是先倒出电池内的电解液，用蒸馏水反复冲洗数次，然后灌人蒸馏水至高出极板1015mm，用初充电电流进行充电，并随时测量相对密度。如相对密度升到1.15以上时，可用蒸馏水冲淡，继续充至相对密度不再上升后进行放电。如此反复多次，或充6h，中间停2h，反复进行至6h相对密度不变为止，最后参照初充电方法充电并调整相对密度至规定值，用20h放电率放电检查容量，如容量达到额定容量的80时，说明硫化已基本消除，即可使用。 5均衡充电 蓄电池在使用过程中，由于制造、使用等因素，会出现各单体电池的端电压、电解液密度、容量等的差异，采用均衡充电的方法可消除这种差异。具体方法是：先用正常的充电方法进行充电，待蓄电池端电压稳定后，停充1h，改用20h率电流值进行充电，充2h停1h，反复三次，直至蓄电池各单体一开始充电立即剧烈地产生气泡为止，最后调整各单体电池的电解液密度即可。 6充电方法 蓄电池充电，必须根据不同情况选择适当的方法，并且正确地使用充电设备。这样才能提高工作效率，并延长蓄电池和充电设备的使用期限。 通常蓄电池的充电方法有定流充电和定压充电两种，近年来快速充电(脉冲充电)也逐步推广。 (1)定流充电在充电过程中，充电电流保持一定的充电方法，称为定流充电，如图116所示。 由于充电电流Ic=U-E/R。，所以随着蓄电池电动势E的升高，要保持充电电流Ic一定，就必须逐步提高充电电压U。当每单体电池的端电压升高到2.4V时气体开始形成，应将充电电流减少一半，直到蓄电池完全充足。R。是蓄电池的内阻。采用定流充电时，被充电的蓄电池不论是6V或12V都可串联在一起，如图116a所示。充电时，每个单体电池需要2.7V电压，故串联的单体电池总数不应超过n=Uc/2.7(Uc为充电机的额定电压)，则串联6V蓄电池的数目n为 n=Uc/（32.7） (116)串联的蓄电池最好容量相同，否则充电电流的大小必须按照容量最小的蓄电池来选定，而容量大的蓄电池则充电太慢。 定流充电有较大的适应性，可以任意选择和调整充电电流，因此可对各种不同情况的蓄电池充电。如新蓄电池的初充电，补充充电，以及去硫充电均可采用这种方法。但它的缺点是充电时间长，并且需要经常调节充电电流。 (2)定压充电充电过程中，电源电压U始终保持不变的充电方法称为定压充电，如图117所示。由于Ic=U-E/R。,因此在定压充电开始时，充电电流很大。此后随着蓄电池电动势正的增大，充电电流逐渐减小，至充电终了时，Ic将自动降低到零(图117b)，这样可不必由人照管。另外，定压充电时，充电电流很大，开始充电后45h内蓄电池就可获得本身容量的9095，因而可大大缩短充电时间。由于定压充电充电时间短，不需照管且经济性高，所以较适合于蓄电池的补充充电，因而被汽车维修厂家广泛采用。但定压充电时，不能调整充电电流的大小，所以不能用于蓄电池的初充电，也不能用来消除硫化。并且要求所有充电的蓄电池电压必须相同才行。 采用定压充电时，要选择好充电电压：若电压过高，不但充电初期充电电流过大，且会发生过充电现象，以致引起极板弯曲、活性物质大量脱落，蓄电池温升过高；若充电电压过低，则会使蓄电池不能充电。一般每单体电池约需2.5V，即对6V的蓄电池充电，充电电源的电压应为7.5V；对12V蓄电池充电，电源电压应为15V。定压充电还要求被充电的蓄电池必须并联在充电电源之间，由于在汽车上蓄电池是和发电机并联的，所以蓄电池始终是在发电机的恒定电压(通过调节器调整)下进行充电的。 (3)脉冲快速充电上述的定流充电和定压充电方法统称为“常规充电”，要完成一次初充电需60h一70h，补充充电也要20h左右。由于充电的时间太长，给使用带来很大不便。 但是，单纯加大充电电流来缩短充电时间是行不通的，因为这样不仅使充电时蓄电池达不到额定容量，反而会使蓄电池温升快，产生大量气泡，造成活性物质脱落而影响其使用寿命。 近年来我国快速充电技术发展很快，已研制成功并生产了可控硅快速充电机。新蓄自主严，月电一般不超过5h，旧蓄电池补充充电只需0.5h一1.5h，大大缩短了充电时间，提高了效率。 在充电后期的化学反应过程中，蓄电池两极板间电位差会高于两极板间活性物质的平衡电极电位(每单格为2IV)，这种现象称之为极化。 极化阻碍了蓄电池充电过程化学反应的正常进行，是造成充电效率低、充电时间长的主要因素。只有找出产生极化的原因并加以消除，才能提高充电效率，实现快速无电。 根据化学机理分析，产生极化现象的原因可分为以下三种： 欧姆极化欧姆极化是在充电过程中，由于蓄电池内阻上的电压降，引起端电压升高而产生的，充电停止后会自动消失。 浓差极化在充电过程中，由于在极板孔隙中形成硫酸，致使极板附近电解液的相对密度较其他地方稍高而形成浓度差，由此引起极板电位“升高”而产生浓差极化。充电停止后，由于扩散的结果，浓差极化会逐渐消失。 电化学极化在充电的终期，由于水的电解，H+集聚，使负极板与电解液之间产生附加电位，由此引起负极板电位下降而产生电化学极化。充电终止时的充电电流越大，电化学极化就越显著，最大可达到033V。 脉冲快速充电，可极大地克服充电过程中所产生的极化现象，有效地提高充电效率。脉冲快速充电首先利用充电初期极化现象不明显、蓄电池可以接受大电流的特点，初期采用081.0C20的大电流对蓄电池进行定流充电。使蓄电池在短时间内达到60左右的容量；当单格电池电压达2.4V，电解液开始冒气泡时，控制电路使充电转入脉冲充电阶段：先停止充电(前停)25ms左右，使欧姆极化消失，浓差极化也由于扩散作用而部分消失；接着再反向脉冲充电，反向充电的脉宽一般为1501000s，脉幅为153倍的充电电流，以消除电化学极化所产生的电荷积累，并进一步消除浓差极化；接着再停止充电(后停)25ms后再利用正脉冲进行充电，周而复始，直到充满为止。其充电电流波形如图118所示。 脉冲快速充电的优点是： 充电时间大为缩短，一般初充电不多于5h，补充充电不多于1h。 可以增加蓄电池的容量。由于脉冲快速充电能够消除极化。因此，充电时化学反应充分，加深了反应深度，使蓄电池容量有所增加，故新蓄电池初充电后不必放电不必放电即可使用，这样不仅节约了电能，又给使用带来了方便。 具有显著的去硫化作用。由于脉冲快速充电具有上述优点，因此在电池集中、充电频繁或应急使用部门，其优点更为突出。但脉冲充电机控制电路复杂，价格高于普通充电机，使用中还不够理想，有待进一步改进。 (4)充电时蓄电池正负极性的识别充电时