蓄电池充电工艺规范的控讨.doc

* * 大 学毕业论文设计题目 蓄电池充电工艺规范的控讨专题部分 定电压充电、定电流充电 脉冲充电、充电中的注意事项姓名 学号 系 工业系专业与学制 汽车运用技术与维修 三年班别 汽运指导教师 *日期 2010年1月15日摘要分析了铅酸蓄电池定电压充电，定电流充电及脉冲快速充电的原理及特点，详细阐述了初充电，补充充电、去硫充电，预防硫化过充电、锻炼循环充电和均衡充电的工艺过程及注意事项。认为，在实际工作中，要根据蓄电池的不同状态选用不同的充电方法。汽车发电机对蓄电池的充电及部分工程抢修车上的充电设备采用的是定电压充电；充电工作间的初次充电、补充充电、去硫充电、预防硫化过充电、锻炼循环充电和均衡充电则采用定电流和脉冲快充电。铅酸蓄电池比功率、循环寿命和环保等问题仍是产业重点研究的重点方向。关键词：铅酸蓄电池，定电压，定电流，脉冲充电目 录摘要.（）一、 绪论.（1）（一）蓄电池研究的背景、目的及意义.（1）（二）铅酸蓄电池的基本构造.（1）二、铅酸蓄电池充电原理及特点.（1）（一）铅酸蓄电池定电压充电原理及特点.（1）（二）铅酸蓄电池定电流充电原理及特点.（2）（三）铅酸蓄电池脉冲快速充电的原理及特点.（3）三、铅酸蓄电池充电工艺过程.（4）（一）初充电.（4）（二）补充充电.（5）（三）去硫充电.（6）（四）预防硫化过充电.（7）（五）锻炼循环充电.（7）（六）均衡充电（7）四、铅酸蓄电池充电工艺过的注意事项.（7）五、总结和展望.（8）致谢.（9）参考文献.（9）IV一、绪论（一）铅酸蓄电池研究的背景、目的及意义蓄电池的功用是：1、发动机起动时，向起动机和点火系供电，这是汽车上蓄电池的主要用途。汽油机起动电流200600A；柴油机起动电流高达1000A。起动时间约为510秒。2、发电机不发电或电压较低时，向用电设备供电。3、发电机过载时，协助发电机向用电设备供电。4、储存发电机的过余能量。5、相当于一个大的电容器，吸收电路中的瞬时高压，这点在现代电控汽车中尤为重要（发动机绝不允许脱开蓄电池运转）。基于这种情况下，铅酸蓄电池的发展很有必要。（二）铅酸蓄电池的基本构造铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别作为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。基本构造：铅酸蓄电池主要由以下部分构成：1.硬橡胶管 2.负极板 3.正极板 4。隔板 5.鞍子 6.汇流排 7.封口胶 8.电池槽盖 9.连接 10.极柱 11.排气栓正负极板:铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。 涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成的。 板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流分布均匀。 板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。 正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为绒状铅。 隔板:电池用隔板是由微孔橡胶、玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是： 防止正负极板短路。 使电解液中正负离子顺利通过。 阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。 因此要求隔板要有孔率高，孔径小，耐酸不分泌有害杂质，有一定强度，在电解液中电阻小，具有化学稳定性的特点。 电解液:电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应 电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。排气栓：一般由塑料材料制成，对蓄电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时蓄电池内产生的气体排出蓄电池，避免蓄电池产生危险。使用前，必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺刺穿，以保证气体溢出通畅。电池壳、盖：电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成。二、铅酸蓄电池充电原理及特点（一）铅酸蓄电池定电压充电原理及特点定压充电是指蓄电池端子之间的电压维持在恒定值的充电方式。定电压充电过程中，蓄电池电动势和充电电流随时间的变化规律如图1所示。图1 定电压充电特性曲线在充电初期，由于蓄电池的电动势较低，与充电电压的差值较大，充电电流较大。以后随着充电时间的延长，蓄电池的电动势与充电电压相等时，充电电流减小到零。定电压充电选择电压非常重要，当充电设备的电压较低时，充电电流较小，充电时间短，蓄电池不能充足，长此下去，将造成蓄电池长期亏电而产生硫化故障，缩短使用寿命。如果充电电压过高，初期的充电电流较大，当电池充足以后，因充电设备电压与蓄电池电动势之间存在着差值，仍有一定的充电电流，其结果必然导致过量充电，使活性物质脱落，容量减小，为此，在汽车上定电压充电过程中，单格电池的充电电压一般都按基本充足电的特征电压2.4V来选定。即电压调节器的限额电压为14V（柴油车为28V）左右。定电压充电的优点是：在充电初期充电电流较大，充电速度快（一般充电45h，蓄电池的容量可恢复到90%左右），因而充电时间较短。同时，当蓄电池电动势与充电设备的电压相等时，充电电流为零，自动停止充电，不用人工调节和看管。定电压充电的缺点是：电压恒定，充电电流不能调节。因而不能满足各种不同技术状态蓄电池的充电要求，同时也不能保证蓄电池彻底充足。所以汽车上使用的蓄电池仍要定期拆下用定电流充电的方法进行补充充电。（二）铅酸蓄电池定电流充电原理及特点定电流充电是指电流维持在恒定值的充电方式。为了提高充电质量，实际使用的定电流充电都分为两个阶段。在第一阶段，电流较大，当单格电压充到2.4V（蓄电池电压达14.4V）左右、电解液中开始出现气泡时，将充电电流减小一半进入第二阶段，直到蓄电池完全充足为止，其特性曲线如图2所示。这种充电方法又称为分阶段定电流充电。图2 定电流充电特性曲线1随着充电时间的延长，PbSO4的数量不断减少，电解液的密度不断增大，当单格电压达2.4V时，极板上的PbSO4 已基本还原成PbO2 和Pb,部分电流开始电解水，电解液中有气泡产生，蓄电池基本充足。若此时不减小充电电流，用于电解水的电流会充电时间的延长而增大，这样不仅浪浪费电能，而且电解水产生的大量气泡从极板孔隙中冲出，造成活性物质脱落，使蓄电池容量降低、寿命缩短。电流减半后，充电到单格电压达2.7V、大量冒气泡时，充电结束。显然，定电流充电的优点是充电电流可以任意选择，适用于不同状态蓄电池的充电，并能彻底充足。由公式Ic=(Uc-E)/Rn可知，在定电流充电过程中，随着蓄电池电动势的上升，要想保持充电电流恒定，就必须调高充电电压，因此定电流充电的缺点是充电时间长且充电电流的大小需要经常调整。(三)铅酸蓄电池脉冲快速充电的原理及特点快速充电使得蓄电池初充电一般不超过5h，补充充电只需要0.51.5h，大大缩短了时间，提高了工作效率。基本原理：在充电过程中，要想缩短充电时间，必须加大充电电流。而单纯增大充电电流，会使蓄电池极化现象严重，过电位增加，电解水加剧产生大量气泡，结果不但不能提高充电速度，还会造成极板不同程度的损坏。如果充电电流过小，跃然电流全部用化学反应，但充电时间将延长。介于这两者之间必有一电流，在蓄电池充电过程中只有微量气体产生，此电流叫做蓄电池充电接受电流。理论和实践均已证明，蓄电池充电接受电流I是充电时间t的指数函数：I =I 0 e-t式中：I 0 当t=0时，蓄电池可能接受的充电电流的最大值； 最大充电电流随充电时间的变化系数，即充电接受比。一般认为 = I 0 / C （即充电接受比等于蓄电池初始接受电流值与所需补充的容量C之比）。2流变化曲线如图3所示，可以看出完全按照指数曲线变化的电流充电，当完成大部分充电量后，由于接受电流大大减小，继续使蓄电池容量增加，所需时间较长。图3 充电接受电流与充电时间关系为了缩短充电时间，利用在充电初期蓄电池可以接受较大充电电流的特点，间隔地用在电流充电，充充停停，使蓄电池始终保持在初期充电状态，总能接受较大的电流，使充电时间缩短。基本方法：初充电时，采用大电流（0.8 C201 C20 ）恒流充电，使蓄电池在较短的时间内达到容量的60%左右。当蓄电池电压上升到14.4V、开始实行冒气泡时，自动停止充电，此时欧姆极化消失，浓差极化也因电解液扩散而部分消失，这个过程称为前停充（2540ms），接着转入负脉冲，使蓄电池瞬间放电（反向脉冲），消除电化学极化中产生的积累电荷，同时减少极板空隙中形成的气体，帮助浓差极化进一步消失，负脉冲宽度为1501000s，峰值为1.53倍的正向充电电流，随后停止正脉冲充电前停充负脉冲瞬时放电后停充正脉冲充电的循环过程，直至充足。充电电流波形如图4所示。图4 脉冲充电电流波形脉冲快速充电具有时间短、效率高、蓄电池容量恢复较彻底、去硫化作用明显的优点。其缺点是充电机控制电路复杂、价格高、充放电循环次数多，使蓄电池的寿命缩短。三、铅酸蓄电池充电工艺过程（一）初充电 新蓄电池和修复后的蓄电池，首次充电称为初次充电，初次充电对蓄电池的使用寿命和电荷容量有很大的影响。若充电不足，则蓄电池电荷量不高，使用寿命较短；若充电过量，则会缩短它的使用寿命。正确的初次充电方法是：将蓄电池正极接充电器电源的正极，蓄电池负极接充电器的负极。再分两个阶段进行充电。首先用初次充电电流充到电解液放出气泡，单格电压升到2.32.4V为止。然后将电流降为初次充电电流的半，保持充电电压连续3h稳定不变为止。全部充电时间在2465h之间。初次充电过程中应经常测量电解液温度同时还要用电流减半、停止充电或冷却的方法将温度控制在3642C。初次充电完毕时，若电解液比重不合规定，应用蒸馏水或电解液进行调节。调节后再充电2h，直至比重符合规定时为止。另外，新蓄电池和修复后的蓄电池第一次充电后往往达不到最大的额定容量，应循环放电再充电。方法是：用20h放电率放电（即用额定容量1/20的电流放电至单格电压降到1.75V为止），然后再补充充电，经过一次充、放电循环，若容量仍低于额定容量的90%，应再进行一次充、放电循环。新蓄电池和修复后的蓄电池初次充电应掌握一定的技巧，这样可有效延长蓄电池的使用寿命。对于蓄电池前三次充电技巧和要点：（1）新买的铅酸蓄电池加入电解液后，即可有电流输出，必须经过初次充电后才能使用。切莫强行使用。（2）新蓄电池初次充电的电流大小、充电时间、充放电循环周期应严格按照规范进行操作。3（二）补充充电凡因放电程度夏季超过50%（电解液密度下降下了0.08g/cm ）、冬季超过25%或灯光暗谈、起动无力，并无别的故障的经常性充电，叫做补充充电。补充充电一般步骤为:（1）从汽车上拆下蓄电池并清洗干净，极柱和起动电缆卡子上如有氧化物应清除，检查极柱和起动电缆卡子是否接触良好，必要时用细砂布（纸）进行打磨。（2）拧下加液孔盖并检查通气孔是否畅通，检查电解液液面高度，如不符合要求，可加注蓄电池用水至规定高度。（3）将蓄电池正极接充电机正极，将蓄电池负极接充电机负极，然后查看充电机上指示的蓄电池端电压，有时从蓄电池端电压可以估算出蓄电池的亏电程度。（4）打开充电机进行补充充电，第1阶段充电电流额定容量的1/10，第2阶段为第1阶段的1/2。（5）充电结束后，将加液孔盖拧紧，清洗干净电池壳表面酸液。补充充电终止判断，可依据“三稳定”来判断。当补充充电达到以下“三稳定”时，可判断补充充电完成。（1）气泡均匀稳定。电解液冒出大量无锡稳定的小气泡，电解液呈“沸腾”状态。（2）单格电压达到2.62.8V，且稳定3h不变。（3）电解液相对密度达到规定值（如：1.280g/cm),且稳定3h不变。“三稳定”是判断补充充电结束的主要标准。另外还可以从充入的电量来判断补充充电的结束，即充入电量是放电量的1.31.5倍，视为电已充足。要注意的是，分阶段恒流充电法不能用于免维护蓄电池的补充充电。其中补充充电过程应该注意一些事项：（1）充电过程中，电解液温度不能超过45C时，应采取水浴降温或充电电流减半或停止充电。停止充电后待温度降至35C以下时，再继续充电。（2）充电过程中要每小时测量一次电池电压、温度和电解液密度，并做好记录。（3）充电结束前，检查电解液液面高度，若低于要求，应添加蓄电池用水到标准高度。（4）充电结束前，应检查各单格电解液密度是否符合要求、是否一致，否则应进行调整。（5）充电室应具备良好的通风条件，以便及时排出充电时蓄电池产生的氢气。（6）充电室严禁烟火。蓄电池充电时产生的氢气和氧气是可燃气体，当室内氢气含量达到2%时，一旦遇到火花就有发生爆炸的危险。4 （三）去硫充电当蓄电池长期充电不足或极板露出液面时、过放电、未均衡充电、补液不正确、长期充电不足和放置时间长等原因，会造成极板硫化。当蓄电池硫化后，一般有以下特征：（1） 蓄电池的电容量明显降低；（2） 电解液密度达不到规定的标准；（3） 充电时温度上升过快，气泡出现较早；（4） 放电时，蓄电池端电压下降较快；（5） 极板变硬为砂粒状；（6） 极板变色，正极板为浅褐色或白色，负极板为灰白色。要进一步确定是否出现极板硫化，其最简单的检测方法是，用40A充电电流充电3min，若蓄电池的电压升高很快（一般为超过15V），说明蓄电池存在硫化；若蓄电池电压升高较慢（一般为低于15V），则说明蓄电池没有硫化。可以用去硫化充电的方法来恢复。（1）首先倒出原有的电解液，用蒸馏水冲洗数次，然后再加入蒸馏水且高出极板1015mm。（2）接通充电电路，将电流调节到初充电的电流值进行充电。当密度上升到1.15g/cm3 时，倒出电解液，换加蒸馏水再进行充电。（3）当电解液密度不再增加时，按规定调好好密度的大小。（4）用20h放电率电流放电并计算容量，当单格电压下降到1.75V时，再以补充充电的电流充电，再放电，再充电，直到容量恢复到额定容量的80%以上，即可投入使用。另外还可以使用蓄电池脉冲去硫修理技术。它是采用脉冲扫频振荡技术，以频率和脉冲电压的扫描变化，寻找硫化结晶的共振频率，找到共振频率后，产生共振频率，并分解硫化结晶物，使硫化物转化成最不稳定的硫酸铅分子。采用该去硫技术后，蓄电池极板上的硫化物转化为硫酸铅分子后，在充电过程中从蓄电池极板上逐渐脱离，从而转化为游离离子状态进入电解液，参加蓄电池的电解液反应，进而消除了蓄电池的硫化故障。不管是通过哪一种方式修复蓄电池，通过检测蓄电池的技术参数即可判断其是否修好。一般情况下，只要蓄电池的额定容量达到额定容量的85%以上就可以判定蓄电池已被修好。5（四）预防硫化过充电为防止蓄电池硫化，正常使用的蓄电池，每隔3个月应进行一次预防硫化过充电，即比平常充电时间更长、充电更完全。方法是：用平时补充充电的电流值将蓄电池充足电，中断1h后，再用1/2的补充充电电流值进行充电至“沸腾”为止。如此重几次，直至刚接入充电，蓄电池立即“沸腾”时结束。(五)锻炼循环充电蓄电池在使用中常处于部分放电的状态，只有少量活性物质参加工作，长此下去，不参加化学反应的活性物质会收缩硬化，不能使用，使蓄电池容量下降。为迫使全部的生活物质都能参加工作，可每隔3个月进行一次骗钱放电锻炼循环。即在电池正常充足后，用20h放电率放完电，再正常充电后即可使用。（六）均衡充电蓄电池由于制造材料、使用因素等原因，会出现在各单格电池的端电压、电解液密度、容量等有差异，对蓄电池的使用极为不利，为此需要进行均衡充电。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，直至蓄电池一开始充电立即剧烈地产生气泡为止，最后调整各单格电池的电解液密度即可。四、铅酸蓄电池充电工艺过的注意事项如果将不同容量或新旧的蓄电池混在一起充电或使用，有可能出现漏液或零电压现象。这是由于充电过程中，容量差异导致充电时有些蓄电池被过充，有些蓄电池示充满电，放电时容量高的蓄电池示放完电，而容量低的蓄电池则被过放。如此恶性循环，蓄电池会被损害，出现漏液、零电压的现象。在对蓄电池充电时应尽量避免过充电的发生，过充电会加大蓄电池的水分损失，会加速板栅腐蚀，活性物质软化，并增加蓄电池变形的凡率。所以在选择充电器时参数要与蓄电池良好匹配，要充分了解蓄电池在高温季节的运行善以及整个使用寿命期间的变化情况。此外，在使用时不要将蓄电池置于过热环境中，特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降温措施，待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。蓄电池的安装位置并没有尽可能保证良好散热和通风，发现