铅酸蓄电池延生维护仪系统之蓄电池原理(ppt 62页).ppt

学习铅蓄电池延生保全计系统教育系列的蓄电池原理哈尔滨道外区南十四道街21号电话： 0451-89086267815755.fdkj.e-mail : feat ，了解蓄电池的分类和功能。 掌握铅蓄电池的结构构成和选定。 理解电池容量的概念和影响因素。 知道铅蓄电池的常见故障。 掌握铅蓄电池的正确维护和检查方法。 2.1概要2.1.1电池的分类，电池是化学电源，通过内部化学反应蓄积电能，或向电气设备供电。 目前燃料汽车使用的电池主要有铅蓄电池(以下简称铅蓄电池)和镍碱蓄电池两种。 同时，人们随着燃料汽车排放要求的提高和能源危机的冲击，各国不断探索和研究电动汽车。 其主要动力源是新型高能蓄电池。 下表列出了各种电池的特征。 2.1.1蓄电池分类，铅蓄电池结构简单，价格便宜，内阻小，能在短时间内提供起动机强启动电流，因此被广泛采用。 铅蓄电池分为普通的铅蓄电池、干带电铅蓄电池、湿带电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。 各种铅蓄电池的特征如下表所示。 2.1.1电池的作用，汽车配备了电池和发电机两个直流电源，这两个电源并联，全车电气设备并联。 电池的作用：1)起动发动机时，电池向起动系统和点火系统供电。 2 )发动机低速运转，发电机电压低于电池的充电电压时，从电池向电气设备供给电力。 3 )发动机以中高速运转，发电机电压高于蓄电池的充电电压时，蓄电池会积蓄发电机的剩馀电力。 4 )发电机过载时，蓄电池协助发电机向电气设备供电。 5 )蓄电池能吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电气系统的电压稳定，保护电子部件。 2.2铅蓄电池2.2.1铅蓄电池的构造，铅蓄电池一般由3个或6个单元电池串联构成，构造如图所示，贯通1-负极柱2-加液孔盖3-正极柱4-壁5-母线6-壳体7-负极板8-隔板9-正极板，2.2.1铅蓄电池的极板分为正极板和负极板，由网格支架和活性物质构成。 网格支架的作用是固定活性物质。 格栅一般用铅锑合金铸造，具有良好的导电性、耐腐蚀性和一定的机械强度。 格栅的结构如右图所示。 为了降低电池的内阻，改善电池的启动性能，一些铅电池采用了放射状栅格，右下图为桑塔纳轿车的电池放射状栅格的结构。 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)，呈深茶色的负极板上的活性物质是海绵状的纯铅(Pb )，呈蓝灰色。 将活性物质制成糊状，填充到网格支架的空隙中，通过干燥形成极板。 如右上图所示。 将正、负极板分别浸入电解液中，就能得到2V左右的电动势。 为了增大电池的容量，总是将多张正极板和负极板并联，构成正极板和负极板的组，如图右下图所示。 在各单电池中，正极板的张数比负极板少1张，因此正极板位于2张负极板之间，所以可以使正极板两侧的放电均匀，避免因放电的不均匀引起的极板翘曲。1-极板组件2-负极板3-隔膜4-正极板5-极板连结条、2.2.1铅蓄电池结构、2 .将隔膜插入正、负极板间，防止正、负极板相互接触而短路. 隔膜必须具有耐酸多孔性，促进电解液的渗透。 常用的隔膜材料有木质、细孔橡胶、细孔塑料等。 其中木质隔板耐酸性差，细孔性橡胶隔板性能最好，但成本高，细孔性塑料隔板孔径小，气孔率高，成本低，因此被广泛采用。3 .电解液的电解液是电池的化学反应，起到离子间的导电作用，参与电池的化学反应。 电解液是以一定比例调制纯硫酸(H2SO4)和蒸馏水的溶液，其密度一般为1.241.30g/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，可减少冻结危险提高蓄电池的容量，但密度过大则粘度增加，反而降低蓄电池的容量缩短寿命。 电解液的密度必须由地区和气候条件决定。 下表显示了地区和气温下电解液的密度。 另外，电解液的纯度也是影响蓄电池性能和寿命的重要因素之一。 2.2.1铅蓄电池的结构，4 .外壳容纳电解液和极板组，必须耐酸、耐热、抗震。 外壳多由硬橡胶或聚丙烯塑料制成，一体结构，底部有突起的肋，放置极板组。 壳体内用隔壁分为3个或6个相互不相通的单元，各单元之间如图所示用铅连接。 外壳上部用相同材料的电池盖密封，电池盖上设有与各单元电池对应的液体供给孔，添加电解液和蒸馏水，测量电解液的密度、温度、液面的高度。 加液孔盖的通风孔顺利地排出由电池的化学反应产生的气体。 2.2.2无维护电池的特点，无维护电池也称为MF电池，所谓无维护，是指在汽车合理使用期间，向电池注入蒸馏水、测量电解液液面的高度、测量电解液的密度等的维护免费维护电池的特点：1)电网框架材料采用铅钙合金，提高了电网框架的机械强度，减少了电池的消耗量和自放电。 2 )采用袋式过滤器的聚氯乙烯隔板，将正极板装入隔板袋中，防止正极板上的活性物质的脱落，防止极板的短路。 因此，壳体底部不需要突起的肋，降低极板组的高度，增大极板上方的容积，增加电解液的储存量。 3 )电池内部设置了电解液密度计，可自动显示电池的蓄电状态和电解液液面的高低。 密度计的观察窗如果为绿色，则表示电池充电足够，可以正常使用。如果显示深绿色或黑色，则表示电池充电不足；如果显示需要补充充电的浅黄色，则表示电池接近废弃。 如图所示。 2.2.2免维护蓄电池的特点，4 )采用新型安全通气装置和气体收集器，在孔盖内部设置氧化铝过滤器，在阻止水蒸气和硫酸气体通过的同时，还能顺利释放氢和氧。 通气栓中加入了催化剂钯，可以使氢离子与水再结合回到蓄电池中。1-绿色(充电电平65%以上)2-黑色(充电电平不足65 % )3-浅黄色(电池故障)4-电池盖5-观察窗6-光学充电状况显示器7-绿色球、2.2.3铅电池的工作原理、1 .铅电池的静止起以铅蓄电池静止电动势Ej:Ej=0.85 25(2-1)式，Ej-静止电动势、即开路电压(v) 25-基准温度(25)下的电解液的相对密度(g/cm3 )。 另外，实测电解液的相对密度应该转换为25下的电解液的相对密度，转换关系式在25=t 0.00075(t-25)(2-2)式中，是t-实测电解液的相对密度(g/cm3 )。 因为铅蓄电池工作时，电解液的密度总是在1.121.30g/cm3之间变化，所以每个电池的电动势也相应地在1.972.15V之间变化。2.2.3铅蓄电池的工作原理，2 .铅蓄电池的放电铅蓄电池的正、负极板浸在电解液中时，正、负极板之间产生约2.1V的静止电动势，此时施加负载，通过电动势，电流从电池的正极经由外部电路流过电池的负极，这称为放电，蓄电池的放电过程中化学能为电能放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb与电解液中的H2SO4反应而生成硫酸铅(PbSO4)，附着在正、负极板上。 电解液中的H2SO4减少，密度降低。 理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质耗尽为止，但是生成的PbSO4附着在极板表面，电解液向活性物质的内层的渗透受到阻碍，内层活性物质因为电解液不足而不能参加反应，所以在使用中被称为放电结束的蓄电池的活性物质利用率只有20%30%。 因此，可以采用薄型极板，增加极板的多孔性，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、蓄电池放电结束的特征是： (1)电池电压下降到放电终止电压；(2)电解液密度下降到最小允许值。 放电终止电压与放电电流的大小有关。 放电电流越大，允许放电时间越短，放电终止电压也越低。 如下表所示。 C20电池的额定容量。 2.2.3铅蓄电池的工作原理，3 .铅蓄电池充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极连接，充电电源的端子电压高于蓄电池的电动势时，通过电场的作用，从蓄电池的正极流过电流，负极流出的过程称为充电。 蓄电池的充电过程是把电能转换成化学能的过程。 充电后，正、负极板上的PbSO4被还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4变多，密度上升。 充电结束后，PbSO4几乎被还原成PbO2和Pb，过剩的充电电流生成电解水，在正极板附近产生的O2从电解液中逃脱，在负极板附近产生的H2从电解液中逃脱，电解液的液面水平下降。 因此，铅蓄电池需要定期补充蒸馏水。 电池充分供给电力的原因是，(1)电解液中出现大量气泡，变成沸腾状态。(2)电解液的密度和蓄电池的端子电压上升到规定值，并且，在23h之间不变。 2.2.4铅蓄电池的型号在机械工业部JB2599-85 铅蓄电池产品型号编制方法标准中规定，铅蓄电池的型号分为型号6-QA-60为额定电压12V、额定容量60Ah的启动型干充电铅蓄电池。 2.3电池的容量及其影响因素2.3.1电池的容量，电池容量c等于放电电流If和放电时间tf的积： C=Iftf1.额定容量在国标GB5008.1-91 起动用铅酸蓄电池技术条件中规定，充分供电的新电池，电解液温度为255 以20小时率的放电电流(即0.05C20安培)放电到单电池的平均电压达到1.75V时，输出的电量称为电池的额定容量，用C20表示。 单位是PS。 例：3-Q-90型蓄电池以4.5A(0.05C20=0.0590=4.5A )的电流连续放电至电池平均电压达到1.75V时，放电时间达到20h以上时，其容量C=Iftf90Ah，达到额定容量，成为合格品的放电时间未达到20h 2.3.1电池容量，2 .储备容量根据国家标准GB5008.1-91 起动用铅酸蓄电池技术条件，电池在252的条件下，在25A恒流下，电池平均电压达到1.75V的放电时间称为电池储备容量。 单位是分钟。 储备容量表示当汽车充电系统发生故障时，电池可以向照明、点火系统等电气设备提供25A的恒定电流的能力。 3 .起动容量起动容量表示铅蓄电池发动机起动时的供电能力，是验证蓄电池质量的重要指标之一。 因为启动容量受温度的影响很大，所以分为低温启动容量和常温启动容量两种。(1)低温启动容量：当电解液为-18时，以额定容量的3倍的电流持续放电，直到电池电压降低到1V为止。 持续时间必须在2.5min以上。 (2)常温启动容量：电解液为30时，以额定容量的3倍的电流持续放电，直到电池电压降低到1.5V时放出的电量。 持续时间请控制在5分钟以上。 影响2.3.1电池容量的因素，1 .结构要素电池极板表面积越大，极板张数越多，参加反应的活性物质越多，容量越大。 另外，极板越薄，活性物质的多孔性越好，电解液向极板内部的渗透越容易，活性物质利用率越高，输出容量也越大。 2、使用因素(1)放电电流(2)电解液温度(参照右图) (3)电解液密度可以适度提高电解液的密度，加快电解液的渗透速度，提高电池的电动势和容量。 但是，如果电解液密度过大，粘度增加，内部电阻增大，相反电池容量降低。 2.3.1影响电池容量的要因，(1)放电电流、放电电流越大，电池容量越小，如右图所示。 放电电流增大，化学反应速度加快，PbSO4堵塞空隙的速度也加快，极板内层的大量活性物质不能参与反应，蓄电池的实际输出容量减少。 同时，电解液的密度急速下降，电池的端子电压也急速下降，放电时间缩短了。 因此，在实际使用中，启动时间必须严格控制，启动时间不得超过5s，连续两次启动之间的时间间隔不得超过15s。 2.4电池充电2.4.1充电设备，电池须用直流电源充电，用直流电源充电。 充电时，充电电源的正极与蓄电池的正极连接，充电电源的负极与蓄电池的负极连接。 汽车充电设备是用发动机驱动的交流发电机。 充电期间多采用硅整流充电机、晶闸管整流充电机、智能充电机等。 2.4.2充电方法1 .恒压充电2 .恒流充电3 .急速充电，2.4.2充电方法，1 .恒压充电恒压充电是在充电中充电电源电压保持恒定的充电方法。 恒压充电的接线方法(右上图)。 恒压充电特性曲线(右下图)。 充电电压过高会导致过充电，充电电压过低会导致充电不足。 一般单电池的充电电压选定为2.5V。 在恒压充电初期，充电电流大，45h内可以达到额定容量的90%95%，因此充电时间短，而且不需要照顾和调整充电电流，适合补充充电。 因为充电电流不能调整，所以不适用于初充电和硫化充电。 2.4.2充电方法，2 .恒流充电是指使充电电流保持恒定的充电方法。 广泛用于初充电、补充充电、硫化充电等。 恒流充电的接线方法(右上图)。 充电特性曲线(右下图)。 为了缩短充电时间，充电过程通常分两个阶段。 第一阶段采用大的充电电流，使电池容量迅速恢复，电池电量几乎充分，电池电压达到2.4V，电解水开始产生气泡时，转移到第二阶段，使充电电流达到电解液密度和电池端子电压达到最大值，在23h内不上升为止恒流充电适应性强，可以任意选择调整充电电流的大小，有利于保持电池的技术性能和延长寿命，其缺点是充电时间长，必须经常调节充电电流。 2.4.2充电方法、3 .脉冲急速充电脉冲急速充电必须用脉冲急速充电电机进行，其充电电流波形(右图)。脉冲急速充电的过程首先以额定容量的0.81倍的大电流进行恒流充电，在短时间内将电池充电到额定容量的50%60%，当电池电压上升到2.4V并开始吹出气泡时，充电电机的控制电路自动地控制，开始脉冲急速充电， 首先停止25ms充电后进行放电或逆充电，使电池反向通过大的脉冲电流(脉冲深度一般是充电电流的1.53倍，脉冲