蓄电池结构及工作原理

1、第二章 蓄电池知识要求z1、熟悉蓄电池的作用 z2、掌握铅蓄电池的结构、型号z3、掌握铅蓄电池的工作原理、充放电特性z4、掌握铅蓄电池的充放电的方法z5、熟悉蓄电池的使用、维护及保养知识蓄电池的出现z 蓄电池1859年由法国科学家加斯顿.普莱特发明。z 其化学反应理论一般认为是格拉斯顿和特拉普与1882年创立的双极硫酸盐化理论（简称双硫化理论）。定义z蓄电池是一种可逆低压直流电源，既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能.z目前车用蓄电池以铅酸蓄电池为主起辅助供电作用 一般情况由发电机供电，但:z 1.发动机起动：放电z 2.发电机不发电或E很低：放电z 3.发电机超载：放电、协助放电z

2、 4.蓄电池E很低，发电机负载少，充电z 5.稳压：大电容的作用，吸收瞬态过压A发电机用电设备起动机作用优点优点：内阻小，电压稳定，可短时大电流放电。缺点缺点：比能量低，寿命短。蓄电池的构造与型号极板组 正极板(深棕色)2.2mm； 负极板(深青灰色)1.8mm隔板 正负极板靠近，易短路， 加绝缘隔板 (多孔性橡胶塑料） 壳体 工程塑料联条 将多个单格电池串联加液孔盖 有通气孔 电解液 专用硫酸(纯)+蒸馏水(纯)由六块2.11V电池串联而成的12.66V蓄电池单格V=2伏 对于12V：6个串联对于24V：2个12V串联。铅酸蓄电池的工作原理42b2bSOH2POP放电充电OH2SOP224b

3、+2bOPbP42SOHfI （正极）（负极）（电解液） （正负极板）（液体水） 讨论：讨论： 1.放电放电：H2SO4 ，H2O ，电解液的比重 ； 充电充电：。可通过 测量来判断蓄电池的放电程度。 2. 实际上对于放电： PbO2 + 2H2SO4 Pb+ + 2 SO4 + 2H2O 正极板活性物 （正极板） （液） 正电位+2V Pb Pb+ +2e（负极板） 负电位-0.1V （负极物） 溶于电解液中 外电路断开：E=2.1V（单格电压） 2-(-0.1)=2.1V 外电路接通：负极2e 正极板，与Pb+结合，生成Pb+。 电解 理论上极板上理论上极板上PbO2和和Pb全部变成全部变

4、成PbSO4为止，放电结束，实为止，放电结束，实 际上电解液不能渗透到极板活性物质最内层，即使蓄电池际上电解液不能渗透到极板活性物质最内层，即使蓄电池 无电提供，极板上的活性物质只能一部分变成硫酸铅。无电提供，极板上的活性物质只能一部分变成硫酸铅。 极板要尽可能薄，面积大。极板要尽可能薄，面积大。3. 增大放电电流增大放电电流：单格电池内，多组正、负极板并联提高极板 u=2.1V孔隙度，减少极板厚度。4. 充电过程与放电过程相反 即 PbSO4 Pb+ + SO4 正极：Pb+ +2e Pb+ Pb+ SO4 PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2（正极板）+2 H2SO4负极：Pb+ S

5、O4 Pb SO4（负极板） 同时： Pb Pb+ （溶解） +fI2e+蓄电池的工作特性l静止电动势Ej和内阻Rnl充电特性l放电特性 蓄电池放电 蓄电池充电静止电动势Ej和内阻Rn静止电动势：充、放电后2-3h静止（不充电 也不放电），测两极的电位差。Ej =2.1V， Ej =0.84+25C内阻：包括极板、隔板、电解液、联条、极 桩等电阻。T（温度） Rn 充电特性充电特性充电特性是指蓄电池恒流充电电压Uc、E和25C随t时间的变化关系。 Uc = E +IcRn充电的5个阶段：z初期：1.95-2.1V；z2.1-2.4V：不稳定上升；z2.4-2.7V：沸腾z2.7V：充电终了z2

6、.7V后：切断电源， Uc Ej 。（当电压到2.3-2.4V时，PbSO4几乎反应为PbO2和Pb，继续充电，2H2O2H2 +O2，产生气泡，沸腾。）判断蓄电池充足的三个准则： 1.充电电压Uc达到max，且2h不再增加； 2. 电解液密度25C达到max，且2h不再增加； 3.蓄电池激烈放出大量气泡，电解液沸腾放电特性放电特性放电特性是指恒流充电蓄电池端电压Uf、电动势E和 随t时间的变化关系。Uf = E - IcRn放电的3个阶段：z开始放电：2.11-2.0z持续放电：2.0-1.85 稳定z迅速下降：1.85-1.75切断电源继续放电曲线判断放电终止的两个现象：1.单格电池电压降

7、到放电终止电压（如表）；2. 最小许可值1.1g/cm3。放电电流（A）0.05Qe0.1Qe0.25 QeQe3 Qe连续放电时间（h）201030.50.083单格电池终止电压（V） 1.751.701.651.551.5表1-3 放电电流与终止电压蓄电池容量z定义：在放电允许的情况下，蓄电池输出的电 量（It）。z蓄电池容量不守恒。z放电倍率：电池放电电流与额电容量的比值。z影响蓄电池容量的因素（I，T，）温度降低容量减少)30(01. 01tQQteHEV动力蓄电池容量的选择z选择依据混合动力车电机峰值功率蓄电池组的总电压要求蓄电池的比功率，比能量。蓄电池充放电流的最大倍率整车总质量及

8、成本要求示例z 整车驱动总功率最大KWz 驱动电机占驱动总功率z 使用的电池组比功率0.5KW/Kg，比能量0.05KWh/Kg，总电压250V.z 计算最大放电电流？电池组容量？放电倍率？解：电机功率解：电机功率KW 电池组重量电池组重量0.5Kg 电池组总能量电池组总能量0.051.5KWh 最大放电电流最大放电电流KA 电池组容量电池组容量1.5KAh 放电倍率放电倍率z 思考题：改变总电压能否改变倍率思考题：改变总电压能否改变倍率蓄电池充电z 充电种类初充电补充充电预防硫化过充电锻炼循环充电z 充电方法定电流充电定电压充电脉冲快速充电脉冲快速充电的理论基础z 极化的定义：在充电后期化学

9、反应过程中，电池两极间的电压高于两基活性物质的平衡电极电压的现象。z 分类欧姆极化浓差极化电化学极化大电流充电：快速补充蓄电池能量前停：消除欧姆极化及部分浓差极化负脉冲：进一步消除浓差极化及电极化后停：防硫化IT4321蓄电池充电接受能力及脉冲充电曲线蓄电池充电接受能力及脉冲充电曲线 一、镍氢电池镍氢电池z镍氢电池原理镍氢电池原理 镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极)，负极活性物质为金属氧化物，也称贮氢合金 (电极称贮氢电极)，电解液为氢氧化钾，在电池充放电过程中的电池反应为：正极: Ni(OH)2 + OH- = NiOOH + H20 + e- 负极: M + H2O + e =

10、MHab + OH- Ni(OH)2 + M = NiOOH + MHab 新型蓄电池镍氢电池充放电曲线镍氢电池充放电曲线镍氢电池过充过放反应镍氢电池过充过放反应z 过充电时，两极上的反应为： z 氧化镍电极上： 4OH- 4e 2H2O十O2 z 贮氢电极上； 2H2O+O2+4e 4 OH z 当电池过放电时，电极反应为： z 氧化镍电极上： 2H2O + 2e H2+2OH z 贮氢电极上； H2 + 2OH-2e 2H2O 二、燃料电池z燃料电池原理它是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转