第一章蓄电池

1、第1章 蓄电池1 11 1 蓄电池的构造与型号蓄电池的构造与型号1 12 2 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理1 13 3 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性1 14 4 蓄电池容量及其影响因素蓄电池容量及其影响因素 电源系统线路电源系统线路概述电源系统线路原理图电源系统线路原理图1-1 1-1 蓄电池的构造与型号蓄电池的构造与型号v一、蓄电池的定义与分类一、蓄电池的定义与分类v1、蓄电池的定义、蓄电池的定义v2、蓄电池的分类、蓄电池的分类 (1) 湿荷电蓄电池湿荷电蓄电池 (2) 干荷电蓄电池干荷电蓄电池 (3) 少维护蓄电池少维护蓄电池 (4) 免维护蓄电池免维护蓄电池v二、蓄电池的功用二、

2、蓄电池的功用 (1)(1)起动发动机。起动发动机。 (2)(2)备用供电。备用供电。 (3)(3)协同供电。协同供电。 (4)(4)存储电能。存储电能。 (5)(5)稳定电源电压，保护电子设备。稳定电源电压，保护电子设备。v对蓄电池的要求是：对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、有足容量大、内阻小、有足够的起动能力。够的起动能力。负极柱负极柱加液孔盖加液孔盖连接条连接条正接柱正接柱外壳外壳负极板负极板隔板隔板正极板正极板 蓄电池的整体构造蓄电池的整体构造三、蓄电池的构造三、蓄电池的构造v基本构造基本构造v极板极板v隔板隔板 v壳体壳体 v电解液电解液 （一）（一）极板极板v1 1、功用：、功用：是

3、蓄电池的核心部件，由它接受充入是蓄电池的核心部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。的电能和向外释放电能。v2 2、组成：、组成：栅架和活性物质。栅架和活性物质。v3 3、分类：、分类：正极板和负极板。正极板和负极板。 正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色。正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色。 负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。v4 4、极板组：、极板组：将多片正负极板并联而成。将多片正负极板并联而成。 负极板比正极板多一片，为什么？负极板比正极板多一片，为什么？ 极板的组成极板的组成 极板组的构造极板组的构造正极板组正极板组隔板隔板负极

4、板组负极板组1、极柱、极柱2、电池槽、电池槽3、隔壁、隔壁4、沉淀池壁、沉淀池壁5、汇流条、汇流条6、极板组、极板组 蓄电池内部构造蓄电池内部构造 （二）（二）隔板隔板v1 1、功用：、功用：将将正负极板隔正负极板隔开，防止相邻正负极板接开，防止相邻正负极板接触而短路。触而短路。v2 2、分类：、分类：木隔板、微孔木隔板、微孔塑料隔板、微孔橡胶隔板。塑料隔板、微孔橡胶隔板。v3 3、要求：、要求：有一定的机械有一定的机械强度，多孔性好，耐酸性强度，多孔性好，耐酸性耐腐蚀性好，抗氧化性好。耐腐蚀性好，抗氧化性好。（三）电解液（三）电解液v1 1、配制：、配制：由相对密度由相对密度1.841.84

5、的纯硫酸和蒸馏水的纯硫酸和蒸馏水配制而成。配制而成。v2 2、密度：、密度：一般在一般在1.141.31g1.141.31gcmcm3 3的范围的范围之内。之内。v3 3、液面高度：、液面高度：高出隔板高出隔板1015mm1015mm。（四）壳体（四）壳体v1 1、功用：、功用：盛放电解液和极板组。盛放电解液和极板组。v2 2、组成：、组成：电池槽和电池盖。电池槽和电池盖。v3 3、要求：、要求：耐酸耐腐蚀、耐热、耐振动、耐冲耐酸耐腐蚀、耐热、耐振动、耐冲击。击。四、蓄电池的型号四、蓄电池的型号v根据机械工业部根据机械工业部JB/T2599-1993JB/T2599-1993前酸蓄电池前酸蓄电

6、池型号编制方法型号编制方法的规定的规定：13254串联串联单格单格数数蓄电蓄电池类池类型型蓄电蓄电池特池特征征额定额定容量容量特殊特殊功能功能v1 1、串联单格电池数：、串联单格电池数：v2 2、蓄电池类型：、蓄电池类型： Q-Q-起动；起动；M-M-摩托车摩托车v3 3、蓄电池特征：、蓄电池特征： A-A-干荷电干荷电 H-H-湿荷电湿荷电 W-W-免维护免维护 S-S-少维护少维护v4 4、额定容量：、额定容量：20h20h率额定容量（率额定容量（A.hA.h）v5 5、特殊功能：、特殊功能：G-G-薄型极板高起动率电池薄型极板高起动率电池 S-S-工程塑料外壳工程塑料外壳v蓄电池的化学反

7、应方程式为蓄电池的化学反应方程式为:2242bbPOH SOP4242bbPSOH OPSO放电放电充电充电正正极极板板电解液电解液负负极极板板电解电解液生液生成物成物负极负极生成生成物物正极正极生成生成物物v一、化学反应一、化学反应v蓄电池：正极板上是蓄电池：正极板上是P Pb bO O2 2 ，负极板上是，负极板上是p pb b ，电，电解液是解液是H H2 2SOSO4 4 。 双极硫酸盐化理论双极硫酸盐化理论1-2 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理二、电动势的建立二、电动势的建立v蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。v1、负极板：、负

8、极板：铅溶于电解液中，失电子生成铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+ Pb-2ePb2+ 电子留在负极板上，和电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具有负电位，吸引，使负极具有负电位，为为-0.1V。v2、正极板：、正极板：PbO2溶于电解液溶于电解液PbO2+2H2OPb(OH)4 Pb(OH)4Pb4+ + 4OH- OH-留在电解液中，留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极表面沉附在正极表面,使正极板有使正极板有+2.0V。v3、静止电动势：、静止电动势：在外电路未接通时，反应达到动态平在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为：衡时，静止电动势为： E=2.0-(-0.1)=2.1

9、V三、放电过程三、放电过程v将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。原始物质原始物质电离过程电离过程生成物质生成物质4222442SOPSOPPePbbbb四、充电过程四、充电过程v将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程，它将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程，它是放电反应的逆过程。是放电反应的逆过程。42422424222SOHPHeSOPPePSOPSOPbbbbbb4222424224424224242222)(44442SOHOPSOOHeSOPOHOPOHPOHPOHHOHPePSOPSOPbbbbbbbbb4原始物质原始

10、物质电离过程电离过程生成物质生成物质1-3 1-3 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性 v定义：定义：蓄电池的电动势、电压、电流和电解蓄电池的电动势、电压、电流和电解液相对密度随充放电时间的变化规律。液相对密度随充放电时间的变化规律。v一、蓄电池的工作参数一、蓄电池的工作参数 电解液相对密度、静止电动势、内阻、容量、电解液相对密度、静止电动势、内阻、容量、电压、电流。电压、电流。（一）（一）电解液相对密度电解液相对密度v1 1、定义：、定义：电解液中硫酸成分所占的比例。电解液中硫酸成分所占的比例。v2 2、电解液相对密度与温度有关、电解液相对密度与温度有关. .v3 3、2525=T T+（T-

11、25T-25）（二）静止电动势（二）静止电动势E E0 0v1 1、定义：、定义：蓄电池处于静止状态时，正、负极板之间蓄电池处于静止状态时，正、负极板之间的电位差。的电位差。v2 2、与密度与温度关系：、与密度与温度关系： E E0 0=0.85+=0.85+2525C C（V V）v3 3、蓄电池端电压：、蓄电池端电压：开路电压（约开路电压（约E E0 0）: :发动机未工作时（一般发动机未工作时（一般12V12V）。）。充电电压：发电机向蓄电池充电时的端电压，一般充电电压：发电机向蓄电池充电时的端电压，一般14V14V。放电电压：起动时的端电压放电电压：起动时的端电压 8-11V8-11V

12、。v蓄电池的内阻大小反映了蓄电池带负载的能力；蓄电池的内阻大小反映了蓄电池带负载的能力；v充电时电阻变小，放电时电阻变大充电时电阻变小，放电时电阻变大（三）蓄电池的内阻（三）蓄电池的内阻二、二、蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性 v1 1、定义：、定义：在在恒流充电恒流充电过程中，单格蓄电池的静止电动过程中，单格蓄电池的静止电动势势E E0 0、端电压、端电压U Uc c与电解液相对密度与电解液相对密度2525等参数随时间等参数随时间而变化的规律。而变化的规律。v2 2、要求、要求： （1 1）充电电源必须采用直流电源。充电电源必须采用直流电源。 （2 2）恒流充电，蓄电池已完全放电。）恒流充电

13、，蓄电池已完全放电。 （3 3）每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相）每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线。对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线。 （4 4）为保证将蓄电池充足，往往需要）为保证将蓄电池充足，往往需要2 23h3h的过充电。的过充电。v3 3、说明：、说明：充电电压高于静止电动势充电电压高于静止电动势E E0 0 。 4 4、充电特性曲线、充电特性曲线（1 1）充电初期（开始阶段）充电初期（开始阶段）v端电压迅速上升。端电压迅速上升。v开始充电时，孔隙内迅速生开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端成硫酸，浓差极化增大

14、，端电压迅速上升。电压迅速上升。（2 2）充电中期（稳定上升阶段）充电中期（稳定上升阶段）v端电压缓慢上升至端电压缓慢上升至2.4V2.4V左右。左右。v孔隙内生成的硫酸向孔隙外孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。变化而缓慢上升。（3 3）充电末期）充电末期v电压迅速上升到电压迅速上升到2.7V2.7V左右，且稳定不变，左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。电解液呈沸腾状态。v活性物质还原反应结活性物质还原反应结束后的充电称为过充束后的充电称为过充电

15、，充电电流用于电电，充电电流用于电解水，应避免长时间解水，应避免长时间过充电。过充电。（4 4）停止充电）停止充电v充电电流切断后，极充电电流切断后，极板孔隙内外电解液混板孔隙内外电解液混合均匀，端电压下降，合均匀，端电压下降，最终等于静止电动势。最终等于静止电动势。蓄电池的充电终了的特征蓄电池的充电终了的特征v（1 1）电解液中产生大量气泡，呈现）电解液中产生大量气泡，呈现“沸腾沸腾”现象现象v（2 2）端电压上升到最大值）端电压上升到最大值2.7V2.7V，并在，并在2h-3h2h-3h内不在增加。电解液相对密度上升到最大值。内不在增加。电解液相对密度上升到最大值。 四、蓄电池的放电特性四

16、、蓄电池的放电特性 v1 1、定义：、定义：在恒流放电过程中，蓄电池的静止电动势在恒流放电过程中，蓄电池的静止电动势E E0 0、端电压端电压U Uc c和电解液相对密度和电解液相对密度2525等参数随时间而变化等参数随时间而变化的规律。的规律。v2 2、要求、要求： （1 1）恒流放电，放电电流为）恒流放电，放电电流为20h20h放电率的电流放电率的电流 （2 2）蓄电池已完全充足电。）蓄电池已完全充足电。 （3 3）每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液）每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线。相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线。v3 3、

17、说明：、说明：蓄电池的总是低于电动势。蓄电池的总是低于电动势。4 4、放电特性曲线、放电特性曲线（1 1）放电初期（开始放电）放电初期（开始放电）v端电压由端电压由2.14V2.14V迅速下降至迅速下降至2.1V2.1Vv极板孔隙内硫酸迅速消耗，极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。极化增大，端电压迅速下降。（2 2）放电中期（相对稳定阶）放电中期（相对稳定阶段）段） v端电压由缓慢下降至端电压由缓慢下降至1.85V1.85Vv极板孔隙外向孔隙内扩散的极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，

18、孔内外电解液到动态平衡，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。电压缓慢下降。（3 3）放电末期（迅速）放电末期（迅速下降阶段）下降阶段）v端电压由端电压由1.85V1.85V迅速迅速下降至下降至1.75V1.75V。v放电接近终了时，放电接近终了时，电化学极化、浓差电化学极化、浓差极化、欧姆极化显极化、欧姆极化显著增大，端电压迅著增大，端电压迅速下降。速下降。（4 4）停止放电）停止放电v端电压稍有回升。端电压稍有回升。v电解液相互渗透趋电解液相互渗透趋于平衡。于平衡。蓄电池的放电终了的特征蓄电池的放电终了的特征v（1 1）电解液密度下降到最小许可值（约）电

19、解液密度下降到最小许可值（约1.13 1.13 g/cmg/cm3 3 ）v（2 2）单体电池的端电压降至放电终止电压。）单体电池的端电压降至放电终止电压。1-4 1-4 蓄电池的容量及其影响因素蓄电池的容量及其影响因素一、蓄电池的容量一、蓄电池的容量1 1、定义、定义v在规定放电条件下在规定放电条件下（包括放电电流、放电（包括放电电流、放电温度、放电终止电压），完全充足电的蓄温度、放电终止电压），完全充足电的蓄电池所能提供的电量，用电池所能提供的电量，用C C表示。表示。vC=IC=If ft tf fv单位：安时（单位：安时（AhAh）v理论容量、实际容量（无实际意义）、额理论容量、实际容

20、量（无实际意义）、额定容量、储备容量定容量、储备容量（1 1）（）（20h20h率）额定容量率）额定容量 定义：定义： 将完全充足电的蓄电池，在电解液温度为将完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25255 5C C条件下，以条件下，以20h20h率的放电电流连续放电至额定电压率的放电电流连续放电至额定电压为为12V12V的蓄电池电压降到的蓄电池电压降到10.510.50.05V0.05V时，时，6V6V的蓄电的蓄电池电压降到池电压降到5.255.250.02V0.02V时，所输出输出的电量称时，所输出输出的电量称为额定容量，为额定容量，C C20 20 （AhAh） 。v实际测量蓄电池容量超过实

21、际测量蓄电池容量超过2020小时为合格。小时为合格。（2 2）储备容量）储备容量定义：定义： 完全充足电的蓄电池，完全充足电的蓄电池，在在252555条件下，以条件下，以25A25A恒流连续放电至恒流连续放电至12V12V蓄电池电压降到蓄电池电压降到10.5 10.5 0.5 V0.5 V时，时， 6V6V的蓄电池电压降到的蓄电池电压降到5.255.250.02V0.02V时，时，放电所持续的时间，放电所持续的时间，C Cr.nr.n ，单位为，单位为分钟（分钟（minmin）。）。1 1、构造因素对容量的影响、构造因素对容量的影响v极板厚度越薄，活性物质的利用率就越高，极板厚度越薄，活性物质

22、的利用率就越高，容量就越高。容量就越高。v极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。容量就越大。v同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。量越大。v蓄电池选择的主要标准蓄电池选择的主要标准二、影响蓄电池容量的主要因素二、影响蓄电池容量的主要因素2 2、使用因素对容量的影响、使用因素对容量的影响（1）放电电流的影响：）放电电流的影响：放电电流越大，容量越小放电电流越大，容量越小v（2 2）电解液温度的影响：）电解液温度的影响：温度越低，容量越小温度越低，容量越小v冬季注意蓄电池保温。冬季注意蓄电池保温。

23、v（3 3）电解液密度的影响）电解液密度的影响v电解液密度电解液密度电动势电动势EE，电解液渗透速度，电解液渗透速度，参加反应的活性物质参加反应的活性物质放电时间放电时间CCv过高，粘度过高，粘度，电解液渗透速度，电解液渗透速度内阻内阻，极，极板硫化板硫化CCv实践证明：电解液相对密度为实践证明：电解液相对密度为1.231.23时，蓄电池输出时，蓄电池输出容量最大。电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量最大。电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量。冬季使用的电解液，在不使其结冰的前提下，容量。冬季使用的电解液，在不使其结冰的前提下，尽可能采用稍低的电解液密度。尽可能采用稍低的电解液密度。v 一

24、般地，电解液密度为一般地，电解液密度为1.26-1.30g/cm31.26-1.30g/cm31-4 1-4 蓄电池的充电蓄电池的充电v一、充电方法一、充电方法v（一）恒流充电（一）恒流充电v（二）恒压充电（二）恒压充电v（三）快速脉冲充电（三）快速脉冲充电（一）恒压充电（一）恒压充电v在充电过程中，在充电过程中，充电电压恒定充电电压恒定不变。不变。v是蓄电池在汽是蓄电池在汽车上由发电机车上由发电机对其充电的方对其充电的方法。法。v恒压充电连接恒压充电连接图和特性曲线图和特性曲线见图。见图。恒压充电特点恒压充电特点v恒压充电的优点为：充电速度快，充电时间短，充恒压充电的优点为：充电速度快，充电

25、时间短，充电电流电电流ICIC会随着电动势会随着电动势E E的上升，而逐渐减小到零，的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。使充电自动停止，不必人工调整和照管。v恒压充电的缺点是：充电电流大小不能调整，所以恒压充电的缺点是：充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。去硫化充电。v对于就车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，对于就车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，必须定期（每两个月）拆下用改进恒流充电的方法必须定期（每两个月）拆下用改进恒流充电的方法充电一次。充电一次。恒压充电电压恒压

26、充电电压v单格单格2.4V2.4V，汽车上，汽车上14V14V或或28V28V左右左右（二）恒流充电（二）恒流充电v在充电过程中，充电电流恒定不变（通过调在充电过程中，充电电流恒定不变（通过调整电压，保证电流不变）。整电压，保证电流不变）。v恒流充电的优点为：充电电流可任意选择，恒流充电的优点为：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。硫化充电。v恒流充电的缺点是充电时间长，且需要经常恒流充电的缺点是充电时间长，且需要经常调整充电电流。调整充电电流。两阶段恒流充电法两阶段恒流充电法v两阶段充电法，两阶段充电法，在第一阶段用较在第

27、一阶段用较大电流充电，当大电流充电，当单格电池电压升单格电池电压升到到2.4V2.4V，电解液，电解液开始产生气泡，开始产生气泡，v将充电电流减小将充电电流减小一半进行第二阶一半进行第二阶段恒流充电，直段恒流充电，直到蓄电池完全充到蓄电池完全充足电为止足电为止（三）快速脉冲充电（三）快速脉冲充电v特点：采用大小为特点：采用大小为C20左右（甚至以上）的充电左右（甚至以上）的充电电流，在短时间内（初充电小于电流，在短时间内（初充电小于5h，补充充电，补充充电1-1.5h）把蓄电池充好，而在充电过程中，既不）把蓄电池充好，而在充电过程中，既不产生大量气体，也不会使蓄电池温升过高。产生大量气体，也不

28、会使蓄电池温升过高。v优点：优点：v充电时间短充电时间短v可增加蓄电池容量可增加蓄电池容量v具有显著的去硫化左右具有显著的去硫化左右脉冲快速充电电流波形脉冲快速充电电流波形v大电流恒流充电大电流恒流充电 IC=IC=（0.80.81 1）C20 C20 至单至单池电压升至池电压升至2.4V2.4V；v前停充前停充151525ms25ms；v反向脉冲充电反向脉冲充电 IC=IC=（1.51.52.02.0）C20 C20 t=150t=1501000us1000us；v后停充后停充252540ms40ms，如，如此循环，直至充足电此循环，直至充足电二、充电的种类二、充电的种类 v对象：新蓄电池或

29、修复后的蓄电池。对象：新蓄电池或修复后的蓄电池。v目的：恢复蓄电池在存放期间，极板上部分目的：恢复蓄电池在存放期间，极板上部分活性物质缓慢放电和硫化而失去的电量。活性物质缓慢放电和硫化而失去的电量。v初充电的特点：充电电流小，充电时间长，初充电的特点：充电电流小，充电时间长，电化学反应充分，必须彻底充足。电化学反应充分，必须彻底充足。v采用两阶段恒流充电。采用两阶段恒流充电。v初充电、补充充电和去硫充电初充电、补充充电和去硫充电（一）初充电（一）初充电初充电初充电程序程序v初充电的程序初充电的程序v（1 1）加注电解液）加注电解液v密度符合厂家规定，液面高度符合要求。密度符合厂家规定，液面高度

30、符合要求。v（2 2）选择充电电流）选择充电电流v恒流法恒流法 IC1=C20/15 IC2=C20/30 IC1=C20/15 IC2=C20/30 v（3 3）连接蓄电池）连接蓄电池（二）补充充电（二）补充充电v对象：蓄电池使用后的充电。对象：蓄电池使用后的充电。v需补充充电情况：需补充充电情况：v（1 1）启动无力时（非机械故障）；）启动无力时（非机械故障）；v（2 2）前照灯灯光暗淡，表示电力不足时；）前照灯灯光暗淡，表示电力不足时；v（3 3）电解液密度下降到）电解液密度下降到1.20g/cm31.20g/cm3以下时；以下时；v（4 4）冬季放电超过）冬季放电超过25%25%，夏季放电超过，夏季放电超过50%50%时；时；v方法：两阶段恒流充电。方法：两阶段恒流充电。补充充电程序补充充电程序v（1 1）蓄电池补充充电电流的选择；