铅酸蓄电池结构详解

铅酸蓄电池构造详解

一、蓄电池的功用

蓄电池种类较多，根据电解液不同，有酸性和碱性之分。由于铅酸蓄电池内阻小，

电压稳定，在短时间内能供应较大的起动电流，而且构造简单，价格较低，所以

在汽车拖拉机上被广泛采用。

蓄电池为一可逆直流电源，在汽车拖拉机上与发电机并联，它的主要作用是：

〔1〕发动机起动时，蓄电池向起动机和点火装置供电。起动发动机时，蓄电池

必须在短时间内［5〜10s〕给起动机提供强大的起动电流〔汽油机为200〜600A

柴油机有的高达1000A〕。

〔2〕在发电机不发电或电压较低发动机处于低速时，蓄电池向点火系及其它用

电设备供电，同时向交流发电机供应他鼓励磁电流。

〔3〕当用电设备同时接入较多，发电机超载时，蓄电池协助发电机共同向用电

设备供电。

〔4〕当蓄电池存电缺乏，而发电机负载又较少时，可将发电机的电能转变为化

学能储存起来，即充电。

〔5〕蓄电池还有稳定电网电压的作用。当发动机运转时，交流发电机向整个系

统提供电流。蓄电池起稳定电器系统电压的作用。蓄电池相当于一个较大的电容

器，可吸收发电机的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。延长其使用寿命。

二、蓄电池的构造

车用12V蓄电池均由6个单格电池串联而成，每个单格的标称电压为2V,串联

成12V的电源，向汽车拖拉机用电设备供电。

蓄电池主要由极板、电解液、格板、电极、壳体等局部组成。

1．极板

极板分为正极板和负极板两种。蓄电池的充电过程是依靠极板上的活性物质和电

解液中硫酸的化学反响来实现的。正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅

〔PbO2,负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅〔Pb〕。

正、负极板的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上，参加锑的目的是

提高栅架的机械强度和浇铸性能。但锑有一定的副作用，锑易从正极板栅架中解

析出来而引起蓄电池的自行放电和栅架的膨胀、溃烂，从而影响蓄电池的使用寿

命。

负极板的厚度为1.8mm,正极板为2.2mm,为了提高蓄电池的容量，国外大多

采用厚度为1.1~1.5mm的薄型极板。另外，为了提高蓄电池的容量，将多片正、

负极板并联，组成正、负极板组。在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多

一片，正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，否那么因正极板机械强度

差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，造成极板弯曲。

2．隔板

为了减少蓄电池的内阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，

所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，而

且应具有良好的耐酸性和抗碱性。

隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料以及浸树脂纸质等。近年来，还有将微孔

塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。

3．壳体

蓄电池的外壳是用来盛放电解液和极板组的，外壳应耐酸、耐热、耐震，以前多

用硬橡胶制成。现在国内已开场生产聚丙稀塑料外壳。这种壳体不但耐酸、耐热、

耐震，而且强度高，壳体壁较薄〔一般为3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为10mm〕，

重量轻，外型美观，透明。

壳体底部的凸筋是用来支持极板组的，并可使脱落的活性物质掉入凹槽中，以免

正、负极板短路，假设采用袋式隔板，那么可取消凸筋以降低壳体高度。

4．电解液

电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反响，它由纯

洁的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成。电解液的相对密度一般为1.24~1.30

〔15℃〕

5．联条

车用12V蓄电池的6个单格电池之间的连接方法有两种，一种是用装在盖子上面

的铅质联条串联起来，连条露在蓄电池盖外表，这是一种传统的连接方式，不仅

浪费铅材料，而且内阻较大，故这种连接方式正在逐渐被淘汰。第二种是采用穿

壁式连接方式。

蓄电池各单格电池串联后，两端单格的正负极桩分穿出蓄电池盖，形成蓄电池极

桩。正极桩标“+〞号或涂红色，负极桩标“-〞号或涂蓝色、绿色等。

6．加液孔盖

加液孔盖可防止电解液溅出。加液孔盖上有通气孔，便于排出蓄电池内的H2和

O2,以免发生事故，如在孔盖上安装氧过滤器，还可以防止水蒸汽的溢出，减

少水的消耗。

三、蓄电池的型号

蓄电池的型号按我国机械工业部JB2599—85起动用蓄电池标准规定，其型号编

制和含义由5个局部组成：

345

1表示串联单格数，用阿拉伯数字表示。如：6表示有6个单格，12V的蓄电池。

表示蓄电池类型，用汉语拼音的第一个字母表示，如Q为起动型。

表示蓄电池特征，蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产品中具有某种特

征需要在型号中加以区别时采用，特征也以汉语拼音字母表示〔表1-1〕，如“A〞

表示干式负荷电极板。如果产品同时具有两种特征，原那么上按表1-1的顺序将

两个代号并列标示。而干封蓄电池一般略去不写。

表示20h放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为A?h。

5表示特殊性能，用汉语拼音第一个字母表示，如G——表示薄型极板，高起动

率；S——表示塑料外壳；D——表示低温起动性能好。

例如：东风EQ140汽车用6-Q-105型起动蓄电池，即是由6个单格电池串联，

额定电压为12V,额定容量为105Ah的干封式起动型蓄电池。解放CA141汽车用6-QA-100型蓄电池，即是由6个单格电池用联，额定电压为12V,额定容量为100Ah的干荷式起动型蓄电池。

表1-1铅酸蓄电池特征代号

特征代号

蓄电池特征

特征代号

蓄电池特征

特征代号

蓄电池特征

A

干荷电

J

胶体电解液

D

带液式

H

湿荷电

M

密闭式

Y

液密式

W免维护B半密闭式Q气密式

S少维护F防酸式I激活式

四、蓄电池的工作原理

蓄电池的充电过程和放电过程是一种可逆的化学反响，充放电过程中蓄电池内的

导电是靠正、负离子的反向运动来实现的。

1．放电过程

当极板浸入电解液时，在负极板，有少量铅溶入电解液生成Pb2+,从而在负极

板上留下两个电子2e,使负极板带负电，此时负极板具有0.1V的负电位。

在正极板处，少量PbO2溶入电解液，与水反响生成Pb〔OH〕4再别离成四价铅离子和氢氧根离子。

一局部Pb4的附在正极板上，使极板呈正电位，约为+2.0V。故当外路未接通

时，蓄电池的静止电动势E0约为：

E0=2.0-：-0.1]=2.1V

假设接通外电路，在电动势的作用下，使电路产生电流If，在正极板处Pb4+和

负极板来的电子结合，生成二价铅离子Pb++，Pb++再与电解液中的

SO42-结合，生成PbSO4而沉附在正极板上，使得正极板电位降低，那么正极

板上的总反响式为：

在负极板处Pb2+与SO42-结合，生成PbSO4而沉附在负极板上。

如果外电路不中断，正、负极板上的PbO2和Pb将不断地转化为PbSO4电解

液中的H2SO4＞不断的减小，而H2O增多，电解液相对密度下降。理论上讲，

放电过程将进展到极板上的活性物质全部变为PbSO4为止。但由于电解液不能

渗透到活性物质的最内层中去，在使用中，所谓放电完了的蓄电池，也只有20％

~30%的活性物质变成了PbSO4故采用薄型板，增加多孔率，有促于提高活性

物质的利用率。

2．充电过程

充电时，蓄电池接直流电源，因直流电源端电压高于蓄电池电动势，故电流从正

极流入，负极流出。这时，正、负极板发生的反响与放电过程相反，如

正极板处有少量PbSO4溶于电解液变成Pb2+和SO42-,Pb2旅电源力作用下失

去两个电子变成Pb4+,它又和电解液中OH—结合，生成Pb〔OH〕4,Pb〔OH〕4又分解成PbO2和H2O,PbO2沉附在正极板上，而SO42-与电解液中的H+结合成H2SO4，

负极板上有少量PbSO4溶入电解液中，变成Pb2+和SO42-,Pb2旅电源作用下

获得两个电子变成Pb,沉附在附报板上，SO42-那么和电解液中H+结合变成

H2SO4。可见充电过程中消耗了水，生成了硫酸，故充电时电解液的相对密度

是上升的，而放电时电解液相对密度是下降的。

五、蓄电池的工作特性

蓄电池的工作特性主要包括静止电动势、内阻、充放电特性和容量等。

1．静止电动势和内阻

在静止状态下〔是指不充电不放电的情况〕，蓄电池正、负极板的电位差〔即开

路电压〕称为蓄电池的静止电动势E0,其大小取决于电解液的相对密度和温度。在相对密度为1.050~1.300范围内，单格电池的静止电动势E0可用如下经历公式来近似计算：

E0=0.84+丫15c

式中，丫15c为电解液在15c时的相对密度。

实测所得电解液相对密度应按下式换算成15℃时的相对密度：

丫15c=Yt+B〔t—15〕

式中，丫t一实际测得的相对密度；t—实际测得的温度；B一相对密度温度系数，

0=0.00075,即电解液温度升高1C,相对密度下降0.00075。

蓄电池电解液的相对密度在充电时增高，放电时下降，一般在1.12~1.38之间波

动，因此蓄电池的静止电动势也相应的变化在1.97〜2.15V之间。

蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、铅质联条等的内阻。充电后，极板电阻

变小；放电后，由于生成的PbSO4增多，极板电阻增大。隔板电阻因所用材料

而异，木质隔板电阻比其他隔板电阻大。

电解液的电阻随相对密度、温度而变化，电阻随温度的降低而增大，另外，当相

对密度为1.2〔15℃〕，因电解液离解最好，电阻最小。总之，蓄电池的内阻比

拟小，能获得较大的输出电流，适合起动的需要。

2．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UG电动势E和电

解液相对密度丫15c随时间变化的规律。

Ic.充电电流Uc充电端电压E.电动势E0静止电动势R0内

阻t.充电时间AE.电位差丫15c.电解液在15c时的相对密度

在充电过程中，电解液相对密度U5C,静止动电势E0与充电时间成直线关系增

长。端电压Uc也不断上升，并总大于电动势E0o

充电开场阶段，电动势和端电压迅速上升，然后缓慢上升到2.3〜2.4V,开场产生

气泡，接着电压急剧上升到2.7V,但不再上升，电解液呈现“沸腾〃状态，这就是充电终了。如果此时切断电流，电压将迅速降低到静止电动势E0的数值。

端电压Uc如此变化的原因是：刚开场充电时，在极板孔隙表层中，首先形成硫酸，使孔隙中电解液相对密度增大，Uc和E0迅速上升，当继续充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外扩散速度到达平衡时，Uc和E0随着整个容器内电解液相对密度缓慢上升。当端电压到达2.3〜2.4V时，极板上可能参加变化的活性物质几乎

全部恢复为PbO2和Pb,假设继续通电，便使电解液中水分解，产生H2和。2,以气泡形式放出，形成“沸腾〞现象。因为氢离子在极板与电子的结合不是瞬时

的而是缓慢的，于是在靠近负极板处积存大量的正离子H+,使溶液和极板产生附加电位差〔0.33V〕，因而端电压急剧升高到2.7V左右，此时应切断电路，停顿充电，否那么不但不能增加蓄电池的电量，反而会损坏极板。

由此可知，蓄电池充电终了的特征是：

〔1〕蓄电池内产生大量气泡，形成“沸腾〞现象；

〔2〕电解液相对密度，端电压上升到最大值，且2~3h内不再增加。

3．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、电动势E和电

解液相对密度U5c随时间而变化的规律。

放电过程中，电流恒定，单位时间内所消耗的硫酸量是一定的，所以电解液的相

对密度U5c沿直线下降，一般U5c每下降0.028〜0.030,那么蓄电池放电约为额定容量的25%。因静止电动势E0与门5c成正比，所以E0也是沿直线下降。

放电过程中，因为蓄电池内阻只上有压降，所以端电压Uf总是小于电动势E,

放电刚开场时，端电压Uf从2.1V迅速下降，这是因为极板孔隙中硫酸迅速消耗，

相对密度降低的缘故。当渗透到极板孔隙的硫酸和消耗的硫酸到达平衡时，端电

压将随着整个容器电解液的相对密度降低而缓慢下降到1.85V,接着迅速下降到

1.75V,此时应停顿放电，假设继续放电，端电压将急剧下降，损坏极板，这是

因为放电接近终了时，极板的活性物质大局部已转变为PbSO4而积聚在孔隙中，

将孔隙堵塞，容器中电解液渗入极板内层比拟困难，使极板孔隙中电解液相对密度迅速下降，从而使端电压急剧下降。蓄电池放电终了的特征是：

电解液相对密度降低到最小许可值〔约1.11〕；

单格电池的端电压降至放电终止电压值1.75V。

容许的放电终止电压与放电电流强度有关，放电电流强度越大，那么放完电的时

间越短，而容许的放电终止电压越低，见表1-2

表1-2放电电流与终止电压

0.05C20.1C20.25C2

放电电流〔 A〕

3C20

C20

000

连续放电时间〔 h〕 20 10 3

0.5〔30min〕 5min

单格电池终止电压 〔V〕1.75 1.70 1.65

1.55

1.5

注：表中C20为蓄电池的额定容量

4．蓄电池的容量及影响因素

〔1〕蓄电池的容量

蓄电池的容量是指在放电容许的范围内蓄电池输出的电量，它标志蓄电池对外供

电的能力。蓄电池的容量与放电电流大小、电解液的温度有关，因此，蓄电池的

标称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确定的。

标称容量有两种：额定容量和储藏容量。

1〕额定容量C20根据国标GB5008.1—91?起动型蓄电池技术条件?规定，额

定容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃，以20h的放电率放电

至单格电压降到1.75V〔12V蓄电池端电压下降至10.50由05V〕时所输出的电量。

2〕储藏容量Cm根据国标GB5008.1—9?起动型蓄电池技术条件?规定，Cm

是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25c时，以25A电流连续放电到单

格电池电压降至1.75V所持续的时间，其单位为min。蓄电池的储藏容量说明当汽车拖拉机充电系失效时，蓄电池尚能持续提供25A电流的能力。表示蓄电池在发动机起动时的供电能力，一般有常温起动容量和低温起动容量两种。

〔2〕蓄电池容量的影响因素

影响蓄电池容量的因素主要有：放电电流、电解液温度、电解液相对密度和极板

构造等。

1〕放电电流

放电电流越大，那么极板外表活性物质的孔隙很快被生成的PbSO4所堵塞，使

极板内层的活性物质不能参加化学反响，故蓄电池容量减小。

2〕电解液的温度

温度降低，那么容量减小，这是因为温度降低后，电解液的粘度增加，渗入极板

内部困难，同时内阻增大，蓄电池端电压下降所致。蓄电池电解液温度对蓄电池

容量的影响如图1-9b所示。

3〕电解液的相对密度

适当增加电解液的相对密度，可以提高蓄电池的电动势和容量，但相对密度过大

又将导致粘度加和内阻增大，反而使容量减小。蓄电池电解液相对密度对蓄电池

容量的影响如图1-9c所示。

4〕极板的构造

极板有效面积越大，片数越多，极板越薄，蓄电池的容量也越大。

四、蓄电池的充电

1．充电种类

〔1〕初充电

对新电池或修复后的蓄电池的首次充电，叫初充电。初充电的特点是充电电流小，

充电时间较长。首先按厂家的规定，加注一定相对密度的电解液，电解液参加蓄

电池之前，温度不能超过30Co注入电解液后，静置3~6h。此时，假设液面因

电解液的渗入而降低，应补充到高出极板上缘15mm,然后按表1-3蓄电池充电

标准中初充电电流大小进展充电。初充充电常分为二个阶段，第一阶段充电至电

解液中放气泡，单格电池为2.4V为止；第二阶段将电流减半，继续充到电解液

中剧烈放出气泡〔沸腾〕，电解液相对密度和电压连续3h稳定不变为止。全部

充电时间为60~70h。

充电过程中应经常测量电解液温度，当上升到40℃时应将充电电流减半，假设

继续上升到45℃，那么应停顿充电，待冷却到35℃以下再充电。充电临近完毕

时，应测量电解液相对密度，如不符合标准，应用相对密度为1.4的电解液或蒸

储水进展调整，然后再充电2h,直至相对密度符合标准为止。

2〕补充充电

蓄电池在使用中，常有充电缺乏的现象，应根据需要及时进展补充充电，一般每月一次。如发现以下现象，必须随时进展充电：

1〕电解液相对密度下降到1.150以下。

2〕冬季放电超过25％，夏季超过50％。

3〕起动无力，灯光暗淡，单格电池电压降至1.7V以下。

补充充电电流值见表1—3，常分两阶段进展，方法和初充电一样，一般为13~16h。

〔3〕预防硫化过充电

为预防蓄电池因充电缺乏而造成的硫化，每隔3个月进展一次预防硫化过充电，

即用平时补充充电的电流值将电流充足，中断1h，再用1/2的补充充电电流值进

展充电至沸腾为止。反复几次，直到刚接入充电，蓄电池立即“沸腾〞为止。

〔4〕锻炼循环充电

蓄电池在使用中常处于局部放电状态，参加化学反响的活性物质有限。为了迫使

相当于额定容量的活性物质参加工作，以防止活性物质长期不工作而收缩，可每

隔三个月进展一次锻炼循环充电，即在正常充电后，用20h的放电率放完电，再

正常充足后送出使用。

2．充电方法

蓄电池的充电方法有定电流充电、定电压充电、快速脉冲充电。

〔1〕定电流充电

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。在充电过程中随着

蓄电池电动势的提高，要保持电流恒定，充电电压也须相应提高。当单格电池电

压上升到2.4V时，应将电流减半，直到蓄电池完全充足。

采用这种方法充电，不管6V或12V蓄电池均可串联在一起，但各个电池的容量

应尽可能接近，否那么充电电流的大小应按容量小的蓄电池来计算，待小容量电

池充满后，应随时拿出，再继续给大容量的蓄电池充电。定电流充电有较大的适

应性，可任意选择充电电流，适用初充电和去硫化充电，其缺点是充电时间长，

且须不断地调整充电电压。

〔2〕定电压充电

在充电过程中，将充电电压保持恒定的方法称为定电压充电，这种方法在充电过

程中，蓄电池电动势E,随着电动势的提高充电电流会逐渐减小，如果充电电压

调节得当，就必然会出现充满电的情况，即充电电流为零时，这就表示充电终了。

采用定电压充电，要选择好充电电压，假设电压过高，充电电流大，导致过充电，

从而影响蓄电池的使用寿命，假设电压过低，那么会使蓄电池充电缺乏，一般每

单格电池约需2.5V。

定电压充电，充电电流较大，开场充电后4~5h内蓄电池就可获得本身容量90％

~95％，因而可大大缩短充电时间，比拟适合于补充充电。定电压充电中，各蓄

电池必须并联，且各蓄电池的额定电压要一样。

〔3〕脉冲快速充电

上述的充电方法统称“常规充电〃，要完成一次初充电需60~70h,补充充电也

需20h,由于充电时间较长，给使用带来了不便。但是单纯地加大充电电流来缩

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使用寿命。近年来，

我国的快速充电技术开展较快，并成功地研制了可控硅快速充电机，使新蓄电池

初充电一般不超过5h，补充充电也只需0.5~1.5h，大大缩短了充电时间，提高了

效率。

五、其他类型蓄电池

普通的铅酸蓄电池也称之为干封蓄电池，此种蓄电池启用时需加电解液再经初充

电后才能使用。通过构造、工艺和材料等方面的改良，使蓄电池使用性能、维护

性能等均有所提高。因此，产生了多种新型蓄电池。

1．干荷电铅蓄电池

干式荷电蓄电池，与普通干封式电池的区别是极板组在枯燥状态下能够长期保存

在制造过程中所得到的电荷，在规定的保存期内〔两年〕如需使用，只要灌入符

合规定相对密度的电解液，搁置30min,调整液面高度至标准值，不需要充电，

即可使用。因此，它使用方便，是应急的理想电源，已成为近年来开展的方向。

干荷电铅蓄电池之所以具有干荷电性能，主要在于负极板的制造工艺与普通蓄电

池不同。正极板的活性物质一一PbO2化学活性比拟稳定，其荷电性能可以较长期的保持。而负极板上的活性物质铅〔Pb〕，由于外表积大，化学活性高，容易氧化，所以在负极板的铅膏中参加松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂；并且在化成

过程中有一次深放电循环，使活性物质到达深化。化成后的负极板，先用清水冲

洗后，再放入防氧化剂溶液〔硼酸、水扬酸混合液〕中进展浸渍处理，让负极板

外表生成一层保护膜，并采用特殊枯燥工艺〔枯燥罐中充入惰性气体〕，这样即

可制成干荷电极板。

对贮存期超过的干荷电铅蓄电池，因极板局部氧化，使用前应进展补充充电。

2．湿荷电蓄电池

存放期极板呈湿润状态而保持其荷电性的蓄电池称之为湿荷电蓄电池。湿荷电蓄

电池较之干荷电蓄电池其工艺过程稍有些不同，存放保持荷电的时间也要短一

些。湿荷电蓄电池在存放期〔约6个月〕，加注标准密度的电解液至规定的高度

即可使用，首次放电量可到达额定容量的80％。存放期在一年左右的湿荷电蓄

电池加注电解液后立即放电，可放出额定容量的50％。湿荷电蓄电池使用前对

其进展补充充电，就可以到达额定的容量。湿荷电蓄电池适宜于无需长期存放的

场合。

3．胶体电解质铅蓄电池

在胶体电解质蓄电池中，电解质用经过净化的硅酸钠溶液和硫酸水溶液混合后，

凝结成稠厚的胶状物质，故而得名。

胶体电解质铅蓄电池的主要