铅酸蓄电池结构详解

铅酸蓄电池结构详解之南宫帮珍创作创作时间：二零二一年六月三十日发布者：admin发布时间：2009-10-8阅读：1680次一、蓄电池的功用蓄电池种类较多，根据电解液分歧，有酸性和碱性之分.由于铅酸蓄电池内阻小，电压稳定，在短时间内能供给较年夜的起动电流,而且结构简单，价格较低，所以在汽车拖拉机上被广泛采纳.蓄电池为一可逆直流电源，在汽车拖拉机上与发机电并联，它的主要作用是：（1） 发念头起动时，蓄电池向起念头和焚烧装置供电.起动发念头时，蓄电池必需在短时间内（5~10s）给起念头提供强年夜的起动电流（汽油机为200~600A.柴油机有的高达1000A）.（2） 在发机电不发电或电压较低发念头处于低速时，蓄电池向焚烧系及其它用电设备供电，同时向交流发机电供给他激励磁电流.（3） 当用电设备同时接入较多，发机电超载时，蓄电池协助发机电共同向用电设备供电.（4） 当蓄电池存电缺乏，而发机电负载又较少时，可将发机电的电能转酿成化学能贮存起来，即充电.（5） 蓄电池还有稳定电网电压的作用.当发念头运转时，交流发机电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年夜的电容器，可吸收发机电的瞬时过电压，呵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个单格电池串连而成，每个单格的标称电压为2V,串连成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、壳体等部份组成.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应来实现的.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，加入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.，.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，否则因正极板机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变动纷歧致，造成极板弯曲.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.隔板资料有木质、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.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.现在国内已开始生产聚丙稀塑料外壳.这种壳体不单耐酸、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失落入凹槽中，以免正、负极板短路，若采纳袋式隔板，则可取消凸筋以降低壳体高度.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，发生电化学反应，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°C)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连起来，连条露在蓄电池盖概况，这是一种传统的连接方式，不单浪费铅资料，而且内阻较年夜，故这种连接方式正在逐渐被淘汰.第二种是采纳穿壁式连接方式.蓄电池各单格电池串连后，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02，以免发生事故，如在孔盖上装置氧过滤器，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个部份组成：1 234 51暗示串连单格数，用阿拉伯数字暗示.如：6暗示有6个单格，12V的蓄电池.2暗示蓄电池类型，用汉语拼音的第一个字母暗示，如Q为起动型.3暗示蓄电池特征，蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产物中具有某种特征需要在型号中加以区别时采纳，特征也以汉语拼音字母暗示（表1-1），如“A”暗示干式负荷电极板.如果产物同时具有两种特征，原则上按表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.4暗示20h放电率额定容量，用阿拉伯数字暗示，单元为A・h.5暗示特殊性能，用汉语拼音第一个字母暗示，如G——暗示薄型极板，高起动率；S——暗示塑料外壳；D——暗示高温起动性能好.例如：春风EQl40汽车用6—Q—105型起动蓄电池，即是由6个单格电池串连，额定电压为12V,额定容量为105Ah的干封式起动型蓄电池.解放CAl41汽车用6—QA—100型蓄电池，即是由6个单格电池串连，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应，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.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，与水反应生成Pb(OH)4再分离成四价铅离子和氢氧根离子.一部份Pb4+沉附在正极板上，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：若接通外电路，在电动势的作用下，使电路发生电流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，则正极板上的总反应式为：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将不竭地转化为PbSO4.电解液中的H2SO4将不竭的减小，而H2O增多，电解液相对密度下降.理论上讲，放电过程将进行到极板上的活性物质全部酿成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%的活性物质酿成7PbSO4.故采纳薄型板，增加多孔率，有促于提高活性物质的利用率.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、负极板发生的反应与放电过程相反，如正极板处有少量PbSO4溶于电解液酿成Pb2+和SO42-，Pb2+在电源力作用下失去两个电子酿成Pb4+，它又和电解液中OH一结合，创作时间：二零二一年六月三十日生成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，酿成Pb2+和SO42-,Pb2+在电源作用下获得两个电子酿成Pb,沉附在附报板上，SO42-则和电解液中H+结合酿成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,其年夜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可用如下经验公式来近似计算：E0=0.84+y15°C式中，Y15C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15C时的相对密度：Y15C=yt+8(t—15)式中，Yt—实际测得的相对密度；t—实际测得的温度；8—相对密度温度系数，8=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之间摆荡，因此蓄电池的静止电动势也相应的变动在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，极板电阻增年夜.隔板电阻因所用资料而异，木质隔板电阻比其他隔板电阻年夜.电解液的电阻随相对密度、温度而变动，电阻随温度的降低而增年夜，另外，当相对密度为1.2(15°C)，因电解液离解最好，电阻最小.总之，蓄电池的内阻比力小，能获得较年夜的输出电流，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UC、电动势E和电解液相对密度Y15C随时间变动的规律.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 Y15C.电解液在15C时的相对密度在充电过程中，电解液相对密度r15C，静止动电势E0与充电时间成直线关系增长.端电压Uc也不竭上升，并总年夜于电动势E0.充电开始阶段，电动势和端电压迅速上升，然后缓慢上升到2.3~2.4V,开始发生气泡，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如此变动的原因是：刚开始充电时，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年夜，Uc和E0迅速上升，当继续充电至孔隙中发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，极板上可能介入变动的活性物质几乎全部恢复为PbO2和Pb，若继续通电，便使电解液中水分解，发生H2和02，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年夜量的正离子H+，使溶液和极板发生附加电位差(0.33V)，因而端电压急剧升高到2.7V左右，此时应切断电路，停止充电，否则不单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：蓄电池内发生年夜量气泡，形成“沸腾”现象；电解液相对密度，端电压上升到最年夜值，且2~3h内不再增加.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r15°C随时间而变动的规律.放电过程中，电流恒定，单元时间内所消耗的硫酸量是一定的，所以电解液的相对密度r15°C沿直线下降，一般r15°C每下降0.028~0.030,则蓄电池放电约为额定容量的25%.因静止电动势E0与r15C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，放电刚开始时，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，此时应停止放电，若继续放电，端电压将急剧下降，损坏极板，这是因为放电接近终了时，极板的活性物质年夜部份已转酿成PbSO4而积聚在孔隙中，将孔隙梗塞，容器中电解液渗入极板内层比力困难，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：（1） 电解液相对密度降低到最小许可值（约1.11）；（2） 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，放电电流强度越年夜,则放完电的时间越短，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放电电流（A）0.05C20.1C20.25C2.0.0.0C203C20连续放电时间（h）201030.5(30min)5min单格电池终止电压（V）注：表中C20为蓄电池的额定容量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，它标识表记标帜蓄电池对外供电的能力.蓄电池的容量与放电电流年夜小、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分电的蓄电池，在电解液温度为25°C，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±0.05V）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是指完全充分电的蓄电池，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所继续的时间，其单元为min.蓄电池的储藏容量说明当汽车拖拉机充电系失效时,蓄电池尚能继续提供25A电流的能力.暗示蓄电池在发念头起动时的供电能力，一般有常温起动容量和高温起动容量两种.（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年夜，则极板概况活性物质的孔隙很快被生成的PbSO4所梗塞，使极板内层的活性物质不能介入化学反应，故蓄电池容量减小.2） 电解液的温度温度降低，则容量减小，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，同时内阻增年夜，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，但相对密渡过年夜又将招致粘度加和内阻增年夜，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年夜，片数越多，极板越薄，蓄电池的容量也越年夜.四、蓄电池的充电充电种类（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，电解液加入蓄电池之前，温度不能超越30°C.注入电解液后，静置3~6h.此时，若液面因电解液的渗入而降低，应弥补到高出极板上缘15mm,然后按表1-3蓄电池充电规范中初充电电流年夜小进行充电.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稳定不酿成止.全部充电时间为60~70h.充电过程中应经常丈量电解液温度，当上升到40°C时应将充电电流减半，若继续上升到45C，则应停止充电，待冷却到35C以下再充电.充电临近完毕时，应丈量电解液相对密度，如不符合规范,应用相对密度为1.4的电解液或蒸馏水进行调整，然后再充电2h，直至相对密度符合规范为止.（2） 弥弥补电蓄电池在使用中，常有充电缺乏的现象，应根据需要及时进行弥弥补电，一般每月一次.如发现下列现象，必需随时进行充电：1） 电解液相对密度下降到1.150以下.2） 夏季放电超越25%，夏季超越50%.3） 起动无力，灯光昏暗，单格电池电压降至1.7V以下.弥弥补电电流值见表1—3，常分两阶段进行，方法和初充电相同,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个月进行一次预防硫化过充电，即用平时弥弥补电的电流值将电流充分，中断1h，再用1/2的弥弥补电电流值进行充电至沸腾为止.反复几次，直到刚接入充电，蓄电池立即“沸腾”为止.熬炼循环充电蓄电池在使用中常处于部份放电状态，介入化学反应的活性物质有限.为了迫使相当于额定容量的活性物质介入工作，以防止活性物质长期不工作而收缩，可每隔三个月进行一次熬炼循环充电，即在正常充电后，用20h的放电率放完电，再正常充分后送出使用.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.定电流充电在充电过程中，充电电流坚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，要坚持电流恒定，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，直到蓄电池完全充分.采纳这种方法充电，不论6V或12V蓄电池均可串连在一起，但各个电池的容量应尽可能接近，否则充电电流的年夜小应按容量小的蓄电池来计算，待小容量电池布满后，应随时拿出，再继续给年夜容量的蓄电池充电.定电流充电有较年夜的适应性，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，且须不竭地调整充电电压.定电压充电在充电过程中，将充电电压坚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，如果充电电压调节适当，就肯定会呈现布满电的情况，即充电电流为零时，这就暗示充电终了.采纳定电压充电，要选择好充电电压，若电压过高，充电电流年夜，招致过充电，从而影响蓄电池的使用寿命，若电压过低，则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，充电电流较年夜，开始充电后4~5h内蓄电池就可获得自己容量90%~95%，因而可年夜年夜缩短充电时间，比力适合于弥弥补电.定电压充电中，各蓄电池必需并联，且各蓄电池的额定电压要相同.脉冲快速充电上述的充电方法统称“惯例充电”，要完成一次初充电需60~70h，弥弥补电也需20h，由于充电时间较长，给使用带来了方便.可是纯真地加年夜充电电流来缩短充电时间是行欠亨的.因为这样不单使充电时蓄电池达不到额定容量，反而会使蓄电池温升快，发生年夜量气泡，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发展较快，并胜利地研制了可控硅快速充机电，使新蓄电池初充电一般不超越5h，弥弥补电也只需0.5~1.5h，年夜年夜缩短了充电时间，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华使用.通过结构、工艺和资料等方面的改进，使蓄电池使用性能、维护性能等均有所提高.因此，发生了多种新型蓄电池.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干燥状态下能够长期保管在制造过程中所获得的电荷，在规定的保管期内（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，调整液面高度至规范值，不需要充电，即可使用.因此，它使用方便，是应急的理想电源，已成为近年来发展的方向.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分歧.正极板的活性物质一一PbO2化学活性比力稳定，其荷电性能可以较长期的坚持.而负极板上的活性物质铅（Pb），由于概况积年夜，化学活性高，容易氧化，所以在负极板的铅膏中加入松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂；而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，先用清水冲刷后，再放入防氧化剂溶液（硼酸、水扬酸混合液）中进行浸渍处置，让负极板概况生成一层呵护膜，并采纳特殊干燥工艺（干燥罐中充入惰性气体），这样即可制成干荷电极板.对贮存期超越的干荷电铅蓄电池，因极板部份氧化，使用前应进行弥弥补电.湿荷电蓄电池寄存期极板呈湿润状态而坚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分歧，寄存坚持荷电的时间也要短一些.湿荷电蓄电池在寄存期（约6个月）内，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%.寄存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行弥弥补电，就可以到达额定的容量.湿荷电蓄电池适宜于无需长期寄存的场所.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优点是电解质呈胶体状，不流动，无溅出，使用时只需加蒸