城市轨道交通车辆构造（第2版）课件：蓄电池

蓄电池蓄电池的功能、分类和参数铅酸蓄电池与镍镉蓄电池结构、原理、特点1知识目标23能力目标情感目标理解蓄电池的功能理解镍镉蓄电池的原理理解蓄电池充电的分类及对应结构原理能理解蓄电池的容量影响因素能区分不同蓄电池的结构特点能知道独立式与非独立式蓄电池充电器的区别培养自主学习的能力；课程学习的兴趣与自信（一）用途蓄电池是把电能转变为化学能贮存起来，使用时再把化学能转变为电能放出来，变换的过程是可逆的。城轨车辆蓄电池的作用主要体现在两个方面：1.在列车启动时，为列车启动时的电器设备提供DC110V电能，直到蓄电池充电器开始工作后，处于浮充电状态。2.在列车失去高压电源时，主蓄电池能够为列车的监控设备、通信设备、紧急照明、紧急通风、头灯、尾灯等至少提供45min电能。除此之外，还能为打开或关闭车门一次供电。一、蓄电池的用途与分类

（二）蓄电池的分类根据电极和电解液所用物质的不同，蓄电池一般分为酸性蓄电池和碱性蓄电池。酸性蓄电池的电解液是浓度为27%-37%的硫酸(H2S04)水溶液，即稀硫酸，硫酸是酸性化合物。酸性蓄电池正极板的活性物质是二氧化铅(Pb02)，负极板的活性物质是绒状铅(Pb)，所以酸性蓄电池又叫做铅蓄电池。碱性蓄电池的电解是浓度为20%的氢氧化钾(KOH)水溶液，氢氧化钾是碱性化合物。在碱性蓄电池中，用氢氧化镍[Ni(OH)]做正极板、用铁(Fe)做负极板的叫做铁镍电池；用镉(Cd)做负极板的叫做镍镉蓄电池。用银(Ag)做正极板、用锌(Zn)做负板的叫做锌银蓄电池。一、蓄电池的用途与分类（一）标称容量：又称额定容量，指在一定放电条件下，规定电池应该给出的最低限度的电量。（二）标称电压:电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。电池的标称电压是在正常工作过程中表现出来的电压，标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。（三）内阻：电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。二、蓄电池的主要参数主要参数（四）充电终止电压：蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V，镍氢电池的充电终止电压为1.5V。（五）放电终止电压：是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。二、蓄电池的主要参数主要参数（一）铅酸蓄电池的工作原理铅酸蓄电池在充电过程中PbSO4。接近全部转化为PbO2和Pb，当电压达到一定值时，正极板析出氧气，负极板析出氢气。充电后期，随着电极电压的升高，水被电解，气体析出。当端电压升高到2.5V/只时，氢气和氧气按化学计量比例析出。这种电池能够实现密封是利用阴极吸收再化合的原理，使正极板析出的氧气迅速到达负极板生成氧化铅，氧化铅再与硫酸发生反应，生成硫酸铅和水。三、铅酸蓄电池（原电池）2PbSO4+2H2O⇌PbO2+Pb+2H2SO4（电解池）

2Pb+O2=2PbOPbO+H2S04=PbSO4+H2O

PbSO4+2H++2e=Pb+H2SO4工作原理充电放电（二）铅酸蓄电池分类铅酸蓄电池大体上分为3种。1.固定型防酸铅酸蓄电池（普通型）2.阀控式密封铅酸电池3.富液式胶体电池。三、铅酸蓄电池阀控式密封铅酸电池示意图分类（三）铅酸蓄电池的优缺点1.优点：（1）原料易得，价格相对低廉；（2）高倍率放电性能良好；（3）温度性能良好,可在-40～＋60℃的环境下工作；（4）适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应；（5）废旧电池容易回收,有利于保护环境.2.缺点：（1）比能量低,一般为30～40Wh/kg；（2）使用寿命不及Cd/Ni电池；（3）制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备；三、铅酸蓄电池优缺点（一）镍镉蓄电池的工作原理Cd+2NiO(OH)+2H2O

⇌2Ni(OH)2+Cd(OH)2

镍镉蓄电池极板的活性物质在充电后，正极板为羟基氧化镍[NiOOH]，负极板为金属镉(Cd)；而放电终止时，正极板转化为氢氧化亚镍[Ni(OH)2]，负极板转化为氢氧化镉[Cd(OH)2]。电解液多选用氢氧化钾(KOH)溶液。蓄电池充电时电能变为化学能贮存起来，放电时将化学能变为电能而输出，两电极所发生的电化学反应是可逆的。四、镍镉蓄电池工作原理（二）镍镉电池的特点1.镍镉电池可重复500次以上的充放电，非常的经济；2.内阻小，可供大电流的放电，当它放电时电压的变化很小，作为直流电源是一种质量极佳的电池；3.因为采用完全密封式，因此不会有电解液漏出的现象，也完全不需要补充电解液；4.与其他种类电池相比之下，镍镉电池可耐过充电或放过电，操作简单方便；5.长时间的放置下也不会使性能劣化，当十分充完电后即可恢复原来的特性；6.可使用在很广的温度范围内；7.镍镉电池有记忆效应，即镍镉电池在几次低容量下的充放电工作之后，如果要进行一次较大容量的充放电，电池将无法正常工作，这种情况即为记忆效应。几次充电后不，进行一次放电可防止记忆效应。镍镉电池的保存要放完电后保存。四、镉镍蓄电池特点（一）放电电流越大，电池容量越小。（二）电解液温度越低，电池容量越小。（三）连续放电比间歇放电容量小。五、影响蓄电池容量的因素影响因素硫酸铅形成速度过快，影响电解液向极板内层渗透，使极板活性物质利用率降低随着温度的降低，电解液黏度增加，影响化学反应的效率连续放电使得电解液向极板内扩散不充分；

蓄电池箱一般布置在拖车上，箱内主要是串联的蓄电池单体，一般还设有有熔断器和温度传感器，用于保护和温度补偿功能。蓄电池采用自然通风方式冷却。六、蓄电池箱的结构蓄电池箱蓄电池六、蓄电池箱的结构温度传感器绝缘条七、镍镉密封蓄电池的主要参数以武汉地铁一号线车辆为例（一）基本参数1.蓄电池的额定容量：通常以5小时率放电的容量表示，即C5＝80Ah。2.蓄电池的放电电流：5小时率放电电流用I5表示，数值为16A。3.蓄电池的额定电压：1.2V/单体。4.蓄电池的浮充电压：1.45-1.55V/单体。5.蓄电池的提升电压：1.80-1.90V/单体。6.基本结构：纤维极板，是三维的纤维结构，把活性物质镶嵌在纤维内，内阻极小，导电性好，质量轻，富有弹性。七、镍镉密封蓄电池的主要参数以武汉地铁一号线车辆为例（二）主要性能

1.尺寸：为72×122×309mm;重量为4.0kg/C。

2.自放电:在满充电的状态下,环境温度在20±5℃下放置28天,其剩余容量在额定容量98%以上。

3.浮充电接受能力:蓄电池完全放电后,以1.55-1.6V恒压充电8h,获得容量在额定容量的80%以上。

4.浮充电压差:蓄电池在浮充电时,电池组中单只电池的电压最高与最低的差值小0.02V。

5.过放电性能:在以0.5Ω的固定阻抗连接3周后,以1.5V电压恒压充电24h,获得容量在额定容量的90%以上。七、镍镉密封蓄电池的主要参数以武汉地铁一号线车辆为例

6.低温性能:在-18±2℃放电容量在额定容量的90%以上。

7.内阻:充电态蓄电池内阻小于3mΩ。

8.机械性能：

①冲击:冲击加速度10g；②振动:振动为频率的函数1≤F≤10Hz；a=25/mm(正弦波)；10≤F≤100Hz；a=250//2mm(正弦波)

9.免维护期:是以1.45-1.55V恒压充电使用,具有3年以上免维护期,并且在