第一张 蓄电池.ppt

1、第一章、蓄电池,蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。 应用最广泛的汽车蓄电池是铅酸蓄电池。 蓄电池最主要的作用是：发动机工作时向起动机和点火装置供电。 汽油机起动电流为200600A有的柴油机起动电流达1000A。,汽车上一般采用铅酸蓄电池，其主要目的是启动发动机。车用蓄电池可分为以下4种： 湿荷电蓄电池 干荷电蓄电池 少维护蓄电池 免维护蓄电池。,蓄电池的分类,蓄电池的功用,1.发动机启动时，向启动机和点火系统供电 2.发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。（应用中应避免） 3.发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来； 4.发电机过载时，协助发电

2、机向用电设备供电 5.蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的舒瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定,对蓄电池的要求,启动发动机时，蓄电池在510S内，要向启动机连续供给强大电流（汽油机200600A，柴油机8001000A） 因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、有足够的启动能力。,第一节、蓄电池的构造与型号,蓄电池的构造,蓄电池的基本构造,极板 隔板 外壳 电解液,极板,极板：是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。极板分正极板和负极板两种。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。,极板,极板,栅架 活性物质,隔板

3、,为了避免相互接触而短路，正负极板之间要用绝缘的隔板隔开。 隔板材料应具有多孔性结构，以便电解液自由渗透，而且化学性能应稳定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。,隔板,电解液,铅酸蓄电池的电解液，是由相对密度1.84的纯硫酸和蒸馏水配制而成。 密度一般在1.24 1.31gcm的范围之内。 电解液的纯度是影响蓄电池的电气性能和使用寿命的重要因素，一般工业用硫酸和普通水中，因含有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入到蓄电池中去，否则容易自行放电，并且容易损坏极板。因此，蓄电池电解液要用规定的蓄电池专用硫酸和蒸馏水配制。,外壳,蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内。 蓄电池电压一般有

4、6V和12V两种规格，因此，外壳内由间壁分成3个和6个互不相通的单格。 外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动，并具有足够的机械强度。,外壳,蓄电池的型号、规格,蓄电池的产品型号 按照原机械工业部部颁标准JB259985的规定，铅蓄电地产品型号分为三段，,解放CA141汽车用蓄电池,6-QA-100 即是6个单格电池 额定电压12伏 额定容量100Ah 起动型干荷蓄电池,第二节、蓄电池的工作原理及特性,双极硫酸盐化理论 蓄电池中参与化学反应的物质，正极板上是pbO2 负极板上是pb 电解液是硫酸水溶液 蓄电池放电时，正极板上的pbo2和负极板上的pb都变成pbso4水溶液 电解液中的H2SO4减少，相

5、对密度下降。蓄电池充电时，则按相反的方向变化。,一、蓄电池的工作原理,蓄电池的化学反应方程式为:,1电动势的建立,蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生的。其反应过程见图1-8所示 负极板：铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+ Pb-2ePb2+ 电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具有负电位，为-0.1V。,电动势的建立,正极板：PbO2溶于电解液 PbO2+2H2OPb(OH)4 Pb(OH)4Pb4+ + 4OH- OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极表面,使正极板有+2.0V 在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为： E=2.0(0.1)=2.1V,电动势的建立,一

6、、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。,一、放电过程,如果将蓄电池与外电路的负荷接通，电子e从负极板经过外电路的负荷流往正极板，使正极板的电位下降，从而破坏了原有的平衡状态。发生电化学反应。 从理论上说，蓄电池这种放电过将极板上所有物质全部转变为硫酸铅，但实际转化的只有20-30%。,二、充电过程,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。,二、充电过程,充电时蓄电池的正负两极接通直流电源 当电源电压高于蓄电池的电动势E时，电流由蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出，也就是电子由正极板经外电路流往负极板。 这时正负极板发生的化学反应正好与放电过程相反

7、，其化学反应过程如图所示。,蓄电池充放电过程结论,蓄电池在放电时，电解液中的硫酸将逐渐减少，而水将逐渐增多，电解液相对密度下降 。 蓄电池在充电时，电解液中的硫酸将逐渐增多，而水将逐渐减少，电解液相对密度增加。 在充放电时，电解液浓度发生变化，主要是由于正极板的活性物质化学反应的结果，因此要求正极极处的电解液流动性要好。 在装配蓄电池时，应将隔板有沟槽的一面对着正极板，以便电解液流通。,二、蓄电池的工作特性,蓄电池的静止电动势及基本电特性 蓄电池的内阻 蓄电池的放电特性 蓄电池的充电特性,1、蓄电池的静止电动势及基本电特性,静止电动势ES 蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压

8、）称为静止电动势。 开路电压：理论上，开路状态下的端电压并不等于电池的电动势。但是，开路电压在数值上很接近蓄电池的静止电动势，可以用开路电压代替静止电动势。 一般规定铅蓄电池的额定开路电压为2.0V。 开路电压（静止电动势）公式 ES=0.85+25C（V） 汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之间，因此ES=1.972.15（V）,1、蓄电池的静止电动势及基本电特性,蓄电池端电压的测量： 端电压包括开路电压、放电电压和充电电压，取决于蓄电池的工作状况。 一般发动机未工作时测量蓄电池电压为开路电压为12V。 一般发动机工作时测量蓄电池电压为充电电压为14V。 启动时测量蓄

9、电池电压为放电电电压约为8-11V。实际测量时采用放电计模拟启动状态。,2、蓄电池的放电特性,蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律。 将完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电，在放电过程中不断地调节外接的电位器，使放电电流保持稳定不变，每隔一定的时间，测量端电压和电解液密度，得到如图所示的放电特性曲线。,放电特性曲线,2、蓄电池的放电特性,（1）开始放电阶段 端电压由2.14V迅速下降至2.1V 极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。 （2）相对稳定阶段 端电压由缓慢下降至1.85V 极板孔隙外向孔隙

10、内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。,2、蓄电池的放电特性,（3）迅速下降阶段 端电压由1.85V迅速下降至1.75V。 放电接近终了时，电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下降。 蓄电池放电终了的特征,3、蓄电池的充电特性,在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。 充电电源必须采用直流电源，以一定的电流人向一只完全放电的蓄电地进行充电。 保持充电电流入不变，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，如图所示。,蓄电池的充电特性,（1）充电开始阶段 端电

11、压迅速上升。 开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端电压迅速上升。 （2）稳定上升阶段 端电压缓慢上升至2.4V左右。 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速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。,蓄电池的充电特性,（3）充电末期 电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。 活性物质还原反应结束后的充电称为过充电，充电电流用于电解水，应避免长时间过充电。,蓄电池的充满电的特征,端电压上升到最大值2.7V，并在2h3h内不在增加。 电解液相对密度上升到最大值1.27g/cm 蓄电池内产生大量气泡。,第三节、蓄电池的容量及其影响因素,一

12、、蓄电池的容量 指蓄电池在规定条件下（包括放电温度、放电电流、放电终止电压）放出的电量。 单位：安时（Ah） 理论容量、实际容量（无实际意义） 额定容量、储备容量,一、蓄电池的容量,额定容量 用20h率容量表示。 国标GB5008.1-91启动用铅蓄电池技术条件规定： 将充电的新蓄电池在电解液温度为255C条件下，以20h率的放电电流连续放至单池平均电压降到1.75V时，输出的电量称为额定容量。 实际测量蓄电池容量超过20小时为合格,一、蓄电池的容量,储备容量 国标GB5008.1-91启动用铅蓄电池技术条件规定： 蓄电池在252条件下，以25A恒流放电直至单池平均电压降到1.75V时的放电时

13、间。单位为分钟（min）。,影响蓄电池容量的因素,极板的构造对容量的影响 放电电流对容量的影响。 电解液温度对容量的影响。 电解液密度对容量的影响。,二、影响容量的因素,1构造因素对容量的影响 极板厚度越薄，活性物质的利用率就越高，容量就越高。 极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。 同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。 蓄电池选择的主要标准,2使用因素对容量的影响,放电电流对容量的影响,放电电流对容量的影响,电解液温度对容量的影响,电解液温度对容量的影响,温度粘度渗入极板困难，活性物质利用率C； 同时，粘度内阻内压降端电压C,电解液密度对容量的影响,电解液密度对容量的

14、影响,电解液密度电动势E，电液渗透能力，参加反应的活性物质C 过高，粘度，内阻，极板硫化C 实践证明：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，尽可能采用稍低的电解液密度。 1.12-1.30g/cm3,第四节 蓄电池的使用与维护一、蓄电池的维护,（一）三抓 1.抓及时、正确充电 装车使用电池定期补充充电，放电程度，冬季不超过25%，夏季不超过50%； 带电液存放的蓄电池定期补充充电。 2.抓正确使用操作 每次启动时间不超过5s，启动间隔时间15s，最多连续启动3次； 3.抓清洁保养 及时清除蓄电池表面的酸液，经常疏通通气孔,一、蓄电池的维护,五防 1.防

15、止过充和充电电流过大 2.防止过度放电 3.防止电解液液面过低 4.防止电解液密度过大 5.防止电解液内混入杂质。,二、蓄电池的检查,1、检查电解液密度 用吸式密度计检测。方法见图,1、检查电解液密度,充电状态(%) 100 75 50 25 0 电解液相对密度(g/cm3) 1.27 1.23 1.19 1.15 1.11,2、模拟启动放电检测,对于技术状态良好的蓄电池，当以启动电流或规定的放电电流连续放电15s时，端电压应不低于规定值。,2、模拟启动放电检测,绿色区域 端电压高于9.6V，状态良好 黄色区域 端电压低于9.6V，存电不足 红色区域端电压低8V于蓄电池故障，更换蓄电池。,3、

16、检查电解液液面高度,1.目测：电解液液面应在蓄电池外壳上、下液面线之间。 2.用玻璃观管测量 见图 当液面过低时，应加注蒸馏水，以恢复正确的液面高度。除非确知电解液溅出，否则不许添加硫酸溶液。,三、冬季使用蓄电池时的注意事项,1.应特别注意保持其处于充足电状态，以防结冰； 2.冬季补加蒸馏水应在充电时进行，以防结冰； 3.冬季容量降低，发动机启动前应进行预热，每次启动时间不超过5s，每次启动间隔应有15S 4.冬季气温低，蓄电池充电困难，应经常检查蓄电池存电状况 如有必要可以更换容量较大的蓄电池 可以适当调整电解液密度,四、蓄电池的储存,1.未灌电解液的蓄电池的储存 干燥、通风，室温540C

17、避免爆晒，远离热源 按行存放于木架之上 旋紧加液孔盖，通气孔密闭 2.使用过的蓄电池的长时间储存,2.使用过的蓄电池的长时间储存,干法储存： 先将其充足电，再按20h率放电至单池电压为1.75V；倒出电解液，加入蒸馏水，3h后更换蒸馏水，反复进行至浸不出来酸为止； 倒干蒸馏水，旋紧加液孔盖，封闭通气孔。 带电解液的蓄电池的储存 将其充足电，旋紧加液孔盖 室内应通风干燥，室温530C 定期补充充电,五、蓄电池的充电,一、充电方法 1恒流充电 2恒压充电,1恒流充电,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）。 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

18、充电和去硫化充电。 恒流充电的缺点是充电时间长，且需要经常调整充电电流。,1恒流充电,两阶段充电法，在第一阶段用较大电流充电，当单格电池电压升到2.4V，电解液开始产生气泡， 将充电电流减小一半进行第二阶段恒流充电，直到蓄电池完全充足电为止,2恒压充电,在充电过程中，充电电压恒定不变。是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法。 恒压充电特性曲线见图,2恒压充电,恒压充电的优点为：充电速度快，充电时间短，充电电流IC会随着电动势E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。 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去硫化充电。 对于就

19、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充电一次。,3脉冲快速充电,以脉冲大电流充电来实现快速充电的方法。 其充电电流波形,3脉冲快速充电,大电流恒流充电 IC=（0.81）C20 至单池电压升至2.4V； 前停充1525ms； 反向脉冲充电 IC=（1.52.0）C20 t=1501000us； 后停充2540ms，如此循环，直至充足电,4、充电的种类,初充电 对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电。 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。 初充电的特点：充电电流小，充电时间长，必须彻底充足。,初充电,初充电的程

20、序 （1）加注电解液 密度符合厂家规定，液面高度符合要求。 （2）选择充电电流 恒流法 IC1=C20/15 IC2=C20/30 （3）连接蓄电池,补充充电,蓄电池使用后的充电。 需补充充电情况： （1）启动无力时（非机械故障）； （2）前照灯灯光暗淡，表示电力不足时； （3）电解液密度下降到1.20g/cm3以下时； （4）冬季放电超过25%，夏季放电超过50%时；,补充充电,补充充电与初充电的不同点 （1）充电前不需要加注电解液； （2）蓄电池补充充电电流的选择； IC1=C20/10（A） IC2=C20/20（A） （3）充电时间约为1316h,去硫化充电,消除硫化的充电工艺。 蓄电

21、池轻度硫化，可用充电的方法予以消除： 倒出电解液，加入蒸馏水冲洗两次后，再加入蒸馏水； 用IC=C20/30（A）的电流进行充电，当密度上升到1.15g/cm3时，倒出电解液，再加蒸馏水继续充电，直至密度不再上升； 以20h率放电电流放电至单池电压降到1.75V时，再进行上述充电。反复进行以上过程，直至输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。,第五节、蓄电池的故障及其排除,蓄电池常见故障包括内部故障和外部故障。 外部故障：外壳裂纹、极柱腐蚀、极柱松动、封胶干裂。 内部故障：极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板短路、自放电、极板拱曲。,一、极板硫化,极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象简

22、称硫化。 粗晶粒硫酸铅导电性差，正常充电很难还原，晶粒粗，体积大，堵塞活性物质孔隙，内阻增大。 故障特征,故障特征,放电时，内阻大，电压急剧下降，不能持续供给启动电流。 充电时，内阻大，单格电池的充电电压高达2.8V以上，密度上升慢，温度上升快，过早出现沸腾现象。,二、活性物质脱落,故障特征 蓄电池输出容量下降，充电时电解液混浊，有棕色物质自底部上升。 2.故障原因 充电电流过大；过充时间过长 低温大电流放电；造成极板拱曲 汽车行驶时颠簸、振动,三、自行放电,蓄电池在无负载的状态下，电量自动消失的现象称为自放电。蓄电池的自放电是不可避免的 故障特征 如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。 故障原因 电解液含杂质过多；电解液密度偏高； 电池表面不清洁；栅架中含锑。,四、极板短路,故障特征 充电电压很低或为零，密度上升很慢或不上升，气泡很少或无气泡。 故障原因 活性物质大量脱落，沉积后将正负极板连通。必须拆开检查,第六节 新型铅蓄电池,干荷蓄电池 胶体电解质蓄电池 免维护