第一章蓄电池分析

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第三节蓄电池的特性
2.内电阻 蓄电池的内电阻R0是指极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、联条和
极桩电阻的总和完全充足电的蓄电池在温度为20℃时，内阻R0可按下述 经验公式计算其近似值
3.端电压 蓄电池的端电压u，就是用直流电压表测得的正、负极桩之间的电
压值。其大小随充、放电程度的不同而变化，放电时端电压逐渐下降， 并且总是低于瞬时电动势，它们之间的关系为
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第四节蓄电池的Leabharlann Baidu量
一、蓄电池的容量
蓄电池的容量标志蓄电池对外供电的能力，是蓄电池的主要性能 参数。一般为标称容量，是指在一定条件下的恒定放电电流If与放电时 间Tf的乘积，可用下式表达:
1. 20 h率额定容量 20 h率额定容量是检验蓄电池质量的重要指标之一。GB 5008.1-
1991标准规定，以20 h放电率的放电电流在电解液初始温度为(25 ± 5 ) ℃，电解液相对密度为(1. 28 ± 0. 01 ) g/cm3(25 ℃)的条件下，连续放电 到规定的单格终止电压1. 75 V时，蓄电池所输出的电量，称为蓄电池的 20 h率额定容量，记为C20，单位为安培·小时(A·h)。
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第一节蓄电池的构造及型号
4.壳体 蓄电池的壳体是用来盛放电解液和极板组的，外形为长立方体，
内部一般分隔成互不相通的三个或六个单格电池槽，顶沿四周有与池盖 相接合的特制封沟，壳内底部有凸筋，用以支撑极板组。壳体应耐酸、 耐热、耐寒、耐震、绝缘性能好、有一定的机械强度。国内多采用硬橡 胶外壳，即硬橡胶模压后，经硫化而成，俗称胶壳。近年来，由于工程 塑料的发展，多用塑料(聚丙烯)制成。塑料外壳不仅耐酸、耐热、耐震， 而且强度高韧性好、质量小，壳体壁较薄，一般为3. 5 mm(而胶壳壁厚 为10 mm )，外形美观透明，塑料壳体易于热封合，生产效率高，已成 为一种发展趋势。
充电时，应将蓄电池接直流电源。当电源电压高于蓄电池的电动势 时，在电场力的作用下，充电电流I流入蓄电池正极，再从负极流出， 即驱使电子从正极经外电路流入负极此时，正负极板发生的反应正好与 放电过程相反，其充电时的化学反应过程如图1一9所示。
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第三节蓄电池的特性
一、蓄电池的电动势、内电阻及端电压
第二节蓄电池的工作原理
二、电势的建立
当极板浸入电解液时，在负极板处，铅受到两方面的作用，一方面 它具有溶解于电解液的倾向，少量铅溶于电解液，生成Pb2+，在极板上 留下两个电子，使极板带负电;另一方面，由于正、负电荷的吸引， Pb2+有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解停止，使负极 板具有负电位，约为一0. 1 V。
1.电动势 根据蓄电池的工况，有静止电动势和瞬时电动势之分 (1)静止电动势。蓄电池在静止状态和标准相对密度时，单格电池两电极 之间的电位差值，称为静止电动势。静止电动势的大小取决于电解液的 密度和温度。温度为15℃时的经验公式为
(2)瞬时电动势。瞬时电动势是指铅蓄电池充、放电过程中，标准电解液 渗入极板孔隙内进行电化学反应时，在正负极板上产生的电极电位差值， 用E表示。其值仍按静止电动势公式计算，但需注意:极板孔隙内部电解 液标准相对密度，在放电时比外部的要小些，因此瞬时电动势小于静止 电动势;反之，在充电时，瞬时电动势高于静止电动势。
第一章蓄电池
第一节蓄电池的构造及型号 第二节蓄电池的工作原理 第三节蓄电池的特性 第四节蓄电池的容量 第五节蓄电池的充电 第六节蓄电池的使用与维护 第七节蓄电池的故障及其排除
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第一章蓄电池
第八节新型蓄电池 第九节智慧型蓄电池 第十节汽车用42 V电气系统 第十一节电动汽车用电池
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第一节蓄电池的构造及型号
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第一节蓄电池的构造及型号
栅架的作用是容纳活性物质并使极板成形。整个架体的平面内构 成许多大小相同、分布均匀的长方形空格，下部有凸筋，上部的一角有 板耳，如图1一5所示。
栅架的材料多为铅锑合金。加锑是为了提高浇铸性能和机械强度。 锑的质量分数一般为5%~7%。但锑有副作用，会加速氢的析出，产生 自放电，加速电解液的消耗，缩短蓄电池的使用寿命。为了避免这些缺 点，栅架的制作技术将向锑质量分数不超过3%的低锑和不含锑的铅钙 锡合金发展。
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第三节蓄电池的特性
3.迅速下降阶段(1. 85~1. 75 V ) 此阶段的放电有以下三方面的特点。 (1)放电接近终了时，孔隙外的密度已大大下降，难以维持足够的密度差， 使离子打散的速度下降，同时离子扩散距离也增长。 (2)在放电过程中，附着在极板表面的硫酸铅增多，堵塞孔隙，将部分活 性物质与电解液隔开。 (3)硫酸铅本身的导电性极差。放电时间越长，硫酸越多，内电阻越大。
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第一节蓄电池的构造及型号
5.联条 蓄电池总是由3个或6个单格电池组成的，各单格电池之间靠铅质
联条串联起来。联条的安装有传统的外露式，还有较先进的穿壁式，如 图1一7所示。
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第一节蓄电池的构造及型号
二、蓄电池的型号
根据原机械工业部标准JB 2599-1985《铅蓄电池产品型号编制方法》 规定，蓄电池型号由三部分组成，各部分之间用破折号分开，其内容及 排列如下。
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第四节蓄电池的容量
2.额定储备容量 额定储备容量是国际上通用的另一种表示蓄电池容量的方法。它
是指完全充足电的12V蓄电池在电解液温度为25℃条件下，以25 A电流 放电到单格终止电压为1. 75 V时所能维持的时间。记为Cm，单位为分钟 (min )。 3.启动容量
对于汽车启动用蓄电池来说，启动容量是表示蓄电池在发动机启动 时的供电能力的。启动容量有两种规定:常温启动容量和低温启动容量。 (1)常温启动容量。蓄电池在电解液初始温度为25℃时，以5min放电率的电 流放电5 min至单格电压降至1. 5 V时所输出的电量，称为常温启动容量。 (2)低温启动容量。低温启动容量为电解液初始温度为一18℃时，蓄电池以 启动电流IS ( A )值放电60 s，单格电压降至1. 4 V时所输出的电量。
一、铅蓄电池的构造
铅蓄电池都是由正、负极板、隔板、电解液、外壳、联条和接线 柱等主要部件构成，如图1 -3所示。6V和12 V启动型铅蓄电池一般由3个 或6个单格电池串联构成。每个单格的标称电压为2V，由若干单格电池 串联组成蓄电池总成，以满足汽车用电设备的需要。 1.极板组
极板组是蓄电池的核心部分，极板分正极板、负极板两种。蓄电池 的充放电过程是靠极板上的活性物质与电解液的电化学反应来实现的。 极板是由栅架及铅膏涂料组成，其形状如图1一4所示。
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第一节蓄电池的构造及型号
(1)串联单格电池数。指一个整体壳体内所包含的单格电池数目，用阿拉 伯数字表示。 (2)电池类型。根据蓄电池的主要用途划分，启动型蓄电池用“Q”表示， 代号“Q”是汉字“启”的第一个拼音字母。 (3)电池特征。为附加部分，仅在同类用途的产品具有某种特征，而在型 号中又必须加以区别时采用。如为干荷电蓄电池，则用汉字“干”的第 二个拼音字母"A”表示;如为无须(免)维护蓄电池，则用“无”字的第一 个拼音字母“W”来表示。当产品同时具有两种特征时，原则上应按表1 一2所示顺序用两个代号并列表示。 (4)额定容量。是指20 A·h的额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为 A·h(安·时)，在型号中可略去不写。 (5)特殊性能。在产品具有某些特殊性能时，可用相应的代号加在型号末 尾表示。如“G”表示薄型极板的高启动率电池，“S”表示采用工程塑料 外壳与热封合工艺的蓄电池。
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第三节蓄电池的特性
2.相对稳定阶段(2~1. 85 V) 端电压迅速下降到2. 0 V左右时，接着在较长时间内缓慢地下降到1.
85 V。这是因为随着极板孔隙内密度的明显下降，孔隙内外的密度差不 断增大，硫酸向孔内的扩散速度也随之加快，从而使放电电压和放电电 流得以维持。
当孔外补充的硫酸和孔内消耗的硫酸相等时，孔内外的密度差将基 本保持一定。这时孔内的电解液密度将随孔外的电解液密度一起下降， 端电压也将随之直线下降。
三、铅蓄电池的放电过程
铅蓄电池的放电过程就是化学能转变为电能的过程。蓄电池接上 负载，在电动势的作用下，电流If从正极经负载流向负极，即电子从负 极到正极，使正极电位降低，负极电位升高。
放电时的化学反应过程如图1一8所示。
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第二节蓄电池的工作原理
四、铅蓄电池的充电过程
所谓充电过程，就是在外加电场作用下，正、负极板上硫酸铅还 原为二氧化铅和海绵状铅，电解液中水转变为硫酸的过程。即电能转变 为化学能储存起来的过程。
正极板上，少量的PbO2溶于电解液，与水生成Pb( OH )4，再离解 成四价铅离子和氢氧根离子，即
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第二节蓄电池的工作原理
Pb4+有沉附于极板的倾向且大于溶解的倾向，因而在正极板上使极 板呈正电位，当达到平衡时，约为+2. 0 V。因此，当外电路未接通，反 应达到相对平衡时，蓄电池的静止电动势E0约为
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第三节蓄电池的特性
二、蓄电池的放电特性
蓄电池的放电特性是指恒流放电过程中，蓄电池的端电压uf和电解 液相对密度:随放电时间的变化规律。如图1一11所示。 1.开始放电阶段(2. 11 ~2. 0 V )
开始放电时，首先消耗的是极板孔隙内部的硫酸。而极板孔隙内 部的硫酸很有限，所以极板孔隙内部电解液密度迅速下降，使电动势E 和端电压uf也随之迅速下降。
的正负极板之间加有绝缘隔板。隔板具有多孔性，以便电解液渗透，且 化学性能稳定。常用的隔板材料有木质的、微孔橡胶的、微孔塑料的、 塑料纤维的以及浸树脂纸质隔板等。木质隔板原料充足、便宜、制作简 便，但耐蚀性差。以微孔塑料隔板使用最为普遍。隔板也是制成长方形 片状，面积比极板略大些。厚度一般不超过1 mm，成形隔板的一面有 特制的纵向沟槽，另一面则为平面，如图1一6所示。
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第一节蓄电池的构造及型号
3.电解液 电解液又称电解质，俗称电水。它的作用是形成电离，促使极板
活性物质电离产生电化学反应。电解液是用专用的蓄电池用硫酸(GB 4554-1984)与铅酸蓄电池用蒸馏水(ZBK84004-1989)按一定的比例配制而 成的。
配制电解液时，必须使用耐酸耐热的器皿，因硫酸的比热比水的 比热小得多，受热时温升很快，易产生气泡，造成飞溅现象，所以配制 电解液时切记只能将硫酸徐徐倒入蒸馏水中，并不断搅拌。
铅膏是由铅粉与一定密度的稀硫酸混合而成的。为了提高负极板上 活性物质的多孔性，防止极板纯化和收缩，铅膏里常加入添加剂，如木 素磺酸钠、木素横酸钙、硫酸钡、腐殖酸、炭黑等。同时还在活性物质 中加入天然纤维和合成纤维，以防止活性物质的脱落和裂纹。
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第一节蓄电池的构造及型号
2.隔板 正、负极板应尽量靠近，但彼此又不能接触以免短路，故在相邻
硫酸在水分子的作用下离解为氢离子(阳离子)和酸式硫酸根离子(阴 离子):
酸式硫酸根离子又可离解为氢离子和硫酸根离子，但比较困难:
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第二节蓄电池的工作原理
水可电离为 电离是可逆的，在一定条件下，当电离过程的速度和离子结合成
分子的速度相等时，则建立起电离平衡。当然，这是一种动态平衡
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第二节蓄电池的工作原理
一、电解液中的电离过程和电离平衡
铅蓄电池的电解液是硫酸水溶液。硫酸水溶液是二类导电体，依靠 带电离子导电。 H2O是一种极性分子，即显示一定的电性，它可与其他 极性分子作用。H2S04是一种具有极性键的分子，可与H2O作用。所以硫 酸多以氢离子和酸式硫酸根离子或氢离子和硫酸根离子的形式存在。
铅蓄电池放电终了的特征是: (1)单格电池电压下降到放电终了电压(以20 h放电率放电时，终止电压为
l.75V。 (2)电解液密度下降到最小许可值，约为1. 11 g/cm3 。
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第三节蓄电池的特性
三、蓄电池的充电特性
蓄电池的充电特性是指恒流充电过程中，蓄电池的端电压uc和电解 液相对密度r随充电时间的变化规律。如图1一12所示。 铅蓄电池充满电的特征是: (1)端电压上升到最大值2. 7 V，并在2~3h内不再增加。 (2)电解液相对密度上升到最大值1. 27g/cm3，在2~3h内不再增加。 (3)蓄电池内产生大量气泡，电解液沸腾。