3蓄電池的工作原理與特性

1、蓄電池的工作原理與特性 一、蓄電池的基本工作原理 鉛酸蓄電池在充、放電過程中的化學(xué)反應(yīng)是可逆的，其電化學(xué)反應(yīng)方程式可簡(jiǎn)化為：鉛酸蓄電池充、放電反應(yīng)原理如圖2-21所示。當(dāng)接通外電路負(fù)載蓄電池放電時(shí)，正極板上的PbO2和負(fù)極板的Pb都變成了PbSO4，電解液中的硫酸減少，水增多，電解液密度下降。在蓄電池處于過充電時(shí)，會(huì)引起水的電解。其反應(yīng)式為：二、蓄電池的工作特性1.靜止電動(dòng)勢(shì)蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)（不充電也不放電）時(shí)，正、負(fù)極板間的電位差（即開路電壓）稱為靜止電動(dòng)勢(shì)。1. 靜止電動(dòng)勢(shì)及基本電特性(1)靜止電動(dòng)勢(shì)Ej：蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，正負(fù)極板之間的電位差稱為靜止電動(dòng)勢(shì)。(2)開路電壓：理論上，

2、開路狀態(tài)下的端電壓并不等于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)。但是，開路電壓在數(shù)值上很接近蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)，可以用開路電壓代替靜止電動(dòng)勢(shì)。一般規(guī)定鉛蓄電池的額定開路電壓為2.0V。開路電壓（靜止電動(dòng)勢(shì)）公式1)當(dāng)溫度為25時(shí)： Es=0.84+25（V）式中：Es靜止電動(dòng)勢(shì)(V) 0.84溫度換算系數(shù) 25- 25時(shí)的電解液密度(g/cm3)3之間，因此ES=1.972.15（V）2)當(dāng)溫度不為25時(shí)，密度修正為： 25=+(t-25)式中： 實(shí)測(cè)密度(g/cm3) 密度的溫度換算系數(shù)。數(shù)值為0.00075g/cm3.含義為：電解液溫升1，密度下降0.00075g/cm3. t實(shí)測(cè)溫度()(3)蓄電池端電壓的測(cè)

3、量端電壓包括開路電壓、放電電壓和充電電壓，取決于蓄電池的工作狀況。1)開路電壓：在發(fā)電機(jī)未正常工作時(shí)測(cè)量的蓄電池端電壓為開路電壓。一般為12V。2)充電電壓：在發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)測(cè)量的蓄電池端電壓為充電電壓。一般為14V。3)放電電壓：起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)測(cè)量的蓄電池端電壓為放電電壓。約為8-11V。實(shí)際測(cè)量時(shí)采用高率放電計(jì)模擬起動(dòng)狀態(tài)。2.內(nèi)阻電流流過鉛酸蓄電池時(shí)所受到的阻力稱為鉛酸蓄電池的內(nèi)阻。鉛酸蓄電池的內(nèi)阻包括極板、隔板、電解液和聯(lián)條的電阻。在正常狀態(tài)下，鉛酸蓄電池的內(nèi)阻很小，所以能夠供給幾百安培甚至上千安培的起動(dòng)電流。電解液的電阻與其密度和溫度有關(guān)。如6Q75型鉛酸蓄電池在溫度為+40時(shí)的內(nèi)阻

4、為0.01，而在20時(shí)內(nèi)阻為0.019，可見，內(nèi)阻隨溫度降低而增大。電解液電阻與密度的關(guān)系如圖2-22所示。由圖可見，電解液密度為1.20gcm3（15）時(shí)其電阻最小。同時(shí)，在該密度下，電解液的粘度也比較小。密度過高、過低時(shí)，電解液的電阻都會(huì)增大。因此，適當(dāng)采用低密度電解液和提高電解液溫度（如冬季對(duì)電池采取保溫措施），對(duì)降低蓄電池內(nèi)阻、提高起動(dòng)性能十分有利。2、蓄電池的內(nèi)阻 (1)組成電解液電阻、極板電阻、隔板電阻、聯(lián)條與極柱接觸電阻等。(2)影響因素 1)放電程度放電程度越高，PbSO4越多，極板電阻越大。 2)隔板電阻與材料木質(zhì)隔板多孔性差，其電阻比橡膠和塑料隔板電阻大。3)聯(lián)條電阻與聯(lián)條

5、形式：傳統(tǒng)的外露式聯(lián)條比內(nèi)部穿壁式、跨越式聯(lián)條電阻大。4)電解液密度：電解液密度一般為1.2g/cm3時(shí)，電阻最小，過低（H+和SO42-少）或過高（粘度大）內(nèi)阻均增加。5)電液溫度：溫度低，粘度大，電解液電阻大。(3)結(jié)論：鉛酸蓄電池內(nèi)阻一般很小，故可提供大電流，適于作起動(dòng)電源。3.放電特性鉛酸蓄電池的放電特性是指在恒流放電過程中，鉛酸蓄電池的端電壓和電解液密度隨放電時(shí)間而變化的規(guī)律。（單格電池電壓變化規(guī)律1 開始放電階段：端電壓由2.14V迅速下降至2.1V。極板孔隙內(nèi)硫酸迅速消耗，電解液密度迅速下降，濃差極化增大，端電壓迅速下降。2）相對(duì)穩(wěn)定階段端電壓緩慢下降至1.85V。極板孔隙外向孔

6、隙內(nèi)擴(kuò)散的硫酸與孔隙內(nèi)消耗的硫酸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，孔內(nèi)外電解液密度一起緩慢下降，所以端電壓緩慢下降。3）迅速下降階段端電壓由1.85V迅速下降至1.75V，電解液密度達(dá)最小值15=1.11g/cm3。 放電接近終了時(shí)，電化學(xué)極化、濃差極化、歐姆極化顯著增大，端電壓迅速下降。4）蓄電池放電終了的特征終止電壓：允許的放電終止電壓與放電電流大小有關(guān)，放電電流越大，則放電時(shí)間越短，允許的放電終止電壓越低。電解液密度15=1.11g/cm3。放電電流/A0.05C200.1C200.25C201C203C20連續(xù)放電時(shí)間20h10h3h30min5min單格電池終止電壓/V1.751.701.651.551

7、.50）圖2-23所示為6QA60型干荷電蓄電池以3A電流放電時(shí)的特性曲線圖。放電終了的特征： 單格電池電壓下降到放電終止電壓（以20h放電率放電時(shí)終止電壓為1.75）。 電解液密度下降到最小允許值1.101.12gcm3。4.充電特性鉛酸蓄電池的充電特性是指在恒流充電過程中，鉛酸蓄電池的端電壓和電解液密度隨充電時(shí)間而變化的規(guī)律。圖2-24所示為6QA60型干荷電蓄電池以3A電流充電時(shí)的特性曲線圖。（(1)概念：在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓與電解液相對(duì)密度隨時(shí)間而變化的規(guī)律。注意：充電電源必須采用直流電源，以一定的電流強(qiáng)度向一只完全放電的蓄電地進(jìn)行充電。單格電池電壓變化規(guī)律：1）充電開始階段：端電壓迅速上升到2.1V。說明：開始充電時(shí)，孔隙內(nèi)迅速生成硫酸，濃差極化增大，端電壓迅速上升。2）穩(wěn)定上升階段：端電壓緩慢上升至2.4V左右，并開始產(chǎn)生氣泡。說明：孔隙內(nèi)生成的硫酸向孔隙外擴(kuò)散，當(dāng)硫酸生成的速度與擴(kuò)散速度達(dá)到平衡時(shí)，端電壓隨整個(gè)容器內(nèi)電解液密度變化而緩慢上升。3）充電末期：電壓迅速上升到2.7V左右，且穩(wěn)定不變，電解液呈沸騰狀態(tài)。活性物質(zhì)還原反應(yīng)結(jié)束后的充電稱為過充電。過充電電流主要用于電解水，應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間過充電。切斷電源后，單格電壓迅速降至2.11V。4)蓄電池充足電的標(biāo)志端電壓上升到最大值2.7V，并在2h-3h內(nèi)不再增加。電解液相對(duì)密