蓄電池結(jié)構(gòu)及工作原理課件

1、蓄電池蓄電池的出現(xiàn) 蓄電池1859年由法國科學(xué)家加斯頓.普萊特發(fā)明。 其化學(xué)反應(yīng)理論一般認為是格拉斯頓和特拉普與1882年創(chuàng)立的雙極硫酸鹽化理論（簡稱雙硫化理論）。定義蓄電池是一種可逆低壓直流電源，既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能. 以酸性水溶液為電解質(zhì)稱為酸蓄電池（鉛蓄電池），以堿性水溶液為電解質(zhì)者稱為堿電池。鉛蓄電池按其工作環(huán)境又可分為移動式和固定式兩大類。固定型鉛蓄電池按電池槽結(jié)構(gòu)分為半密封式及密封式，半密封式又有防酸式及消氫式。依據(jù)電解液數(shù)量還可將鉛酸電池分為貧液式和富液式，密封式電池均為貧液式，半密封式電池均為富液式作用 一般情況由發(fā)電機供電，但: 1.發(fā)動機起動：放電

2、 2.發(fā)電機不發(fā)電或E很低：放電 3.發(fā)電機超載：放電、協(xié)助放電 4.蓄電池E很低，發(fā)電機負載少，充電 5.穩(wěn)壓：大電容的作用，吸收瞬態(tài)過壓A發(fā)電機用電設(shè)備起動機優(yōu)點優(yōu)點：內(nèi)阻小，電壓穩(wěn)定，可短時大電流放電。缺點缺點：比能量低，壽命短。蓄電池的構(gòu)造與型號極板組 正極板(深棕色)2.2mm； 負極板(深青灰色)1.8mm隔板 正負極板靠近，易短路， 加絕緣隔板 (多孔性橡膠塑料） 殼體 工程塑料聯(lián)條 將多個單格電池串聯(lián)加液孔蓋 有通氣孔 電解液 專用硫酸(純)+蒸餾水(純)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

3、，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，電阻最小，過低或過高（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。隔離板 能防止陰、陽極板間產(chǎn)生短路，但不會妨礙兩極間離子的流通。而且經(jīng)長時間使用，也不會劣化，或釋放雜質(zhì)。鉛蓄電池一般都使用膠質(zhì)隔離板電池外殼 耐酸性強，兼具機械性強度。電動車用的蓄電池外殼乃使用材質(zhì)強韌之合成樹脂經(jīng)特殊處理制成，其機械性強度特別強，上蓋亦使用相同材質(zhì)，以熱熔接著

4、。 由六塊2.11V電池串聯(lián)而成的12.66V蓄電池單格V=2伏 對于12V：6個串聯(lián)對于24V：2個12V串聯(lián)。鉛酸蓄電池的工作原理42b2bSOH2POP放電充電OH2SOP224b+2bOPbP42SOHfI （正極）（負極）（電解液） （正負極板）（液體水） 討論：討論： 1.放電放電：H2SO4 ，H2O ，電解液的比重 ； 充電充電：?？赏ㄟ^ 測量來判斷蓄電池的放電程度。 2. 實際上對于放電： PbO2 + 2H2SO4 Pb4+ + 2 SO42- + 2H2O 正極板活性物 （正極板） （液） 正電位+2V Pb Pb+ +2e（負極板） 負電位-0.1V （負極物） 溶于電

5、解液中 外電路斷開：E=2.1V（單格電壓） 2-(-0.1)=2.1V 外電路接通：負極2e 正極板，與Pb4+結(jié)合，生成Pb2+。 電解 理論上極板上理論上極板上PbO2和和Pb全部變成全部變成PbSO4為止，放電結(jié)束，實為止，放電結(jié)束，實 際上電解液不能滲透到極板活性物質(zhì)最內(nèi)層，即使蓄電池際上電解液不能滲透到極板活性物質(zhì)最內(nèi)層，即使蓄電池 無電提供，極板上的活性物質(zhì)只能一部分變成硫酸鉛。無電提供，極板上的活性物質(zhì)只能一部分變成硫酸鉛。 極板要盡可能薄，面積大。極板要盡可能薄，面積大。3. 增大放電電流增大放電電流：單格電池內(nèi)，多組正、負極板并聯(lián)提高極板 u=2.1V孔隙度，減少極板厚度。

6、4. 充電過程與放電過程相反 即 PbSO4 Pb2+ + SO42-正極：Pb4+ +2e Pb2+ Pb2+ SO42- PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2（正極板）+2 H2SO4負極：Pb2+ SO42- Pb SO4（負極板） 同時： Pb Pb2+ （溶解） +fI2e+蓄電池的工作特性 蓄電池放電 蓄電池充電靜止電動勢Ej和內(nèi)阻Rn靜止電動勢：充、放電后2-3h靜止（不充電 也不放電），測兩極的電位差。Ej =2.1V， Ej =0.84+25C內(nèi)阻：包括極板、隔板、電解液、聯(lián)條、極 樁等電阻。T（溫度） Rn 充電特性充電特性充電特性是指蓄電池恒流充電電壓Uc、E和25

7、C隨t時間的變化關(guān)系。 Uc = E +IcRn充電的5個階段：初期：1.95-2.1V；2.1-2.4V：不穩(wěn)定上升；2.4-2.7V：沸騰2.7V：充電終了2.7V后：切斷電源， Uc Ej 。（當電壓到2.3-2.4V時，PbSO4幾乎反應(yīng)為PbO2和Pb，繼續(xù)充電，2H2O2H2 +O2，產(chǎn)生氣泡，沸騰。）判斷蓄電池充足的三個準則： 1.充電電壓Uc達到max，且2h不再增加； 2. 電解液密度25C達到max，且2h不再增加； 3.蓄電池激烈放出大量氣泡，電解液沸騰放電特性放電特性放電特性是指恒流充電蓄電池端電壓Uf、電動勢E和 隨t時間的變化關(guān)系。Uf = E - IcRn放電的3

8、個階段：開始放電：2.11-2.0持續(xù)放電：2.0-1.85 穩(wěn)定迅速下降：1.85-1.75切斷電源繼續(xù)放電曲線判斷放電終止的兩個現(xiàn)象：1.單格電池電壓降到放電終止電壓（如表）；2. 最小許可值1.1g/cm3。表1-3 放電電流與終止電壓放電量與壽命 每日反復(fù)充放電以供使用時，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響放電中的溫度 當電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會上升。放電時的溫度高，會提高充電完成時溫度，因此，將放電終了時的溫度控制在40以下為最理想蓄電池容量定義：在放電允許的情況下，蓄電池輸出的電 量（It）。 蓄電池容量不守恒。 放電倍率：電池放電電流與額電容量的

9、比值。 影響蓄電池容量的因素（I，T，）溫度降低容量減少)30(01. 01tQQte蓄電池溫度與容量 當蓄電池溫度降低，則其容量亦會因以下理由而顯著減少。 (A)電解液不易擴散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率變慢。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降,蓄電池的5HR容量會隨蓄電池溫度下降而減少。 因此: (1)冬季比夏季的使用時間短。 (2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實際使用時間顯著減短。 若欲延長使用時間，則在冬季或是進入冷凍庫前，應(yīng)先提高其溫度。自我放電 蓄電池當其內(nèi)部發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)，或因不純物污染造成電化學(xué)反應(yīng)，或長久不用皆會耗電，此即稱為自我放電。自我放電之耗電

10、程度乃視蓄電池構(gòu)造溫度、比重、不純物，使用過等而有所不同，一般在一天內(nèi)會放掉0.51%，蓄電池在使用前的保存期間就會自我放電，消耗蓄電量。 當蓄電池處于長期持續(xù)放電狀態(tài)時，則一旦形成白色硫酸鉛化，則即使再充電，也無法恢復(fù)其容量。庫存期間務(wù)必每個月就充電一次。 一、鎳氫電池鎳氫電池鎳氫電池原理鎳氫電池原理 鎳氫電池正極活性物質(zhì)為氫氧化鎳(稱氧化鎳電極)，負極活性物質(zhì)為金屬氧化物，也稱貯氫合金 (電極稱貯氫電極)，電解液為氫氧化鉀，在電池充放電過程中的電池反應(yīng)為：正極: Ni(OH)2 + OH- = NiOOH + H20 + e- 負極: M + H2O + e =MHab + OH- Ni(OH)2 + M = NiOOH + MHab 新型蓄電池鎳氫電池過充過放反應(yīng)鎳氫電池過充過放反應(yīng)過充電時，兩極上的反應(yīng)為： 氧化鎳電極上： 4OH- 4e 2H2O十O2 貯氫電極上； 2H2O+O2+4e 4 OH 當電池過放電時，電極反應(yīng)為： 氧化鎳電極上： 2H2O + 2e H2+2OH 貯氫電極上； H2 + 2OH-2e 2H2O 二、燃料電池燃料電池原理它是一種電化學(xué)裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質(zhì)組成。不同的是一般電池的活性物質(zhì)貯存在電池內(nèi)部，因此，限制了電