第2章-蓄電池-汽車電氣設(shè)備第三講

2.3蓄電池的工作原理與特性2.3.1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)方程式可簡化為：（2-1）

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。

（a）放電（b）充電（c）過充電圖2-21鉛酸蓄電池反應(yīng)原理

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：（2-2）

2.3.2蓄電池的工作特性1.靜止電動(dòng)勢

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。

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6－Q－75型鉛酸蓄電池在溫度為+40℃時(shí)的內(nèi)阻為0.01Ω，而在－20℃時(shí)內(nèi)阻為0.019Ω，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1.20g／cm3（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（如冬季對電池采取保溫措施），對降低蓄電池內(nèi)阻、提高起動(dòng)性能十分有利。圖2-22電解液電阻與密度的關(guān)系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。圖2-23恒流放電特性曲線

圖2-23所示為6－QA－60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：①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1.75Ⅴ）。②電解液密度下降到最小允許值1.10～1.12g／cm3。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6—QA－60型干荷電蓄電池以3A電流充電時(shí)的特性曲線圖。圖2-24恒流充電特性曲線充電終了的特征：①蓄電池端電壓和電解液密度上升到最大值且2～3h內(nèi)不再上升。②蓄電池電解液中產(chǎn)生大量氣泡，呈現(xiàn)“沸騰”狀態(tài)。2.4蓄電池的容量及其影響因素2.4.1蓄電池的容量

蓄電池在規(guī)定條件（包括放電溫度、放電電流和放電終止電壓）下放出的電量多少或放電時(shí)間長短稱為蓄電池的容量，單位為A·h或A·min。1.理論容量

假定活性物質(zhì)全部參加放電反應(yīng)，由活性物質(zhì)質(zhì)量按法拉第電化當(dāng)量定律計(jì)算所得容量稱為理論容量。2.實(shí)際容量

蓄電池實(shí)際放出的電量稱為實(shí)際容量。當(dāng)恒流放電時(shí)，實(shí)際容量C等于放電電流If與放電時(shí)間tf之積，即

C=If

tf

（2-5）

3.20h放電率額定容量

額定容量是檢驗(yàn)蓄電池質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，我國采用20h放電率額定容量作為起動(dòng)用鉛酸蓄電池的額定容量。

根據(jù)國標(biāo)GB5008.1—1991《起動(dòng)用鉛酸蓄電池技術(shù)條件》的規(guī)定，以20h放電率的放電電流在電解液初始溫度為25℃，電解液密度為1.28g／cm3的條件下，持續(xù)放電到單格蓄電池電壓下降到終止電壓（1.75V）。在此過程中，蓄電池所輸出的總電量，稱為該蓄電池的20h放電率額定容量，記為，單位為A·h（安培·小時(shí)）。

例如，6-QA-60型蓄電池，在電解液初始溫度為25℃時(shí)，以3A的放電電流持續(xù)放電20h，單格蓄電池電壓降到1.75Ⅴ，則其額定容量為=3×20Ah=60Ah。4.額定儲(chǔ)備容量

國際蓄電池協(xié)會(huì)和美國汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）規(guī)定了另外一種蓄電池容量表示方法——儲(chǔ)備容量表示法。我國GB5008.1－1991《起動(dòng)用鉛酸蓄電池技術(shù)條件》也對儲(chǔ)備容量的定義和試驗(yàn)方法作出了相應(yīng)的規(guī)定。

蓄電池的額定儲(chǔ)備容量是指完全充足電的蓄電池，在電解液初始溫度為25℃條件下，以25A的電流持續(xù)放電，直至單格蓄電池電壓下降到1.75Ⅴ。在此過程中，蓄電池的持續(xù)放電時(shí)間，稱為該蓄電池的額定儲(chǔ)備容量，記為，單位為min（分鐘）。

蓄電池的額定儲(chǔ)備容量表征汽車在充電系統(tǒng)失效時(shí)，蓄電池能為照明和點(diǎn)火系統(tǒng)等用電設(shè)備提供25A恒定電流的能力。汽車裝備的蓄電池的額定儲(chǔ)備容量越大，則該車在充電系統(tǒng)失效狀態(tài)下的持續(xù)行駛能力也就越強(qiáng)。5.起動(dòng)容量

蓄電池的起動(dòng)容量表征蓄電池在發(fā)動(dòng)機(jī)電力起動(dòng)時(shí)的供電能力，用倍率和持續(xù)時(shí)間表示。蓄電池的起動(dòng)容量有常溫起動(dòng)容量和低溫起動(dòng)容量兩種定義方法。①常溫起動(dòng)容量。

蓄電池的常溫起動(dòng)容量是指完全充足電的蓄電池，在電解液初始溫度為25℃條件下，以5min放電率的電流持續(xù)放電5min，直至單格蓄電池電壓下降至1.50V。在此過程中，蓄電池所輸出的總電量，稱為該蓄電池的常溫起動(dòng)容量。②低溫起動(dòng)容量。

蓄電池的低溫起動(dòng)容量是指完全充足電的蓄電池，在電解液初始溫度為-18℃條件下，以5min放電率的電流持續(xù)放電2.5min，直至單格蓄電池電壓下降至1.00V。在此過程中，蓄電池所輸出的總電量，稱為該蓄電池的低溫起動(dòng)容量。2.4.2影響蓄電池容量的因素

蓄電池容量大小標(biāo)志著蓄電池供電能力的大小。蓄電池容量越大，可提供的電能就越多