電池結(jié)構(gòu)及原理

電池結(jié)構(gòu)及原理當(dāng)前1頁，總共17頁。二、VRLAB分類閥控式鉛酸蓄電池分為AGM和GEL（膠體）電池兩種：AGM電池采用吸附式玻璃纖維棉(AbsorbedGlassMat)作隔膜，電解液吸附在極板和隔膜中，貧電液設(shè)計(jì)，電池內(nèi)無流動的電解液，電池可以立放工作，也可以臥放工作；GEL（膠體）電池SiO2作凝固劑，電解液吸附在極板和膠體內(nèi)，采用PVC或其他多孔隔板，電池可以立放工作，也可以臥放工作。壽命較AGM電池長。當(dāng)前2頁，總共17頁。三、VRLAB組成及結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁，總共17頁。3.1極板

極板是蓄電池的核心部分，蓄電池充、放電的化學(xué)反應(yīng)主要是依靠極板上的活性物質(zhì)與電解液進(jìn)行的。極板分為正極板和負(fù)極板，均由柵架和活性物質(zhì)組成。柵架的作用是固結(jié)活性物質(zhì)。柵架一般由鉛鈣合金鑄成，具有良好的導(dǎo)電性、耐蝕性和一定的機(jī)械強(qiáng)度。柵架的結(jié)構(gòu)右上圖所示。為了降低蓄電池的內(nèi)阻，改善蓄電池的起動性能，有些鉛蓄電池采用了放射形柵架，右下圖為放射形柵架的結(jié)構(gòu)。正交板柵圖放射板柵圖當(dāng)前4頁，總共17頁。3.2極板

正熟極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛（PbO2），呈深棕色；負(fù)熟極板上的活性物質(zhì)是海綿狀的純鉛（Pb），呈青灰色。將活性物質(zhì)調(diào)成糊狀填充在柵架的空隙里并進(jìn)行干燥即形成極板。如右上圖所示。將正、負(fù)極板各一片浸入電解液中，可獲得2V左右的電動勢。為了增大蓄電池的容量，常將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)，組成正、負(fù)極板組，如右下圖所示。在每個單格電池中，正極板的片數(shù)要比負(fù)極板少一片，這樣每片正極板都處于兩片負(fù)極板之間，可以使正極板兩側(cè)放電均勻，避免因放電不均勻造成極板拱曲。1－極組總圖;2－負(fù)極板;3－隔板;4－正極板;5－匯流排及鉛零件極板圖極組圖當(dāng)前5頁，總共17頁。3.3極板正熟極板圖負(fù)熟極板圖正生極板圖負(fù)生極板圖當(dāng)前6頁，總共17頁。3.4隔板

隔板插放在正、負(fù)極板之間，以防止正、負(fù)極板互相接觸造成短路。閥控式鉛酸蓄電池目前有兩種形式，一種是在兩極間灌注的電解液能被高孔率的隔板吸收，例如AGM隔板，另一種是將電解液制成膠體的形式，例如：火成二氧化硅被制成一種三維晶格，所采用的隔板與AGM不同，現(xiàn)在所用的是溶劑法的PVC隔板。AGM隔板圖PVC隔板圖當(dāng)前7頁，總共17頁。3.5電解液

電解液在蓄電池的化學(xué)反應(yīng)中，起到離子間導(dǎo)電的作用，并參與蓄電池的化學(xué)反應(yīng)。電解液由純硫酸（H2SO4）與蒸餾水按一定比例配制而成，其密度一般為1.23～1.32g/cm3(20℃)。電解液的密度對蓄電池的工作有重要影響，密度大，可減少結(jié)冰的危險并提高蓄電池的容量，但密度過大，則粘度增加，反而降低蓄電池的容量，縮短使用壽命。硫酸密度檢測圖硫酸配制安全圖當(dāng)前8頁，總共17頁。3.6殼體

殼體用于盛放電解液和極板組，應(yīng)該耐酸、耐熱、耐震。殼體多采用ABS或PP塑料制成，為整體式結(jié)構(gòu)，殼內(nèi)由間壁分成3個或6個互不相通的單格，各單格之間用鉛質(zhì)聯(lián)條串聯(lián)起來，如右圖所示。殼體上部使用相同材料的電池蓋密封。

ABS材料的殼體硬，電池內(nèi)部壓力較大時，使用ABS材料不易鼓肚變形。ABS材料的缺點(diǎn)就是耐候性差，水蒸氣的滲透性很高。ABS槽蓋配合圖ABS槽蓋配合操作圖當(dāng)前9頁，總共17頁。3.7殼體PP有優(yōu)異的耐沖擊性能、耐熱性能、熱融接性和適宜的價格。主要用于起動蓄電池殼體的制造，同時也用于閥控鉛酸蓄電池。其主要缺點(diǎn)是，沖擊強(qiáng)度雖溫度變化大，耐低溫性差、機(jī)械強(qiáng)度低、易氧化和老化。PP槽蓋配合圖電池槽圖電池蓋圖PP槽蓋配合操作圖當(dāng)前10頁，總共17頁。3.8安全閥安全閥：密封式鉛酸蓄電池增加了安全閥（耐酸性橡膠），由于內(nèi)部氣體使用P↑安全閥打開釋放氣體，安全閥關(guān)閉，外面的氣體進(jìn)不來，保證電池正常使用當(dāng)前11頁，總共17頁。四、VRLAB電化學(xué)原理閥控式鉛酸蓄電池的電化學(xué)反應(yīng)原理就是充電時將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在電池內(nèi)儲存起來，放電時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能供給外系統(tǒng)。其充電和放電過程是通過電化學(xué)反應(yīng)完成的，電化學(xué)反應(yīng)式如下：當(dāng)前12頁，總共17頁。4.1VRLAB電化學(xué)原理充電時，正、負(fù)極板上的PbSO4還原成PbO2和Pb，電解液中的H2SO4增多，密度上升。充電過程中存在水分解反應(yīng)，當(dāng)正極充電到70％時，開始析出氧氣，負(fù)極充電到90％時開始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反應(yīng)產(chǎn)生的氣體不能重新復(fù)合得用，電池就會失水干涸；對于早期的傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池，由于氫氧氣的析出及從電池內(nèi)部逸出，不能進(jìn)行氣體的再復(fù)合，是需經(jīng)常加酸加水維護(hù)的重要原因；而閥控式鉛酸蓄電池能在電池內(nèi)部對氧氣再復(fù)合利用，同時抑制氫氣的析出，克服了傳統(tǒng)式鉛酸蓄電池的主要缺點(diǎn)。當(dāng)前13頁，總共17頁。4.2VRLAB電化學(xué)原理

蓄電池補(bǔ)充電充足的標(biāo)志是：限流限壓（恒流恒壓）。即先限定電流，將充電電流限制在0.25C10以下（一般用0.1C10—0.2C10），待電池端電壓上升到2.35—2.40V/Cell時，立即以2.35—2.40V/Cell電壓改為限壓連續(xù)充電，在充電電流降到0.006C10以下3小時不變，即認(rèn)為充足電。恒壓限流充電。在2.30—2.35V/Cell電壓下充電，同時充電電流不超過0.25C10，直到充電電流降到0.006C10以下3小時不變，就認(rèn)為電池充足。多步恒流充電。即進(jìn)行多步恒定電流充電（恒定的電流大小根據(jù)步驟逐步遞減），一般恒定的充電電流不大于0.25C10，補(bǔ)充的總電量為電池放出電量的1.05~1.2倍，就認(rèn)為電池充足。當(dāng)前14頁，總共17頁。4.3VRLAB氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池一般采用負(fù)極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)，現(xiàn)在由于隔膜技術(shù)和材料的發(fā)展更新，一般采用正極活性物質(zhì)過量設(shè)計(jì)。AGM或GEL電解液吸附系統(tǒng)，正極在充電后期產(chǎn)生的氧氣通過AGM或GEL空隙擴(kuò)散到負(fù)極，與負(fù)極海綿狀鉛發(fā)生反應(yīng)變成水，使負(fù)極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達(dá)不到析氫過電位，所以負(fù)極不會由于充電而析出氫氣，電池失水量很小，故使用期間不需加酸加水維護(hù)。閥控式鉛酸蓄電池氧循環(huán)圖示如下：當(dāng)前15頁，總共17頁。4.4VRLAB氧循環(huán)原理在閥控式鉛酸蓄電池中，負(fù)極起著雙重作用，即在充電末期或過充電時：一方面，極板中的海綿狀鉛與正極產(chǎn)生的O2反應(yīng)而被氧化成一氧化鉛；另一方面，是極板中的硫酸鉛又要接受外電路傳輸來的電子進(jìn)行還原反應(yīng)，由硫酸鉛反應(yīng)成海綿狀鉛。在電池內(nèi)部，若要使氧的復(fù)合反應(yīng)能夠進(jìn)行，必須使氧氣從正極擴(kuò)散到負(fù)極。氧的移動過程越容易，氧循環(huán)就越容易建立。在閥控式蓄電池內(nèi)部，氧以兩種方式傳輸：一是溶解在電解液中的方式，即通過在液相中的擴(kuò)散，到達(dá)負(fù)極表面；二是以氣相的形式擴(kuò)散到負(fù)極表面。當(dāng)前16頁，總共17頁。4.5VRLAB氧循環(huán)原理傳統(tǒng)富液式電池中，氧的傳輸只能依賴于氧在正極區(qū)H2S04溶液中溶解，然后依靠在液相中擴(kuò)散到負(fù)極。如果氧呈氣相在電極間直接通過開放的通道移動，那么氧的遷移速率就比單靠液相中擴(kuò)散大得多。充電末期正極析出氧氣，在正極附