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蓄電池的工作原理和工作特性汽車電器設(shè)備與維修
蓄電池的工作原理和工作特性2.1蓄電池的工作原理1.蓄電池電動勢的建立極板浸入電解液后,由于少量的活性物質(zhì)溶解于電解液,產(chǎn)生了電極電位,并且由于正、負極板的電極電位不同而形成了蓄電池的電動勢,如圖2-8所示。圖2-8電動勢的建立2.蓄電池的充電過程鉛酸蓄電池充電時,應(yīng)外接一直流電源(充電機或整流器),使正、負極板在放電后生成的物質(zhì)恢復(fù)成原來的活性物質(zhì)狀態(tài),并把外界的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來,如圖2-9所示。圖2-9充電過程充電時化學(xué)反應(yīng)為:正極板:PbSO4→Pb2++SO42-4H2O→4H++4OH-Pb2+-2e→Pb4+Pb4++4OH-→Pb(OH)4Pb(OH)4→PbO2+4H2OSO42-+2H+→H2SO4負極板:
PbSO4→Pb2++SO42-Pb2++2e→PbSO42-+2H+→H2SO4充、放電時化學(xué)反應(yīng)總方程式為:2PbSO4+
2H2O→PbO2+Pb+2H2SO43.蓄電池的放電過程鉛酸蓄電池放電時,在蓄電池的電位差作用下,負極板上的電子經(jīng)負載進入正極板形成電流。同時在蓄電池內(nèi)部進行化學(xué)反應(yīng),如圖2-10所示。圖2-10放電過程正極板:Pb4++2e→Pb2+
Pb2++SO42-→PbSO4
附在正極板上負極板:Pb-2e→Pb2+
Pb2++SO42-→PbSO附在負極板上
放電時化學(xué)反應(yīng)總方程式為:PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+
2H2O電解液中:H++OH-→H2OSO4→減少
電解液硫酸濃度降低1.2蓄電池的工作特性1.蓄電池工作參數(shù)1)靜止電動勢蓄電池處于靜止狀態(tài)時(不充電也不放電),正、負極板之間的電位差(即開路電壓)稱為靜止電動勢,通常用ES表示。其值取決于電解液的密度和溫度。電解液密度為1.05~1.30g/cm3時,ES=0.85+ρ25℃。2)內(nèi)阻電流流過蓄電池時所受到的阻力稱為蓄電池的內(nèi)阻。蓄電池的內(nèi)阻包括以下幾部分:(1)極板內(nèi)阻。(2)隔板內(nèi)阻。(3)電解液內(nèi)阻。3)蓄電池的容量蓄電池的容量標志著蓄電池對外供電的能力,是指蓄電池在完全充足電的條件下,在允許的放電范圍內(nèi)所輸出的電量,單位為安培小時(A·h)。當蓄電池以恒定電流放電時,其容量C為C=If·tf式中,If為放電電流(A);tf為放電時間(h)一般蓄電池容量包含以下類型:(1)理論容量。(2)實際容量。(3)額定容量。(4)儲備容量。(5)起動容量。4)影響蓄電池容量的因素(1)構(gòu)造因素。極板厚度越薄,活性物質(zhì)的利用率就越高,容量就越高;極板面積越大,同時參與反應(yīng)的物質(zhì)就越多,容量也越大;同性極板中心距越小,蓄電池內(nèi)阻越小,容量就越大。(2)放電電流。放電電流越大,單位時間所消耗的硫酸越多,極板孔隙內(nèi)硫酸消耗較快,造成孔隙內(nèi)電解液下降較快,電解液來不及滲入極板內(nèi)部,就已被表面生成的硫酸鉛堵塞,致使極板內(nèi)部大量的活性物質(zhì)不能參加化學(xué)反應(yīng),因而蓄電池容量減小。(3)電解液溫度。電解液溫度對容量的影響如圖2-11所示。電解液溫度降低時,一方面,電解液的黏度增大,離子運動速度慢;另一方面,極板的收縮使得極板表面的孔隙縮小,電解液向極板孔隙內(nèi)層滲入困難,使極板孔隙內(nèi)的活性物質(zhì)不能充分利用,使蓄電池放電容量下降。一般來講,在正常范圍內(nèi),電解液溫度每下降1℃,蓄電池容量約下降1%。圖2-11電解液溫度對容量的影響(4)電解液密度。電解液密度與容量的關(guān)系如圖2-12所示。適當增加電解液的密度,可以提高蓄電池的電動勢及電解液的滲透能力,并減小電解液的內(nèi)阻,使蓄電池容量增加。但密度過大,其黏度增加,滲透能力降低,內(nèi)阻增大,蓄電池端電壓及容量將減小。電解液密度偏小有利于提高放電電流和容量。冬季使用的電解液,在不使其結(jié)冰的前提下,盡可能采用較小密度的電解液。圖2-12電解液密度與容量的關(guān)系2.放電特性恒流放電過程中,蓄電池的端電壓Uf、電動勢E和電解液密度ρ25℃隨時間tf變化的規(guī)律稱為蓄電池的放電特性,曲線如圖2-13所示。圖2-13恒流放電特性曲線3.充電特性
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