鉛蓄電池的工作原理PPT課件

1、2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民1了解蓄電池的分類、型號掌握蓄電池的功用、結(jié)構(gòu)、工作原理掌握蓄電池的充、放電特性及充電方法掌握蓄電池的容量、影響容量的因素了解蓄電池的常見故障掌握蓄電池的正確的使用及日常維護方法了解其他蓄電池優(yōu)點、結(jié)構(gòu)工藝特點蓄電池的構(gòu)造與型號新型蓄電池的結(jié)構(gòu)特點與機理鉛蓄電池的工作原理鉛蓄電池的特征蓄電池容量及其影響因素蓄電池的故障極其排除蓄電池的充電和充電設(shè)備蓄電池的使用與維護http:/ 從蓄電池的功用、結(jié)構(gòu)出發(fā)，理解蓄電池的工作原理、掌握其正確的使用與維護方法。對于其工作特性，要有充分的理解；要了解其他類型蓄電池的結(jié)構(gòu)和工作特點。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大

2、學機電學院郭新民3 第一節(jié) 蓄電池的構(gòu)造與型號 第二節(jié) 新型蓄電池的結(jié)構(gòu)特點與機理 第三節(jié) 鉛蓄電池的工作原理 第四節(jié) 鉛蓄電池的特征 第五節(jié) 蓄電池容量及其影響因素 第六節(jié) 蓄電池的故障極其排除 第七節(jié) 蓄電池的充電和充電設(shè)備 第八節(jié) 蓄電池的使用與維護2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民4第一章 蓄電池 汽車上蓄電池與發(fā)電機并聯(lián)，共同向用電設(shè)備供電。 蓄電池的作用： （1）發(fā)電機起動時，向發(fā)電機和點火系統(tǒng)供電。 （2）發(fā)電機不發(fā)電或電壓較低的情況下向用電設(shè)備供電。 （3）當用電設(shè)備同時接入較多、發(fā)電機超載時，協(xié)助發(fā)電機供電。 （4）蓄電池存電不足，而發(fā)電機負載又小時，它可將發(fā)電機的

3、電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能儲存起來（充電）。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民5起動型蓄電池：短時間內(nèi)（5-10s）可供給起動機強大的電流（一般為200-600A，有的柴油機可達1000A）。 電解液酸性:1、鉛酸蓄電池（構(gòu)造簡單、內(nèi)阻小、起動性好、價格廉價），廣泛應(yīng)用。2、堿性： 2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民6第一節(jié) 蓄電池的構(gòu)造與型號組成：極板、隔板、殼體、電解液、鉛連接條、極柱 。其結(jié)構(gòu)如圖1-2。單體電池：電壓2V、一個單格。 一、極板（柵架+活性物質(zhì)）結(jié)構(gòu)見圖1-3。1、正極板：活性物質(zhì)（二氧化鉛PbO2）呈深棕色2、負極板：活性物質(zhì)（海綿狀純鉛Pb）呈青灰色 柵架：

4、鉛銻合金澆鑄（含銻6-8.5%）結(jié)構(gòu)見圖1-4。 （澆鑄性好、機械強度高、焊接性能好）由于鉛銻易化學腐蝕-發(fā)展鉛鈣合金 電體電池：負極板比正極板多一片。 EQ1090：6-Q-10S型 每一單格：1.正極板 7片 2.負極板 8片2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民7二、隔板隔開正負極板：多化性、以便電解液滲透、耐酸、抗氧化。材料：微孔橡膠、微孔塑料、木質(zhì)、玻璃纖維、紙板。隔板溝槽：溝槽一面應(yīng)面向正極板（正極板反應(yīng)激烈）。 三、殼體整體式：3或6個互不相通的單格。 早期：硬橡膠 現(xiàn)在：工程塑料（聚丙稀塑料）底部：突起肋條（擱置極板、積存脫落的活性物質(zhì)、防極板短路）加液孔、螺塞（通氣孔）

5、。 四、單體電池的連接方式2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民8 單體電池的串聯(lián)方法： 內(nèi)部穿壁式連接：在間壁上打孔穿越 跨越式連接：間壁上留有豁口 傳統(tǒng)外露式鉛連接條連接：早期五、電解液純硫酸（相對密度為1.84）+蒸餾水 相對密度一般為1.24-1.30 六、蓄電池的規(guī)格型號2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民9第二節(jié) 新型蓄電池的結(jié)構(gòu)特點與機理 一、免維護蓄電池：MF蓄電池（不需添加蒸餾水） 短途車：8萬km 長途貨車：40萬km48萬km （3.54年不需加源餾水） 1、免維護蓄電池的結(jié)構(gòu)與機理： （1）免維護蓄電池極板柵架材料：低銻合金（含銻量2-3%）或無銻合金。

6、A、銻不會從正極板遷移到負極板表面，不會在負極板構(gòu)成局部電池，而自放電。 B、定壓充電，充電電流小，不會加劇水的分解。 P9 圖1-3 1-42022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民10免維護蓄電池根據(jù)柵架材料：a、低銻多元合金：“少維護蓄電池”（1年內(nèi)補水），多數(shù)采用，即實際現(xiàn)在“免維修蓄電池”。b.鉛鈣合金、鉛鈣錫合金：“真正免維修蓄電池”，無加液孔。 （2）隔板采用袋式微孔聚氯稀隔板：將正極板包住，可保護正極板上的活性物質(zhì)不致脫落。 （3）通氣孔采用新型安全的通氣裝置和氣體收集器：a、通氣塞中裝有催化劑：使氫和氧結(jié)合成水。b、加液孔蓋上的通氣孔：迷宮式排氣結(jié)構(gòu)。（4）單體電池間的連接

7、采用穿壁式貫通連接：內(nèi)阻小，輸出電流大。（5）對于無加液孔的全密封型免維修蓄電池：內(nèi)裝式密度計。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民112、免維護蓄電池的優(yōu)缺點： （1）使用中不需加注蒸餾水或很少加注蒸餾水。 水消耗：a、水的蒸發(fā)（占10%） b、充電過程中水的電解（占90%） 免維修蓄電池：低銻合金或鉛鈣合金做柵架， 使 其耐過充電能力強。從而使充電末期水的電解量大大減少。 過充電期間：免維護蓄電池的過充電電流比普通蓄電池約低20倍。耗水量下降了95%。 P12 圖1-9（2）自放電少，容量保持時間長：一般為2年以上。 P12 圖1-10（3）使用壽命長：一般在4年左右。（4）接線極

8、柱腐蝕?。好芊夂?。（5）內(nèi)阻小，起動性能好：采用穿壁式連接，連接條功率損失減少80%，放電電壓提高0.15-0.4V。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民12二、干荷電鉛蓄電池 1、優(yōu)點： 干封式鉛蓄電池：開始使用之前，必須進行60-70h的初充電。 干荷鉛蓄電池：干燥狀態(tài)下能存放2年，注入電解液20-30min即可投入使用（減少了初充電）。 2、干荷電鉛蓄電池的機理：負極板具有較高的荷電性能，即在貯存期間能夠基本保持負板上活性物質(zhì)的海綿狀態(tài)。（Pb易氧化、荷電性能下降），而正極板PbO2很穩(wěn)定。 （1）在負極活性材料中添加適量的抗氧化劑，使負極板活性物質(zhì)每一顆粒表面形成一層保護膜，以

9、防止鉛的氧化。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民13 （2）極板化或過程中有一次深放電循環(huán)或進行反復(fù)充電、放電，以便使極板上的活性物質(zhì)的形成或達到深化，負極板氧化鉛的含量不大于15%。 （3）負極板化成后進行嚴格的水洗和浸漬。 （4）對負極板進行嚴格的干燥處理。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民14第三節(jié) 鉛蓄電池的工作原理 鉛蓄電池屬于二次電池，其充、放電過程是一種可逆式電化學反應(yīng)。 一、鉛蓄電池的放電過程（化學能電能） PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O 化學反應(yīng)過程將按圖1-9所示 二、鉛蓄電池的充電過程（電能化學能） 化學反應(yīng)過程見圖1-10所示 2

10、PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4 充電終期，電流不宜過大，否則，產(chǎn)生氣泡過于劇烈，易使極板活性物質(zhì)脫落。 三、鉛蓄電池的壽命 不經(jīng)常采用大電流放電，充放電相隔不宜過久。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民15第四節(jié) 鉛蓄電池的特征一、鉛蓄電池的電動勢、內(nèi)電阻、端電壓1、電動勢：兩極間的電位差取決于電解液的相對密度和溫度。 在密度為1.051.30g/cm3范圍內(nèi) ES=0.85+25C（V） 其中，25C（V）為25C時電解液的相對密度25C=T+0.0007（T-25） 汽車用蓄電池的電解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之間，因此ES=1.972.15（V）

11、2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民162、內(nèi)電阻 鉛蓄電池的內(nèi)阻Rn: 電解液電阻+極板電阻+隔板電阻+聯(lián)條電阻。 電解液電阻與電解液的相對密度有關(guān)。見圖1-11 完全充電:20時，Rn=Ue/1.71Qe EQ1090 6-Q-10S:Rn=0.0663、端電壓：在沒有負載情況下測得的電壓。 端電壓 U=Ej-IRn 2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民17二、鉛蓄電池的放電特征 放電開始：端電壓Uf從2.11V2V快，電解液密度下降快。 放電中期： Uf從2V 1.85V時間長，電解液密度下降慢。 放電終期： Uf從1.85V 1 .75V下降快。 恒流放電特性曲線 圖1

12、-12 三、鉛蓄電池的充電特征恒流充電特性曲線見圖1-13 充電開始： 鉛蓄電池的電動勢和端電壓上升到2.3-2.4V，就會產(chǎn)生氣泡。 當上升到2.7V時，不再上升，硫酸增多，電解液密度增大。 當上升到2.7V，活性物質(zhì)已基本還原為PbO2和Pb。 電解液“沸騰” “氫氣和氧氣”2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民18 第五節(jié) 蓄電池容量及其影響因素 一、蓄電池容量 蓄電池容量 Q=If*tf If: 放電電流 A tf: 放電持續(xù)時間 h 1、20h率額定容量率額定容量：指完全充電的蓄電池，在25時，以20h放電率的電流連續(xù)放電 12V10.50V+_0.05V(6V5.25V+_0

13、.02V)時 所輸出的電量：Q20(Ah) 2、儲備容量：指完全充電的蓄電池25時，以25A電流放電 12V 10.50V+_0.05V, 放電所持續(xù)的時間：Qr.n 單位：min（分鐘）2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民19二、影響蓄電池容量的因素 （一）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)因素： （二）使用條件對蓄電池容量的影響： 1、放電電流的影響：放電電流大，Uf 下降快，容量小。 放電電流與放電時間關(guān)系見圖1-14 2、電解液溫度的影響：溫度降低，容 量減小。 電解液溫度與容量關(guān)系見圖1-16 3、電解液密度的影響：一般相對密度1.26-1.29。 電解液密度與容量關(guān)系見圖1-172022-3-23山

14、東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民20 第六節(jié) 蓄電池的故障極其排除 一、極板硫化 蓄電池長期充電不足或放電后長時間放置未充電，極板上逐漸生成一層白色粗晶粒的PbSO4，在正常充電時，不能正常轉(zhuǎn)化成PbO2和海綿狀Pb，這種現(xiàn)象稱“硫酸鉛硬化”（“硫化”），“白霜”。 產(chǎn)生硫化的原因： （1）蓄電池長期充電不足或放電后未及時充電，當溫度變化時，硫酸鉛發(fā)生再結(jié)晶的結(jié)果。 （2）電池內(nèi)液面太低，使極板上部與空氣接觸而強烈氧化（主要是負極板）。 （3）電解液相對密度過高，電液不純，外部氣溫劇烈變化時也將促進硫化。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民21二、自行放電 充足電的蓄電池，放置不用會逐漸失去電

15、量，這種現(xiàn)象為“自行放電”。 （1）正負極板上活性物質(zhì)自發(fā)溶解和還原而成為PbSO4。 （2）極板上活性物質(zhì)與柵架材料不同，形成局部電池“自放電”。尤其是柵架中銻的存在。 （3）蓄電池長期放置不用，硫酸下沉，造成電解液上部、下部的濃度差異（上小下大），使同一塊極板的上、下部分形成電位差而造成自放電。 （4）電解液含雜質(zhì)過多。 （5）蓄電池內(nèi)部短路。 （6）蓄電池蓋上灑有電解液。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民22三、極板短路 開路電壓較低，大電流放電時端電壓迅速下降，甚至為零。 充電末期氣泡很少，但電解液溫度卻迅速升高。四、極板活性物質(zhì)大量脫落 一般多發(fā)生在正極板上。（褐色物質(zhì)）2

16、022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民23五、極板拱曲 多發(fā)生在正極板上。（1）鉛膏涂填不勻，充放電時電化學反應(yīng)不一致，使極板膨脹、收縮不一致。（2）經(jīng)常大電流放電。（3）過量放電時，使極板 內(nèi)層深處PBSO4，充電時，得不到恢復(fù)，內(nèi)部膨脹，導(dǎo)致極板拱曲。（4）電解液中含有雜質(zhì)，引起局部電化學反應(yīng)，造成極板拱曲。六、外殼裂損、變形與封口破裂2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民24第七節(jié) 蓄電池的充電和充電設(shè)備 一、蓄電池的充電1、初充電：新蓄電池或修復(fù)后的使用之前的首次充電，稱為初充電。 目的：在于恢復(fù)蓄電池在存放間，極板上部分活性物質(zhì)緩慢硫化和自放電而失去的電量。 特點：充電電流

17、小，充電時間長。 蓄電池充電規(guī)范 P23 表1-7 注入電解液后靜置3-6h，第二階段將充電電流減半。2、補充充電 一般每月一次（表1-7） （1）當電解液相對密度降到1.15以下時。（2）冬天放電超過25%，夏天放電超過50%。（3）燈光比平時暗淡。 充電總時間13-16h.3、預(yù)防硫化過充電：平時充電電流將電池充足，中斷1，再用1/2電流充至“沸騰”，重復(fù)幾次，至到剛接入，就“沸騰”。4、鍛煉循環(huán)充電：每3月一次：在電池正常充足后，用20h放電率放完后，再正常充電后送出使用。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民255、去硫充電：極板硫化嚴重時（1）例出電解液（2）蒸餾水中沖洗數(shù)次。

18、（3）加入蒸餾水，高出 極板15mm。（4）補充充電。（5）當相對密度升到1.15 以上時，可用蒸餾水 沖淡、充電、放電。（6）重復(fù)多次，使電解液 相對密度至規(guī)定值，初充電。（7）用20h放電率檢查額定容量。（80%）。6、均衡充電 先用正常充電方法充電，待電壓穩(wěn)定后，停充1h，改用20h率充電，充2h，停1h，反復(fù)三次。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民26二、充電設(shè)備1、電動機-發(fā)電機組：有一臺三相交流電動機驅(qū)動一臺直流發(fā)電機。2、整流充電設(shè)備：整流元件、三相交流電（單相交流電）直流電、硅整流充電機、可控硅充電機。2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民27 三、充電方法 通

19、常用：定流充電、定壓充電；近年來用 “ 快速充電”（脈沖充電）。 1、定流充電：改進恒流充電特性曲線見圖1-21 充電電流保持一定，不論6V、12V都可串聯(lián)在一起。 2、定壓充電：恒壓充電特性曲線見圖1-20 電源電壓U保持不變。 充電開始時，電流很大，逐漸減小，充電終了，自動降為0。 充電時間短，不能調(diào)整充電電流的大小。 3、脈沖快速充電：其充電電流波形見圖1-23 可控硅快速充電機 初充電 5h 補充充電 0.5-1.5h2022-3-23山東農(nóng)業(yè)大學機電學院郭新民28第八節(jié) 蓄電池的使用與維護 一、蓄電池的維護（1）規(guī)定有無電解液漏出。（2）檢查安裝、連接是否可靠。（3）清除灰塵、泥土、氧化物、電液、投氣孔。（4）檢查電解液相對密度，液面高度。（5）檢查放電程度。 二、蓄電池使用中技 術(shù)狀況的檢查每行駛1000km1、電解液液面高度的檢查（1）相對密度的檢查。（2）用高率放電計測量放電電壓。（3）用鎘電極判斷蓄電池正負極的狀況。 P31