蓄電池結(jié)構(gòu)及工作原理.

1、第二章 蓄電池知識要求z1、熟悉蓄電池的作用 z2、掌握鉛蓄電池的結(jié)構(gòu)、型號z3、掌握鉛蓄電池的工作原理、充放電特性z4、掌握鉛蓄電池的充放電的方法z5、熟悉蓄電池的使用、維護(hù)及保養(yǎng)知識蓄電池的出現(xiàn)z 蓄電池1859年由法國科學(xué)家加斯頓.普萊特發(fā)明。z 其化學(xué)反應(yīng)理論一般認(rèn)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z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.z目前車用蓄電池以鉛酸蓄電池為主起輔助供電作用 一般情況由發(fā)電機(jī)供電，但:z 1.發(fā)動機(jī)起動：放電z 2.發(fā)電機(jī)不發(fā)電或E很低：放電z 3.發(fā)電機(jī)超載：放電、協(xié)助放電z

2、 4.蓄電池E很低，發(fā)電機(jī)負(fù)載少，充電z 5.穩(wěn)壓：大電容的作用，吸收瞬態(tài)過壓A發(fā)電機(jī)用電設(shè)備起動機(jī)作用優(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(fù)極板(深青灰色)1.8mm隔板 正負(fù)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)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

3、+2bOPbP42SOHfI （正極）（負(fù)極）（電解液） （正負(fù)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 Pb+ + 2 SO4 + 2H2O 正極板活性物 （正極板） （液） 正電位+2V Pb Pb+ +2e（負(fù)極板） 負(fù)電位-0.1V （負(fù)極物） 溶于電解液中 外電路斷開：E=2.1V（單格電壓） 2-(-0.1)=2.1V 外電路接通：負(fù)極2e 正極板，與Pb+結(jié)合，生成Pb+。 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

4、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(fù)極板并聯(lián)提高極板 u=2.1V孔隙度，減少極板厚度。4. 充電過程與放電過程相反 即 PbSO4 Pb+ + SO4 正極：Pb+ +2e Pb+ Pb+ SO4 PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2（正極板）+2 H2SO4負(fù)極：Pb+ S

5、O4 Pb SO4（負(fù)極板） 同時： Pb Pb+ （溶解） +fI2e+蓄電池的工作特性l靜止電動勢Ej和內(nèi)阻Rnl充電特性l放電特性 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25C隨t時間的變化關(guān)系。 Uc = E +IcRn充電的5個階段：z初期：1.95-2.1V；z2.1-2.4V：不穩(wěn)定上升；z2.4-2.7V：沸騰z2.7V：充電終了z2

6、.7V后：切斷電源， Uc Ej 。（當(dāng)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(zhǔn)則： 1.充電電壓Uc達(dá)到max，且2h不再增加； 2. 電解液密度25C達(dá)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個階段：z開始放電：2.11-2.0z持續(xù)放電：2.0-1.85 穩(wěn)定z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

7、到放電終止電壓（如表）；2. 最小許可值1.1g/cm3。放電電流（A）0.05Qe0.1Qe0.25 QeQe3 Qe連續(xù)放電時間（h）201030.50.083單格電池終止電壓（V） 1.751.701.651.551.5表1-3 放電電流與終止電壓蓄電池容量z定義：在放電允許的情況下，蓄電池輸出的電 量（It）。z蓄電池容量不守恒。z放電倍率：電池放電電流與額電容量的比值。z影響蓄電池容量的因素（I，T，）溫度降低容量減少)30(01. 01tQQteHEV動力蓄電池容量的選擇z選擇依據(jù)混合動力車電機(jī)峰值功率蓄電池組的總電壓要求蓄電池的比功率，比能量。蓄電池充放電流的最大倍率整車總質(zhì)量及

8、成本要求示例z 整車驅(qū)動總功率最大KWz 驅(qū)動電機(jī)占驅(qū)動總功率z 使用的電池組比功率0.5KW/Kg，比能量0.05KWh/Kg，總電壓250V.z 計算最大放電電流？電池組容量？放電倍率？解：電機(jī)功率解：電機(jī)功率KW 電池組重量電池組重量0.5Kg 電池組總能量電池組總能量0.051.5KWh 最大放電電流最大放電電流KA 電池組容量電池組容量1.5KAh 放電倍率放電倍率z 思考題：改變總電壓能否改變倍率思考題：改變總電壓能否改變倍率蓄電池充電z 充電種類初充電補(bǔ)充充電預(yù)防硫化過充電鍛煉循環(huán)充電z 充電方法定電流充電定電壓充電脈沖快速充電脈沖快速充電的理論基礎(chǔ)z 極化的定義：在充電后期化學(xué)

9、反應(yīng)過程中，電池兩極間的電壓高于兩基活性物質(zhì)的平衡電極電壓的現(xiàn)象。z 分類歐姆極化濃差極化電化學(xué)極化大電流充電：快速補(bǔ)充蓄電池能量前停：消除歐姆極化及部分濃差極化負(fù)脈沖：進(jìn)一步消除濃差極化及電極化后停：防硫化IT4321蓄電池充電接受能力及脈沖充電曲線蓄電池充電接受能力及脈沖充電曲線 一、鎳氫電池鎳氫電池z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(fù)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(fù)極: M + H2O + e =

10、MHab + OH- Ni(OH)2 + M = NiOOH + MHab 新型蓄電池鎳氫電池充放電曲線鎳氫電池充放電曲線鎳氫電池過充過放反應(yīng)鎳氫電池過充過放反應(yīng)z 過充電時，兩極上的反應(yīng)為： z 氧化鎳電極上： 4OH- 4e 2H2O十O2 z 貯氫電極上； 2H2O+O2+4e 4 OH z 當(dāng)電池過放電時，電極反應(yīng)為： z 氧化鎳電極上： 2H2O + 2e H2+2OH z 貯氫電極上； H2 + 2OH-2e 2H2O 二、燃料電池z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(fù)兩個電極(負(fù)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，限制了電池容量。而燃料電池的正、負(fù)極本身不包含活性物質(zhì)，只是個催化轉(zhuǎn)換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)