電池結構及原理

電池結構及原理當前第1頁\共有17頁\編于星期六\11點二、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，貧電液設計，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。當前第2頁\共有17頁\編于星期六\11點三、VRLAB組成及結構當前第3頁\共有17頁\編于星期六\11點3.1極板

極板是蓄電池的核心部分，蓄電池充、放電的化學反應主要是依靠極板上的活性物質與電解液進行的。極板分為正極板和負極板，均由柵架和活性物質組成。柵架的作用是固結活性物質。柵架一般由鉛鈣合金鑄成，具有良好的導電性、耐蝕性和一定的機械強度。柵架的結構右上圖所示。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構。正交板柵圖放射板柵圖當前第4頁\共有17頁\編于星期六\11點3.2極板

正熟極板上的活性物質是二氧化鉛（PbO2），呈深棕色；負熟極板上的活性物質是海綿狀的純鉛（Pb），呈青灰色。將活性物質調(diào)成糊狀填充在柵架的空隙里并進行干燥即形成極板。如右上圖所示。將正、負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、負極板分別并聯(lián)，組成正、負極板組，如右下圖所示。在每個單格電池中，正極板的片數(shù)要比負極板少一片，這樣每片正極板都處于兩片負極板之間，可以使正極板兩側放電均勻，避免因放電不均勻造成極板拱曲。1－極組總圖;2－負極板;3－隔板;4－正極板;5－匯流排及鉛零件極板圖極組圖當前第5頁\共有17頁\編于星期六\11點3.3極板正熟極板圖負熟極板圖正生極板圖負生極板圖當前第6頁\共有17頁\編于星期六\11點3.4隔板

隔板插放在正、負極板之間，以防止正、負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隔板圖當前第7頁\共有17頁\編于星期六\11點3.5電解液

電解液在蓄電池的化學反應中，起到離子間導電的作用，并參與蓄電池的化學反應。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前第8頁\共有17頁\編于星期六\11點3.6殼體

殼體用于盛放電解液和極板組，應該耐酸、耐熱、耐震。殼體多采用ABS或PP塑料制成，為整體式結構，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槽蓋配合操作圖當前第9頁\共有17頁\編于星期六\11點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。其主要缺點是，沖擊強度雖溫度變化大，耐低溫性差、機械強度低、易氧化和老化。PP槽蓋配合圖電池槽圖電池蓋圖PP槽蓋配合操作圖當前第10頁\共有17頁\編于星期六\11點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，安全閥關閉，外面的氣體進不來，保證電池正常使用當前第11頁\共有17頁\編于星期六\11點四、VRLAB電化學原理閥控式鉛酸蓄電池的電化學反應原理就是充電時將電能轉化為化學能在電池內(nèi)儲存起來，放電時將化學能轉化為電能供給外系統(tǒng)。其充電和放電過程是通過電化學反應完成的，電化學反應式如下：當前第12頁\共有17頁\編于星期六\11點4.1VRLAB電化學原理充電時，正、負極板上的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，當正極充電到70％時，開始析出氧氣，負極充電到90％時開始析出氫氣，由于氫氧氣的析出，如果反應產(chǎn)生的氣體不能重新復合得用，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，不能進行氣體的再復合，是需經(jīng)常加酸加水維護的重要原因；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。當前第13頁\共有17頁\編于星期六\11點4.2VRLAB電化學原理

蓄電池補充電充足的標志是：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，就認為電池充足。多步恒流充電。即進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，補充的總電量為電池放出電量的1.05~1.2倍，就認為電池充足。當前第14頁\共有17頁\編于星期六\11點4.3VRLAB氧循環(huán)原理閥控式鉛酸蓄電池一般采用負極活性物質過量設計，現(xiàn)在由于隔膜技術和材料的發(fā)展更新，一般采用正極活性物質過量設計。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空隙擴散到負極，與負極海綿狀鉛發(fā)生反應變成水，使負極處于去極化狀態(tài)或充電不足狀態(tài)，達不到析氫過電位，所以負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。閥控式鉛酸蓄電池氧循環(huán)圖示如下：當前第15頁\共有17頁\編于星期六\11點4.4VRLAB氧循環(huán)原理在閥控式鉛酸蓄電池中，負極起著雙重作用，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行還原反應，由硫酸鉛反應成海綿狀鉛。在電池內(nèi)部，若要使氧的復合反應能夠進行，必須使氧氣從正極擴散到負極。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散，到達負極表面；二是以氣相的形式擴散到負極表面。當前第16頁\共有17頁\編于星期六\11點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散到負極。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散大得多。充電末期正極析出氧氣，在正極附近