铅蓄电池的工作原理课件.ppt

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1、2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,1,蓄电池的构造与型号新型蓄电池的结构特点与机理铅蓄电池的工作原理铅蓄电池的特征蓄电池容量及其影响因素蓄电池的故障极其排除蓄电池的充电和充电设备蓄电池的使用与维护,http:/,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,2,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,3,第一节 蓄电池的构造与型号第二节 新型蓄电池的结构特点与机理第三节 铅蓄电池的工作原理第四节 铅蓄电池的特征第五节 蓄电池容量及其影响因素第六节 蓄电池的故障极其排除第七节 蓄电池的充电和充电设备第八节 蓄电池的使用与维护,目录,2022/12/19,山东农业大学

2、机电学院郭新民,4,第一章 蓄电池,汽车上蓄电池与发电机并联，共同向用电设备供电。 蓄电池的作用： （1）发电机起动时，向发电机和点火系统供电。 （2）发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。 （3）当用电设备同时接入较多、发电机超载时，协助发电机供电。 （4）蓄电池存电不足，而发电机负载又小时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来（充电）。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,5,起动型蓄电池：短时间内（5-10s）可供给起动机强大的电流（一般为200-600A，有的柴油机可达1000A）。 电解液酸性:1、铅酸蓄电池（构造简单、内阻小、起动性好、价格廉价），广泛应用。

3、2、碱性：,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,6,第一节 蓄电池的构造与型号,组成：极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱 。其结构如图1-2。单体电池：电压2V、一个单格。一、极板（栅架+活性物质）结构见图1-3。1、正极板：活性物质（二氧化铅PbO2）呈深棕色2、负极板：活性物质（海绵状纯铅Pb）呈青灰色 栅架：铅锑合金浇铸（含锑6-8.5%）结构见图1-4。 （浇铸性好、机械强度高、焊接性能好）由于铅锑易化学腐蚀-发展铅钙合金 电体电池：负极板比正极板多一片。 EQ1090：6-Q-10S型 每一单格：1.正极板 7片 2.负极板 8片,2022/12/19,山东农业大

4、学机电学院郭新民,7,二、隔板,隔开正负极板：多化性、以便电解液渗透、耐酸、抗氧化。材料：微孔橡胶、微孔塑料、木质、玻璃纤维、纸板。隔板沟槽：沟槽一面应面向正极板（正极板反应激烈）。三、壳体整体式：3或6个互不相通的单格。 早期：硬橡胶 现在：工程塑料（聚丙稀塑料）底部：突起肋条（搁置极板、积存脱落的活性物质、防极板短路）加液孔、螺塞（通气孔）。四、单体电池的连接方式,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,8,单体电池的串联方法： 内部穿壁式连接：在间壁上打孔穿越 跨越式连接：间壁上留有豁口 传统外露式铅连接条连接：早期,五、电解液纯硫酸（相对密度为1.84）+蒸馏水 相对密度一般

5、为1.24-1.30六、蓄电池的规格型号,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,9,第二节 新型蓄电池的结构特点与机理,一、免维护蓄电池：MF蓄电池（不需添加蒸馏水）短途车：8万km长途货车：40万km48万km（3.54年不需加源馏水）1、免维护蓄电池的结构与机理：（1）免维护蓄电池极板栅架材料：低锑合金（含锑量2-3%）或无锑合金。A、锑不会从正极板迁移到负极板表面，不会在负极板构成局部电池，而自放电。B、定压充电，充电电流小，不会加剧水的分解。 P9 图1-3 1-4,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,10,免维护蓄电池根据栅架材料：a、低锑多元合金：“少维护

6、蓄电池”（1年内补水），多数采用，即实际现在“免维修蓄电池”。b.铅钙合金、铅钙锡合金：“真正免维修蓄电池”，无加液孔。 （2）隔板采用袋式微孔聚氯稀隔板：将正极板包住，可保护正极板上的活性物质不致脱落。 （3）通气孔采用新型安全的通气装置和气体收集器：a、通气塞中装有催化剂：使氢和氧结合成水。b、加液孔盖上的通气孔：迷宫式排气结构。,（4）单体电池间的连接采用穿壁式贯通连接：内阻小，输出电流大。（5）对于无加液孔的全密封型免维修蓄电池：内装式密度计。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,11,2、免维护蓄电池的优缺点： （1）使用中不需加注蒸馏水或很少加注蒸馏水。 水消耗：a、

7、水的蒸发（占10%） b、充电过程中水的电解（占90%） 免维修蓄电池：低锑合金或铅钙合金做栅架， 使 其耐过充电能力强。从而使充电末期水的电解量大大减少。 过充电期间：免维护蓄电池的过充电电流比普通蓄电池约低20倍。耗水量下降了95%。 P12 图1-9,（2）自放电少，容量保持时间长：一般为2年以上。 P12 图1-10（3）使用寿命长：一般在4年左右。（4）接线极柱腐蚀小：密封好。（5）内阻小，起动性能好：采用穿壁式连接，连接条功率损失减少80%，放电电压提高0.15-0.4V。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,12,二、干荷电铅蓄电池,1、优点： 干封式铅蓄电池：开始

8、使用之前，必须进行60-70h的初充电。 干荷铅蓄电池：干燥状态下能存放2年，注入电解液20-30min即可投入使用（减少了初充电）。2、干荷电铅蓄电池的机理：负极板具有较高的荷电性能，即在贮存期间能够基本保持负板上活性物质的海绵状态。（Pb易氧化、荷电性能下降），而正极板PbO2很稳定。 （1）在负极活性材料中添加适量的抗氧化剂，使负极板活性物质每一颗粒表面形成一层保护膜，以防止铅的氧化。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,13,（2）极板化或过程中有一次深放电循环或进行反复充电、放电，以便使极板上的活性物质的形成或达到深化，负极板氧化铅的含量不大于15%。 （3）负极板化成

9、后进行严格的水洗和浸渍。 （4）对负极板进行严格的干燥处理。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,14,第三节 铅蓄电池的工作原理 铅蓄电池属于二次电池，其充、放电过程是一种可逆式电化学反应。,一、铅蓄电池的放电过程（化学能电能） PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O 化学反应过程将按图1-9所示二、铅蓄电池的充电过程（电能化学能） 化学反应过程见图1-10所示 2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4 充电终期，电流不宜过大，否则，产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落。三、铅蓄电池的寿命 不经常采用大电流放电，充放电相隔不宜过久。,2022/12/19

10、,山东农业大学机电学院郭新民,15,第四节 铅蓄电池的特征,一、铅蓄电池的电动势、内电阻、端电压1、电动势：两极间的电位差取决于电解液的相对密度和温度。 在密度为1.051.30g/cm3范围内 ES=0.85+25C（V） 其中，25C（V）为25C时电解液的相对密度25C=T+0.0007（T-25） 汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之间，因此ES=1.972.15（V）,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,16,2、内电阻 铅蓄电池的内阻Rn: 电解液电阻+极板电阻+隔板电阻+联条电阻。 电解液电阻与电解液的相对密度有关。见图1-11 完全充电:2

11、0时，Rn=Ue/1.71Qe EQ1090 6-Q-10S:Rn=0.0663、端电压：在没有负载情况下测得的电压。 端电压 U=Ej-IRn,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,17,二、铅蓄电池的放电特征 放电开始：端电压Uf从2.11V2V快，电解液密度下降快。 放电中期： Uf从2V 1.85V时间长，电解液密度下降慢。 放电终期： Uf从1.85V 1 .75V下降快。 恒流放电特性曲线 图1-12,三、铅蓄电池的充电特征恒流充电特性曲线见图1-13 充电开始： 铅蓄电池的电动势和端电压上升到2.3-2.4V，就会产生气泡。 当上升到2.7V时，不再上升，硫酸增多，电

12、解液密度增大。 当上升到2.7V，活性物质已基本还原为PbO2和Pb。 电解液“沸腾” “氢气和氧气”,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,18,第五节 蓄电池容量及其影响因素 一、蓄电池容量,蓄电池容量 Q=If*tf If: 放电电流 A tf: 放电持续时间 h1、20h率额定容量：指完全充电的蓄电池，在25时，以20h放电率的电流连续放电 12V10.50V+_0.05V(6V5.25V+_0.02V)时 所输出的电量：Q20(Ah) 2、储备容量：指完全充电的蓄电池25时，以25A电流放电 12V 10.50V+_0.05V, 放电所持续的时间：Qr.n 单位：min（

13、分钟）,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,19,二、影响蓄电池容量的因素,（一）产品结构因素：（二）使用条件对蓄电池容量的影响： 1、放电电流的影响：放电电流大，Uf 下降快，容量小。 放电电流与放电时间关系见图1-14 2、电解液温度的影响：温度降低，容 量减小。 电解液温度与容量关系见图1-16 3、电解液密度的影响：一般相对密度1.26-1.29。 电解液密度与容量关系见图1-17,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,20,第六节 蓄电池的故障极其排除 一、极板硫化,蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置未充电，极板上逐渐生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常

14、充电时，不能正常转化成PbO2和海绵状Pb，这种现象称“硫酸铅硬化”（“硫化”），“白霜”。 产生硫化的原因： （1）蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电，当温度变化时，硫酸铅发生再结晶的结果。 （2）电池内液面太低，使极板上部与空气接触而强烈氧化（主要是负极板）。 （3）电解液相对密度过高，电液不纯，外部气温剧烈变化时也将促进硫化。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,21,二、自行放电 充足电的蓄电池，放置不用会逐渐失去电量，这种现象为“自行放电”。,（1）正负极板上活性物质自发溶解和还原而成为PbSO4。（2）极板上活性物质与栅架材料不同，形成局部电池“自放电”。尤其是栅架

15、中锑的存在。 （3）蓄电池长期放置不用，硫酸下沉，造成电解液上部、下部的浓度差异（上小下大），使同一块极板的上、下部分形成电位差而造成自放电。（4）电解液含杂质过多。（5）蓄电池内部短路。（6）蓄电池盖上洒有电解液。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,22,三、极板短路 开路电压较低，大电流放电时端电压迅速下降，甚至为零。 充电末期气泡很少，但电解液温度却迅速升高。四、极板活性物质大量脱落 一般多发生在正极板上。（褐色物质）,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,23,五、极板拱曲 多发生在正极板上。（1）铅膏涂填不匀，充放电时电化学反应不一致，使极板膨胀、收缩不一

16、致。（2）经常大电流放电。（3）过量放电时，使极板 内层深处PBSO4，充电时，得不到恢复，内部膨胀，导致极板拱曲。（4）电解液中含有杂质，引起局部电化学反应，造成极板拱曲。,六、外壳裂损、变形与封口破裂,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,24,第七节 蓄电池的充电和充电设备 一、蓄电池的充电,1、初充电：新蓄电池或修复后的使用之前的首次充电，称为初充电。 目的：在于恢复蓄电池在存放间，极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。 特点：充电电流小，充电时间长。 蓄电池充电规范 P23 表1-7 注入电解液后静置3-6h，第二阶段将充电电流减半。2、补充充电 一般每月一次（

17、表1-7） （1）当电解液相对密度降到1.15以下时。（2）冬天放电超过25%，夏天放电超过50%。（3）灯光比平时暗淡。 充电总时间13-16h.3、预防硫化过充电：平时充电电流将电池充足，中断1，再用1/2电流充至“沸腾”，重复几次，至到刚接入，就“沸腾”。4、锻炼循环充电：每3月一次：在电池正常充足后，用20h放电率放完后，再正常充电后送出使用。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,25,5、去硫充电：极板硫化严重时（1）例出电解液（2）蒸馏水中冲洗数次。（3）加入蒸馏水，高出 极板15mm。（4）补充充电。（5）当相对密度升到1.15 以上时，可用蒸馏水 冲淡、充电、放电

18、。（6）重复多次，使电解液 相对密度至规定值，初充电。（7）用20h放电率检查额定容量。（80%）。6、均衡充电 先用正常充电方法充电，待电压稳定后，停充1h，改用20h率充电，充2h，停1h，反复三次。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,26,二、充电设备,1、电动机-发电机组：有一台三相交流电动机驱动一台直流发电机。2、整流充电设备：整流元件、三相交流电（单相交流电）直流电、硅整流充电机、可控硅充电机。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,27,三、充电方法 通常用：定流充电、定压充电；近年来用 “ 快速充电”（脉冲充电）。,1、定流充电：改进恒流充电特性曲线

19、见图1-21 充电电流保持一定，不论6V、12V都可串联在一起。2、定压充电：恒压充电特性曲线见图1-20 电源电压U保持不变。 充电开始时，电流很大，逐渐减小，充电终了，自动降为0。 充电时间短，不能调整充电电流的大小。3、脉冲快速充电：其充电电流波形见图1-23 可控硅快速充电机 初充电 5h 补充充电 0.5-1.5h,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,28,第八节 蓄电池的使用与维护,一、蓄电池的维护（1）规定有无电解液漏出。（2）检查安装、连接是否可靠。（3）清除灰尘、泥土、氧化物、电液、投气孔。（4）检查电解液相对密度，液面高度。（5）检查放电程度。,二、蓄电池使用

20、中技 术状况的检查每行驶1000km1、电解液液面高度的检查（1）相对密度的检查。（2）用高率放电计测量放电电压。（3）用镉电极判断蓄电池正负极的状况。 P31 图1-28,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,29,三、电解液相对密度的选择和配制,1、电解液相对密度的选择： 相对密度大，电解液冰点降低，提高容量。但过大， 粘度增大，渗透困难，隔板加速炭化，极板易于硫 化。一般1.24-1.30，冬季：高；夏季：低。 2、电解液的配制：将硫酸徐徐加入水中。四、冬季使用特点 冬季相对密度：高。五、蓄电池的贮存 将电池充足电；相对密度：1.285；液面高度正常；6个月，室内暗处。,2022/12/19,山东农业大学机电学院郭新民,30,汽车电器设备有几部分组成？,汽车电器设备有哪些特点？,1. 2.,