蓄电池结构及工作原理课件.ppt

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1、蓄电池,蓄电池的出现,蓄电池1859年由法国科学家加斯顿.普莱特发明。其化学反应理论一般认为是格拉斯顿和特拉普与1882年创立的双极硫酸盐化理论（简称双硫化理论）。,定义,蓄电池是一种可逆低压直流电源，既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能.以酸性水溶液为电解质称为酸蓄电池（铅蓄电池），以碱性水溶液为电解质者称为碱电池。铅蓄电池按其工作环境又可分为移动式和固定式两大类。固定型铅蓄电池按电池槽结构分为半密封式及密封式，半密封式又有防酸式及消氢式。依据电解液数量还可将铅酸电池分为贫液式和富液式，密封式电池均为贫液式，半密封式电池均为富液式,作用,一般情况由发电机供电，但:1.发动机起动：放

2、电 2.发电机不发电或E很低：放电 3.发电机超载：放电、协助放电 4.蓄电池E很低，发电机负载少，充电 5.稳压：大电容的作用，吸收瞬态过压,优点：内阻小，电压稳定，可短时大电流放电。缺点：比能量低，寿命短。,蓄电池的构造与型号,极板组 正极板(深棕色)2.2mm；负极板(深青灰色)1.8mm隔板 正负极板靠近，易短路，加绝缘隔板(多孔性橡胶塑料）壳体 工程塑料联条 将多个单格电池串联加液孔盖 有通气孔 电解液 专用硫酸(纯)+蒸馏水(纯),蓄电池的内阻(1)组成 电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条与极柱接触电阻等。(2)影响因素 1)放电程度 放电程度越高，PbSO4越多，极板电阻越大。

3、2)隔板电阻与材料 木质隔板多孔性差，其电阻比橡胶和塑料隔板电阻大。3)联条电阻与联条形式：传统的外露式联条比内部穿壁式、跨越式联条电阻大。4)电解液密度：电解液密度一般为1.2g/cm3 时，电阻最小，过低或过高（粘度大）内阻均增加。5)电液温度：温度低，粘度大，电解液电阻大。,隔离板 能防止阴、阳极板间产生短路，但不会妨碍两极间离子的流通。而且经长时间使用，也不会劣化，或释放杂质。铅蓄电池一般都使用胶质隔离板电池外壳 耐酸性强，兼具机械性强度。电动车用的蓄电池外壳乃使用材质强韧之合成树脂经特殊处理制成，其机械性强度特别强，上盖亦使用相同材质，以热熔接着。,由六块2.11V电池串联而成的12

4、.66V蓄电池,单格V=2伏 对于12V：6个串联对于24V：2个12V串联。,铅酸蓄电池的工作原理,放电,充电,（正极）（负极）（电解液）,（正负极板）（液体水）,讨论：1.放电：H2SO4，H2O，电解液的比重；充电：。可通过 测量来判断蓄电池的放电程度。2.实际上对于放电：PbO2+2H2SO4 Pb4+2 SO42-+2H2O 正极板活性物（正极板）（液）正电位+2V Pb Pb+2e（负极板）负电位-0.1V（负极物）溶于电解液中 外电路断开：E=2.1V（单格电压）2-(-0.1)=2.1V 外电路接通：负极2e 正极板，与Pb4+结合，生成Pb2+。,理论上极板上PbO2和Pb全

5、部变成PbSO4为止，放电结束，实 际上电解液不能渗透到极板活性物质最内层，即使蓄电池 无电提供，极板上的活性物质只能一部分变成硫酸铅。极板要尽可能薄，面积大。3.增大放电电流：单格电池内，多组正、负极板并联提高极板 u=2.1V孔隙度，减少极板厚度。4.充电过程与放电过程相反 即 PbSO4 Pb2+SO42-正极：Pb4+2e Pb2+Pb2+SO42-PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2（正极板）+2 H2SO4负极：Pb2+SO42-Pb SO4（负极板）同时：Pb Pb2+（溶解）,蓄电池的工作特性,蓄电池放电,蓄电池充电,静止电动势Ej和内阻Rn,静止电动势：充、放电后2-3

6、h静止（不充电 也不放电），测两极的电位差。Ej=2.1V，Ej=0.84+25C内阻：包括极板、隔板、电解液、联条、极 桩等电阻。T（温度）Rn,充电特性,充电特性是指蓄电池恒流充电电压Uc、E和25C随t时间的变化关系。Uc=E+IcRn充电的5个阶段：初期：1.95-2.1V；2.1-2.4V：不稳定上升；2.4-2.7V：沸腾2.7V：充电终了2.7V后：切断电源，Uc Ej。（当电压到2.3-2.4V时，PbSO4几乎反应为PbO2和Pb，继续充电，2H2O2H2+O2，产生气泡，沸腾。）,判断蓄电池充足的三个准则：1.充电电压Uc达到max，且2h不再增加；2.电解液密度25C达到

7、max，且2h不再增加；3.蓄电池激烈放出大量气泡，电解液沸腾,放电特性,放电特性是指恒流充电蓄电池端电压Uf、电动势E和 随t时间的变化关系。Uf=E-IcRn放电的3个阶段：开始放电：2.11-2.0持续放电：2.0-1.85 稳定迅速下降：1.85-1.75,判断放电终止的两个现象：1.单格电池电压降到放电终止电压（如表）；2.最小许可值1.1g/cm3。,表1-3 放电电流与终止电压,放电量与寿命 每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响放电中的温度 当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电

8、终了时的温度控制在40以下为最理想,蓄电池容量,定义：在放电允许的情况下，蓄电池输出的电 量（It）。蓄电池容量不守恒。放电倍率：电池放电电流与额电容量的比值。影响蓄电池容量的因素（I，T，）温度降低容量减少,蓄电池温度与容量 当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。(B)电解液之阻抗增加，电瓶电压下降,蓄电池的5HR容量会随蓄电池温度下降而减少。因此:(1)冬季比夏季的使用时间短。(2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大，而使一天的实际使用时间显著减短。若欲延长使用时间，则在冬季或是进入冷冻库前，应先提高其温度。,自我放电

9、 蓄电池当其内部发生纯化学反应，或因不纯物污染造成电化学反应，或长久不用皆会耗电，此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造温度、比重、不纯物，使用过等而有所不同，一般在一天内会放掉0.51%，蓄电池在使用前的保存期间就会自我放电，消耗蓄电量。当蓄电池处于长期持续放电状态时，则一旦形成白色硫酸铅化，则即使再充电，也无法恢复其容量。库存期间务必每个月就充电一次。,一、镍氢电池,镍氢电池原理 镍氢电池正极活性物质为氢氧化镍(称氧化镍电极)，负极活性物质为金属氧化物，也称贮氢合金(电极称贮氢电极)，电解液为氢氧化钾，在电池充放电过程中的电池反应为：正极:Ni(OH)2+OH-=NiOOH+H

10、20+e-负极:M+H2O+e=MHab+OH-Ni(OH)2+M=NiOOH+MHab,新型蓄电池,镍氢电池过充过放反应,过充电时，两极上的反应为：氧化镍电极上：4OH-4e 2H2O十O2 贮氢电极上；2H2O+O2+4e 4 OH 当电池过放电时，电极反应为：氧化镍电极上：2H2O+2e H2+2OH 贮氢电极上；H2+2OH-2e 2H2O,二、燃料电池,燃料电池原理它是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。,燃料电池实体,质子交换膜燃料电池反应原理,阳极：H2=2H+2e-阴极：2H+1/2O2+2e-=H2O全体：H2+1/2O2=H2O,完 毕！,