牵引铅酸蓄电池介绍.ppt
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1、目 录,第一章:牵引用铅酸蓄电池产品介绍第一节、铅酸蓄电池的组成第二节、铅酸蓄电池产品型号编制方法第三节:牵引用铅蓄电池技术要求第二章:铅酸蓄电池特性第一节:铅蓄电池的电化学反应第二节:铅蓄电池的电动势(E开路电压)第三节:铅蓄电池的端电压第四节:铅蓄电池的自放电第三章 牵引用蓄电池生产工艺过程第一节、工艺流程第二节:铅粉制造第三节:板栅涛造第四节:和膏与涂板第五节:固化与干燥第六节:化成(极板充电)第七节:电池装配第四章、牵引用蓄电池使用与维护第一节、电池使用第二节:短路和容量落后电池检查第三节:蓄电池常见故障的处理及日常维护与保养,第一章:牵引用铅酸蓄电池产品介绍,第一节、铅酸蓄电池的组成
2、:图1-1,铅酸蓄电池是一种能量转化系统,在充电时将电能转化为化学能储存在电池内,在放电时将电池内储存的化学能转化为电能供给用电设备。在放电时,正负极活性物质分别与电解液发生反应,转变成硫酸铅(PbSO4)。充电时正好相反,正负极活性物质分别恢复为二氧化铅(PbO2)和海绵状金属铅(Pb)。,由电极、电解液、隔膜、外壳组成。电极(极板)核心部分,由活性物质和导电骨架组成;活性物质指正负极板中参加成流反应的物质,是决定化学电源的基本特性,牵引蓄电池活性物质正板为Pb02,负板称为绒状铅Pb,导电骨架称为板栅。对活性物质要求电化学活性高,组成电动势高(额定电压),即发生反应能力强;质量比容量,体积
3、比容量 大,在电解质中,化学稳定性高,导电性好。电解质在电池内部正负极间承担传递电荷的作用,比电阻高,溶液欧姆电压降小;电解液与活性物质界面间的电化学反应速率小,电池的自放电容量损失小。铅酸蓄电池电解质是硫酸,牵引电池稀硫酸比重。隔膜(隔板),其作用是防止正负极活性物质直接接触,防止电池短路,对隔板要求化学稳定性好,有一定机械强度,电解质运动阻力小,并能防止从电极上脱落下的活性物质微粒生成,铅晶生成。牵引车用隔板,国内一般采用PVC烧结,橡胶PE袋式,国外多数采用PE、PVC二氧化硅,工业电池隔板。外壳是电池的容器,牵引电池采用PP热封,要求机械强度高,耐振动、耐冲击、耐腐蚀,耐温差的变化。,
4、牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,负极栅板端板negative grid plateend plate,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,负极板negative grid plate,减少重量的柵极设计 weight reduced grid design对于PzS、PbCa和 PzV电池,锑含量较少 less antimon for PzS and PbCa for PzV batteries,可以用于所有电池 usable for all battery types为长寿命使用的负栅物质 suitable negative
5、 grid mass for a long lifetime,电流导线lead for current flow,活性物质active mass,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,隔板separator,负极栅板端板negative grid plateend plate,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,负极板端板negative grid plateend plate,正极管板positive tube plate,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,正
6、极管板positive tube plate,活性物质外包聚酯袋 polyester bag around the active mass铅锑合金压铸板栅,寿命长 long lifetime 长循环 large cycle solidity仅8mm电极减少最大电流electrode of only 8 mm reduces the maximum current flow,电流导线lead for current flow,活性物质active mass,纺织袋textile bag,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,负极板端板negative grid plateend plate,隔板sepa
7、rator,正极管板positive tube plate,负极板 中板negative grid plate middle plate,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,负极板端板negative grid plateend plate,隔板separator,正极管板positive tube plate,负极板中板negative grid plate middle plate,有4个正极板和5个负极板的4PzS 组板plate group with 4 positive and 5 negative plates4
8、PzS.,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,牵引用铅酸蓄电池主要组成部件,PzS 单体电池构造 construction of a PzS cell,带极桥的负极板negative grid plates with pole bridge,带极桥的正栅极板positive grid plates with pole bridge,桥盖bridge cover,带指示器的加水塞water topping stopperwith indicator,电池盖cell cover,电池cell,棱柱prism,牵引蓄电池成品,单体电池2伏酸密度1.29kg/L
9、,24V/48V/80V,蓄电池组,第二节、铅酸蓄电池产品型号编制方法,依据JB/T25991993 型号编制采用汉语拼音大写字母及阿拉伯字表示型号内三段组成 串联单体电池数:指一个整体蓄电池槽内或一个组装箱内串联蓄电池数目,当单体电池数为1时,省略蓄电池类型主要根据其用途划分,见下表:电池特征为附加部分,同类蓄电池具有某种特征,在型号中必须加以区别,蓄电池特征代号见下表:额定容量用阿拉伯数字表示蓄电池型末尾允许标志零代号牵引用铅酸蓄电池名称含义下,例D-450-Z9,串联单体电池数,蓄电池 电 池 类 型 特 征,额定容量,单体24只组成的蓄电池箱体,一般在箱体标注型号24D450Z9日本牵
10、引用蓄电池编号含义如下:JISD53032004,D 450 Z 9,正极板片数用“1”“2”“3”表示,“Z”和“K”表示“Z”表示窄体宽度为158mm系列“K”表示宽体198mm系列,5小时放电额定容量,牵引用蓄电池,例 V D 8 450,额定容量长度分类(144mm)槽高分类(高398mm)牵引用蓄电池,例:24 V 6 PzS 600,单体铅电池额定电压是2伏通常的型号:24 v 电池由12节单体电池组成 48 v 电池由24节单体电池组成 80 v 电池由40节单体电池组成,并联100Ah有6片正极板,PzS:具有“特殊管状正极”的密封电池德文缩写 closed battery w
11、ith Panzerplatten Spezial“,第三节:牵引用铅蓄电池技术要求,GB/T7403.12008代替GB/T7403.11996标准,新标准的修改采用IEC6025412005标准,主要和国家标准的差异:增加“密封性能”,增加了阀控密封性能有关规定内容,取消了“震动试验”有关内容。产品技术要求:周期检查有4项,出厂检查项目有4项1、周期检验项目:1.1、容量:在规定条件下放电蓄电池输出的电量,通常用安时(Ah)来表示,用字母C代表容量。额定容量由制造厂宣称标称,在蓄电池温度30,放电5h,终止电压1.7V,蓄电池所能给出的电量、C5(Ah)表示。相应的放电电流为:C5 I5=
12、5式中I55小时率放电电流,单位为安培(A)C55小时率额定容量,单位为:按时(Ah)5放电时间,单位为:小时(h)平均温度在30时其容量可按下式换算C30=Ct/1+0.006(t-30)100%式中:C30实际容量:单位为Ah Ct平均温度t时的容量单位Ah t 放电过程中的平均温度 0.006温度换算系数上式仅适用电解液为1540范围内。1.2、荷电保持能力(自放电)蓄电池在平均温度20+2,开路存放28d,贮存后剩余容量不低于额定容量的85%。1.3、高倍率放电 电解液温度在30条件下,以5I5(A)电流持续放电到单体终止电压为1.5V的时间不应低于30min例D-450电池放电流为4
13、50A1.4、循环耐久能力 在规定条件下普通型蓄电池容量降至额定容量80%时,完成循环次数不低于1000次。每次循环包括以下内容:放电程序以I=1.25I5(A)电流放电3h.充电程序放电之后紧接着再充电9h,充电量方法如下:第一阶段:以I.05I5(A)电流充电3h;第二阶段:以0.25I5(A)电流充电6h;充电时间总计为9h.充电9h,放电3h为一个循环,反复49次循环进行一次容量检查低于80%额定容量为终止.,2、出厂检查项目:包括外观、外形尺寸、极性、密封性能2.1、密封性能:将蓄电池未注电液前注入压缩空气25kpa时,保压5s,观察压力表的变化。第二章:铅酸蓄电池特性第一节:铅蓄电
14、池的电化学反应 铅酸蓄电池,1859年由法国普兰特发明,20年之后,1882葛拉期顿和持瑞比提出了解释蓄电池成流的反应,“双硫酸盐化理论”至今推广应用。按照这一理论,铅酸蓄电池电极反应和电池反应如下:,,正极:PbSO4+2H2O,负极:PbSO4+2H+,PbO2+3H+HSO4-+2e-,Pb+H2SO4-2e-,PbO2+Pb+2H2SO4,总反应:2 PbSO4+2H2O,蓄电池充电过程的电化学反应(1),蓄电池充电过程的电化学副反应(2),在充电末期,当充电电压达到水的分解电压时,正极将产生氧气(O2),负极将产生(H2)。,蓄电池充电曲线图,蓄电池放电过程的化学反应,正极:PbO2
15、+3H+HSO4-,负极:Pb+H2SO4,总反应:PbO2+Pb+2H2SO4,PbSO4+2H2O-2e-,PbSO4+2H+2e-,2 PbSO4+2H2O,因为放电时在正负极板上都生成硫酸的铅,所以叫“双硫酸盐化理论”。蓄电池是将化学能直接转变为电能的装置,表示电池能量转换关系是电池最重要的电性能指标之一,根据电池成流反应计算放出1安时电,所需要活性物质和电液的数量。正板Pb02放1An电需4.46g负板Pb02放1An电需3.87gH2SO4放1An电需3.66g 所以蓄电池随着放电,有效活性物质不断减少,电液比重不断下降。硫酸铅进一步转化为有效物质,反之在充电时,电解浓度不断增加,
16、就可用简便方法地测量硫酸的密度,从而估计蓄电池荷电状态的原因,按式(13)计算铅蓄电池的电动势基本和实测相同。从上述反应可以看出硫酸在电池中不仅传导电流,而且参加电池反应,所以它是反应物。随着放电的进行硫酸不断减少。与此同时,又生成水。这样就使电流浓度不断降低,反之,在充电时,硫酸却不断生成。,放电电曲线图,第二节:铅蓄电池的电动势(E开路电压),1、电池电动势的计算,按照电化学热力学的方法,电池反应确定后,应用wernst(能斯持)公式计算电动势有两条途径。(1)直接由电池反应计算电池电动势;(2)首先分别计算两个电极的平衡电动势,然后根据下式计算电动势。E=E+-E-E+正极平衡电极电位
17、E-负极平衡电极电位 铅蓄电池正极PbO2、E+=1.685V、负极PbE-=-0.358V 铅蓄电池的额定电压E+-E-=2.04V 也可用参比电极测出不同金属的电极电位来计算电动势,见示图11 2、铅蓄电池的电动势 铅蓄电池在无负载状态下测得的端电压(即开路电压)可视为电动势值,如图所示 当电极材料确定之后牵引蓄电池电动势与硫酸电液浓度有关;可查到不同浓度的硫酸活度和水的活度,然后可计算出不同硫酸浓度下的蓄电池电动势。见下表 把电池电动势对硫酸密度做出下图的曲线可以看出,在密度为时,电池增加电动势图电势大小与硫酸密度成线性关系,即硫酸密度增加,电池电动E(V)增加大,他们的关系可用经验公式
18、表示:E=0.085+D式中,0.85常数,D25时硫酸溶液密度g/cm3也可用测得电压或测出电液上重来判断电池的荷电状态(容量)牵引蓄电池不同状态下开路电压与容量见下表注:初始中液比为1.29g/cm3第三节:铅蓄电池的端电压铅蓄电池的端电压,就是指其闲路电压而言,端电压随着充放电的情况而变化。放电时,端电压降低,充电时端电压上升,相差的数值等于充电电流在电池内阻上的电压降。放电端电压V=V开路电压-IR充电端电压V=V开路电压+IR式中:I充放电电流 R电池内阻 IR电压降1、充电过程中端电压的变化牵引用蓄电池正常充电,用恒流法充电时其变化如下图,从图可以看出,充电初期,电压上升很快(曲线
19、Oa段)这是由于极板的硫酸铅转为二氧化铅时,极板细孔内的硫酸骤增,浓差变化增大,因此电压得很快。充电中期由于极板细孔中硫酸的增加速度向外扩散的速度渐趋平衡,因此,端电压,增高变慢(ab段)充电中期当端压达2.4V,电化学作用面积减少,电池电解水负反应(电解水)开始,一般把电流减半,形成了bc段。由于充电电流减小,IR减小电压下降。在继续充电,水分解就此较明显,在两电极上有很多气泡折出,这时候在负极发生了很多氢气折出,使极板表面被氢气包围,氢为不良导体,而增加了内阻。同时正极板被氧气包围,形成了过高电极,提高了正极电位,由于电池内阻增加和电位的提高。因此电池电压又急速上升,一直到2.6V(CD段
20、),如连续充电,因极板有效物质已基本全部转化为二氧化铅,和铅。是充足电状态,充分电压稳定在左右,无论再长时间电压不再上升,一般判定充电终止,电压在23h不变为充电终止。2、放电过程中的端电压变化充电后的电池,用稳定不变的电流进行连续放电其端压的变化如下图(5小时容量率检查放电)从图中放电曲线可以看出:放电开始,在较短时面内端电压,下降很快(曲线oa段)这是由于极板的活性物质与硫酸发生作用,形成浓差极化,细孔内的硫酸减少,形成水骤增,IR增大到曲线ac段,放电中期。极板细孔中的水份生成与极板外密度较高电液渗入基本上平衡,而极板细孔内的电解液密度下降缓慢故电压下降缓慢到曲线ac段。极板内活性物质以
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