第一章 蓄电池教案.pdf

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1、济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页旧知回顾：工程机械电源本节内容：第一章蓄电池一、工程机械电源1、组成：蓄电池、交流发电机、电压调节器等组成。2、作用：蓄电池起动或停车供电。交流发电机为用电设备供电，为蓄电池充电。蓄电池与发电机并联第一节蓄电池的结构一、概述1、工作原理：将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。2、要求：足够多的时间：510 s，足够大的起动电流：汽油机为200600 A，柴油机可达 1000 A。3、功用：1) 起动时，向起动系和点火系供电。2) 低速时，发电机电压低于蓄电池充电电压时，向用电设备供电。3) 高速时，发电机电压高于蓄

2、电池充电电压时，储存发电机的剩余电能。4) 当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。5) 系统电压不稳时，吸收电路中的瞬时过电压，保护电子元件。4、分类：铅酸蓄电池、镍碱蓄电池。二、结构铅蓄电池一般由 3 个或 6 个单格电池串联而成，单格电池电动势为 2 V 左右。主要由极板、隔板、电解液和外壳等组成。1、极板核心1）组成：正极板、负极板、栅架和活性物质。正极板二氧化铅(PbO2)，呈深棕色；正极板并联，组成正极板组。负极板纯铅(Pb)，呈青灰色；负极板并联，组成负极板组。注意：负极板比正极板多一片。原因：每片正极板都处于两片负极板之间， 可以使正极板两侧放电均匀， 避免因放电不均匀

3、造成极板拱曲。任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页2）栅架作用：固结活性物质铅锑合金为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，采用放射形栅架。2、隔板位置正、负极板之间，作用防止正、负极板互相接触造成短路，耐酸并多孔性，利于电解液的渗透。材料木质、微孔橡胶和微孔塑料等。 木质隔板耐酸性较差； 微孔橡胶隔板性能最好，但成本较高；微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，广泛采用。3、电解液组成纯硫酸(H2SO4)和蒸馏水，其密度一般为1.241.30 g/cm3。作用化学反应中起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。影响密度大，防止结

4、冰并提高容量，过大则黏度增加，反而会降低容量，缩短寿命。4、壳体作用壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。材料硬橡胶或聚丙烯塑料制成结构肋条：壳体底部，以搁置极板组。间壁：降单格分开，各单格之间用铅质连条串联起来。电池盖：密封，加液孔：用于添加电解液和蒸馏水，测量电解液密度、温度和液面高度。通风孔：可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。三、型号1、种类普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池2、型号串 联 的 单 格 电 池电 池 类 型电 池 特 征额 定 容 量特 殊 性 能1231串联的单格电池数，阿拉伯数字，其标准电压是这个数字的2 倍。2蓄电池的类型

5、和特征，用汉语拼音字母表示。任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页3蓄电池的额定容量，我国目前规定采用20 h 放电率的容量安培小时数Ah。特殊性能，如：Q高起动率；S塑料槽；D低温起动性能好。例如：CA1170P2K2柴油车用型号为 6QAW100S 的蓄电池， 是由 6 个单格串联而成，标准电压为 12 V，干荷电式免维护蓄电池，它采用了塑料整体式外壳，薄型极板，使用时只需加入规定密度的电解液，静止0.5 h， 。小结：1、 工程机械电源组成？2、 蓄电池的结构？3、 蓄电池的型号？任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教

6、案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页旧知回顾：工程机械电源的组成？蓄电池的结构和型号？本节内容：第二节蓄电池的工作原理一、工作原理双极硫酸盐化理论：二、静止电动势将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1 V 的静止电动势。1、负极板：铅 Pb 溶于电解液中，失电子生成Pb2+Pb2ePb2+电子（负极板上）和 Pb2+（电解液中） ，使负极具有负电位，为-0.1V。2、正极板：PbO2 溶于电解液PbO2+2H2OPb(OH)4Pb(OH)4Pb4+ +4OHOH （电解液中） ，Pb4+ （正极表面）,使正极板有+2.0V3、静

7、止电动势为：E=2.0(0.1)=2.1V三、放电过程放电过程， 电子 e 从负极经过外部负载流往正极，使正极板的电位下降， 破坏了原有的平衡状态。阶段 1：电解液 H2SO4转化成 H+和 SO42-，正极板上的 PbO2转化成 Pb4+和 OH-， 负极板上的 Pb 失去电子 Pb2+；阶段 2：正极板上的 Pb4+得到电子转化成Pb2+， 负极板上Pb的得到电子转化成Pb2+；任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页阶段 3：正负极板上的 Pb2+与 SO42-反应形成 PbSO4，OH-与水中的 H+形成 H2O。问题一：为什么放

8、电过程中电解液密度会下降？放电时，正极板上的 PbO2和负极板上的 Pb 都与电解液中的 H2SO4发生反应，生成硫酸铅(PbSO4)，沉附在正、负极板上。此时电解液中的 H2SO4不断减少，密度也随之下降。问题二：为什么放完电蓄电池的活性物质利用率只有20%30%？理论上， 放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止， 但由于生成的 PbSO4沉附于极板表面， 阻碍电解液向活性物质内层渗透， 使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，所以只能使用20%30%。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。问题三：蓄电池放电终了的特征是什么？(1) 单格

9、电池电压降到放电终止电压；(2) 电解液密度降到最小许可值。四、充电过程充电时，正极接电源正极，负极接直流电源负极。 电流由蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出。电子由正极板经外电路流往负极板。阶段 1：正极板上的 PbSO4转化成 Pb2+和SO42-，负极板上的 PbSO4转化成 Pb2+和SO42-；阶段 2：正极板上的 Pb2+失去电子转化成Pb4+，负极板上的 Pb2+得到电子转化成Pb；阶段 3： 正极板上的 Pb4+与水中 O 反应形成 PbO2，SO42-与水中的 H 形成 H2SO4。问题一：为什么充电过程中电解液密度会上升？充电时， 正、 负极板上的 PbSO4 还原成 P

10、bO2 和 Pb， 电解液中的 H2SO4 不断增多，密度上升。问题二：为什么充电过程中电解液会产生气泡和沸腾现象？任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页当充电接近终了时，PbSO4已基本还原成 PbO2和 Pb，这时过剩的充电电流将电解水，使正极板附近产生的O2从电解液中逸出，负极板附近产生的H2从电解液中逸出，电解液液面高度降低。因此，铅蓄电池需要定期补充蒸馏水。问题三：蓄电池放充足电的特征是什么？(1) 电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态；(2) 电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在23 h 内保持不变。小结：1、蓄电池

11、的工作过程的化学反应平衡式？2、蓄电池电动势的建立？3、蓄电池充放电过程？任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页旧知回顾：蓄电池充放电过程？本节内容：第三节蓄电池容量的影响因素一、蓄电池电动势铅蓄电池的静止电动势 Ej 与极板的片数、大小无关，仅与电解液的密度有关，其关系式为：Ej0.8425式中：Ej蓄电池的静止电动势，单位为V；2525时电解液的相对密度(g/cm3)。注意，实测电解液的相对密度应转换成25时电解液的相对密度，转换关系式为25 t (t25)式中： t实测的电解液相对密度(g/cm3)；t测量时的电解液温度()； 相

12、对密度温度系数，取0.000 75。铅蓄电池电解液密度在1.121.30 g/cm3之间变化，每个单格电池的电动势在1.972.15 V 之间变化。二、蓄电池的容量容量等于放电电流与放电时间之积，即CIf tf单位为 Ah1、额定容量额定容量：是以 20 h 放电率的放电电流在电解液初始温度为(255)，相对密度为(1.2800.1)g/cm3(25)的条件下，连续放电到规定的单格终止电压1.75 V，蓄电池所输出的电量，称为蓄电池的额定容量，记为C20。6QA60： 在电解液初始温度为 25时，以 3A 的放电电流持续放电 20h，单格电压降到 1.75V，其额定容量 C2032060Ah。

13、2、额定储备容量额定储备容量是是指充足电的蓄电池在电解液温度为25的条件下，以 25 A电流放电到单格终止电压 1.75 V 时所能维持的时间。符号为Cm，单位为 min。3、起动容量起动容量表示蓄电池在发动机电力起动时的供电能力，用倍率和持续时间表示。1)常温起动容量电解液初始温度 25时，以 5 min 放电率的电流放电，放电 5任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页min 至单格电池电压降至 1.5 V 时所输出的电量。5 min 放电率的电流在数值上约为其额定容量的 3 倍。例如，对于 6Q100 型蓄电池，C20100 Ah，

14、在电解液初始温度为25时，以 3 倍 C203100300 A 的电流放电 5min，单格电池电压降至 1.5 V，蓄电池端电压降至 1.569 V，其起动容量为 3005 6025 Ah。2)低温起动容量电解液初始温度18时，以 5 min 放电率的电流放电，放电2.5 min 至单格电池电压降至 1 V 时所输出的电量三、影响蓄电池容量的因素1、结构因素极板的表面积越大，极板片数越多，参加反应的活性物质就越多，容量越大。极板越薄，多孔性越好，电解液向极板内部的渗透越容易， 活性物质利用率越高，容量越大。2、使用因素1) 放电电流放电电流越大，蓄电池的容量就越小。问题一：为什么放电电流越大，

15、蓄电池的容量就越小？问题二：为什么每次启动的时间不应超过5s，且连续两次应至少间隔15s？原因：放电时，正、负极板上的PbO2 和 Pb 逐渐转变成 PbSO4，PbSO4 的体积比PbO2 和 Pb 大，它将逐渐堵塞极板孔隙，阻碍电解液向极板内部渗透。当放电电流增大时，化学反应速度加快，PbSO4 堵塞孔隙的速度也越快，孔隙中电解液密度迅速下降，导致极板内层大量的活性物质不能参与反应，蓄电池的实际输出容量减小。同时，电解液密度迅速下降，导致蓄电池的端电压也迅速下降，因而缩短了放电时间。因此，在实际使用中必须严格控制起动时间，每次起动的时间不应超过5 s，且连续两次起动之间的时间间隔不应少于1

16、5 s。2) 电解液温度放电电流一定的条件下，温度降低则容量减小。问题三：为什么放电电流一定的条件下，温度降低则容量减小？原因：温度降低时，电解液的黏度增加，渗入极板困难，同时内阻增大，使蓄电池端电压降低，容量减小。由于温度对蓄电池容量和端电压影响很大， 因此在寒冷地区冬季应当对蓄电池采取保温措施。3) 电解液密度。电解液密度电动势 E，电液渗透能力，参加反应的活性物质C任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页过高，粘度，内阻，极板硫化C实践证明，电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量，延长蓄电池的使用寿命。冬季在电解液不结冰的前提下，应

17、尽可能采用稍低的电解液密度。小结：1、蓄电池的容量？2、蓄电池容量的影响因素？任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页旧知回顾：蓄电池容量的影响因素？本节内容：第四节蓄电池的充电方法一、充电方法1、充电设备充电接线充电电源的正极接蓄电池的正极，充电电源的负极接蓄电池的负极。车载充电设备发动机驱动的交流发电机。车下充电设备硅整流、晶闸管整流和智能充电机。2、充电方法充电方法恒压充电、恒流充电和脉冲快速充电。1) 恒压充电充电电源电压保持恒定，适用于补充充电原理：Ic(UE)/R电动势 E，充电电流 Ic，充电终了 Ic=0。被充蓄电池采用并

18、联连接，单格电池充电电压为2.5 V问题一：为什么恒压充电适用于补充充电，而不适用于初充电和去硫化充电？原因： 在恒压充电初期， 充电电流较大， 45 h 内即可达到额定容量的 90%95%，因而充电时间较短， 而且不需要调整充电电流， 适用于补充充电。 由于充电电流不可调节，因此恒压充电不适用于初充电和去硫化充电。2) 恒流充电充电电流保持恒定，用于初充电、补充充电和去硫化充电等恒流充电时，被充蓄电池采用串联连接。单格电池充足电时需 2.7 V，串联的单格电池的数目充电机的额定电压/2.7。充电电流按小容量电池选择，充足后摘出，再继续给大容量电池充电。充电过程： 第一阶段采用较大电流， 当电

19、量基本充足， 单格电池电压达到 2.4 V，开始电解水产生气泡时， 再将充电电流减小一半， 直到电解液密度和蓄电池端电压达到最大值且在 23 h 内不再上升，蓄电池内部剧烈冒出气泡时为止。恒流充电的适应性强， 可任意选择和调整充电电流的大小， 有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命；其缺点是充电时间长，要经常调节充电电流。3) 脉冲快速充电脉冲快速充电必须用脉冲快速充电机进行。充电过程：先用 0.81 倍额定容量的大电流进行恒流充电，使蓄电池在短时间内充至额定容量的 50%60%。当单格电池电压升至 2.4 V，开始冒气泡时，由充电机的任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页

20、济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页控制电路自动控制，开始脉冲快速充电：首先停止充电 25ms(称为前停充)，接着放电或反向充电， 使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流(脉冲深度一般为充电电流的1.53 倍，脉冲宽度为 1501000s)，然后再停止充电 40ms(称为后停充)，以后的过程为正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后停充正脉冲充电此过程循环进行， 直至充足电。脉冲快速充电的优点是充电时间可大大缩短(新蓄电池充电仅需 5 h，补充充电需1h)；缺点是对蓄电池的寿命有一定的影响，并且脉冲快速充电机结构复杂、价格昂贵，适用于电池集中、充电频繁、要求应急的场合。二、充电种类1、初充电指对新蓄电

21、池或更换极板后的蓄电池进行的第一次充电。步骤：(1) 按蓄电池制造厂的规定和本地区的气温条件，加注一定密度的电解液(加注前，电解液温度不得超过 30)，放置 46 h，使极板浸透，并调整液面高度至规定值。(2) 将蓄电池的正、负极分别与充电机的正、负极相连。(3) 采用两阶段恒流充电法充电时，第一阶段充电电流为额定容量的1/15，待电解液中有气泡冒出、单格电池电压达2.4 V 时转入第二阶段，将电流减小一半，直至蓄电池充足电为止。充电过程中应注意测量电解液的温度，当温度超过 40时应将电流减半，如温度继续上升达 45时应停止充电，待冷却至35以下时再充电。(4) 充好电的蓄电池应检查电解液的密

22、度， 如不符合规定， 应用蒸馏水或 1.4 g/cm3的稀硫酸进行调整，并调整液面高度至规定值。调整后再充电2 h，直到电解液密度符合规定为止。2、补充充电无故障的前提下，为保持或恢复其额定容量而进行的正常的充电。一般工程机械用蓄电池应每隔12 个月从车上拆下来进行一次补充充电。补充充电可采用恒压充电或两阶段恒流充电。 工程机械上蓄电池的充电采用恒压充电法充电，充电室多采用两阶段恒流充电法充电。采用两阶段恒流充电法进行补充充电时，应先用C20 为 10 Ah 的电流进行充电，当单格电池电压达到 2.4 V 以上时，改用 C20 为 20 Ah 的电流充电至充足为止。不同型号铅蓄电池的补充充电电

23、流值见表2.5。3、间歇过充电为了避免使用中的铅蓄电池极板硫化的一种预防性充电，工程机械任课教师教研室主任年月日济南铁道职业技术学院授课教案附页济南铁道职业技术学院授课教案附页第第页页用铅蓄电池应每隔三个月进行一次。充电方法是：先按补充充电的方法将蓄电池充足电，停歇l h 后再以减半的充电电流值进行过充电至沸腾，再停歇1 h 后重新接入充电，如此反复，直到蓄电池刚接入充电时立即沸腾为止。4、循环锻炼充电为防止极板钝化而进行的保养性充电。铅蓄电池使用中常处于部分放电的状况， 参加化学反应的活性物质有限， 为避免活性物质长期不工作而收缩，应每隔三个月进行一次循环锻炼充电。充电方法是：先按照补充充电

24、或间歇过充电的方法将铅蓄电池充足电，再用 20 h放电率的电流连续放电至单格电池电压降为1.75 V 为止。其容量降低不得大于额定容量的 10%，否则应进行充、放电循环，直至容量达到额定容量的90%为止方可使用。5、去硫化充电消除铅蓄电池极板轻度硫化的一种排故性充电。步骤：(1) 将铅蓄电池按 20 h 放电率放电至单格电池电压降至1.75 V 为止。(2) 倒出电解液，用蒸馏水反复冲洗几次，然后加入蒸馏水至规定的液面高度，用初充电第二阶段充电电流进行充电。当电解液密度增大到 1.15 g/cm3 时再将电解液倒出，加入蒸馏水，继续充电，反复多次，直至电解液密度不再上升为止。(3) 换用正常密度的电解液，按初充电的方法将蓄电池充足电。(4) 用 20 h 放电率放电，检查容量，若其输出容量可达额定容量的80%以上，则可装车使用，若达不到，应更换蓄电池或进行修理。小结：1、蓄电池的充电方法？2、蓄电池的充电种类？任课教师教研室主任年月日