-铅蓄电池的构造与型号资料优秀PPT.ppt
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1、第一章 蓄电池第1章 蓄 电 池w1 概 述w2 蓄电池的构造与型号w3 蓄电池的工作原理与工作特性w4 蓄电池的容量w5 蓄电池的充电w6 蓄电池的故障及解除w7 蓄电池的运用与维护w8 新型蓄电池 第一章 蓄电池1 概 述 蓄电池:一种可逆的直流电源(即放电后经过充电能复原续用),供应和存储电能的电化学装置 一、基本原理:蓄电池的电能是由浸在电解液中两种不同极板之间发生化学反应产生的。蓄电池放电(流出电流)-化学能 电能(释放能量)蓄电池充电(充入电流)-电能 化学能(储存能量)二、主要用途:三、种类返回本章首页返回本章首页第一章 蓄电池蓄电池的作用 蓄电池的作用:与发电机并蓄电池的作用:
2、与发电机并联向用电设备供电。联向用电设备供电。在发动机起动时,向起动机和在发动机起动时,向起动机和点火系统等供电。点火系统等供电。在发电机不发电或电压较低的在发电机不发电或电压较低的状况下向用电设备供电。状况下向用电设备供电。当发电机超载时,帮助发电机当发电机超载时,帮助发电机供电供电蓄电池存电不足,而发电机负蓄电池存电不足,而发电机负载又较少时,它可将发电机载又较少时,它可将发电机的电能转变为化学能储存起的电能转变为化学能储存起来来(即充电即充电)。蓄电池相当于一个大容量电容蓄电池相当于一个大容量电容器(起到了稳定整车系统电器(起到了稳定整车系统电压的作用)压的作用)第一章 蓄电池蓄电池的种
3、类 依据用途 依据电解液的不同 铅酸蓄电池(以下简称铅蓄电池):结构简洁,起动性能好,价格低廉,广泛用于汽车上。起动型(在短时间内能供应大电流,汽车用)其他酸性蓄电池(铅酸蓄电池)碱性蓄电池(镍碱蓄电池)第一章 蓄电池2 铅蓄电池的构造与型号 一、铅蓄电池的构造F汽车蓄电池是由36个单格电池串联组成F组成部件:w 1、极板及极板组w 2、隔板w 3、电解液w 4、联条正极板正极柱外壳电极衬套连条加液孔负极柱护板负极板隔板肋条第一章 蓄电池极极 板板w极板:是蓄电池的核心部件,是带有栅格结构的铅栅格板。w极板分正极板和负极板两种。正极板上的活性物质是二氧化铅,呈棕红色;负极板上的活性物质是海绵状
4、纯铅,呈青灰色。w极板组:第一章 蓄电池极 板 组w极板组的作用:接受充入的电能和向外释放电能。w极板组的结构特点(见图)w1、为了增大蓄电池容量将多片正极板(4-13片)和多片负极板(5-14片)分别并联,用横板焊接组成正、负极板组。横板上连有电桩。w2、安装时,正负极板相互嵌合,之间插入隔板,用极板连接条将全部的正极和全部的负极分别连接,如此组装起来,便形成单格蓄电池。w3、单格电池中负极板的数目比正极板多一块。第一章 蓄电池极板组图1极板组总成 2负极板3隔板4正极板5极板联条 第一章 蓄电池单格蓄电池F不管单格蓄电池含有几块正极板和负极板,每个单格蓄电池均只能供应2.1V的电压。极板的
5、数量越多,蓄电池能供应2.1V电压的时间越长。F以一个单格电池的正极边连接另一单格电池的负极边的方式依次连接(用连条),最终留出一组正负极作为蓄电池的正负极,这样,把若干个单格电池串联起来后即构成汽车蓄电池。(见图)F现代汽车蓄电池一般由6个单格蓄电池串联而成(12V)第一章 蓄电池正极板正极柱外壳电极衬套连条加液孔负极柱护板负极板隔板肋条正极板蓄电池图第一章 蓄电池隔 板F隔板的作用:F为削减尺寸、降低内阻,正负极板应当尽量靠近,F但为了避开相互接触而短路,正负极板之间用绝缘的隔板隔开。F结构特点:F多孔性材料,化学性能稳定,有良好的耐酸性和抗氧化性。F为厚度小于1mm的长方形板,长、宽略大
6、于极板,一面有特制的沟槽,F安装时将沟槽面竖直朝向正极板。第一章 蓄电池电解液F说明:F由密度为1.84g/cm3的纯硫酸加水制成。F密度一般在1.24g/cm3-1.31g/cm3。F纯度是影响蓄电池性能和运用寿命的重要因素。第一章 蓄电池外壳外壳F蓄电池外壳为一整体式结构的容器,极板、隔板和电解液均装入外壳内,硫酸液面应高出极板组15mm左右。F蓄电池电压一般有6V和12V两种规格,因此,外壳内由间壁分成3个和6个互不相通的单格。底部有突起的肋条以搁置极板组。F外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗振动。第一章 蓄电池联条(外露式)w铅连接条:各单格电池为串联连接,一个单格电池的正极桩与另一个单格电池
7、的负极桩用联条焊接,由铅锑合金制成。w连接方式:1、外露式 2、跨桥式 3、穿壁式第一章 蓄电池联条(穿壁式)联条(穿壁式)第一章 蓄电池二、蓄电池的型号F蓄电池的型号F例如:3-Q-90 6-QA-105G表示:由3个单格组成,额定容量为90A.h,起动型铅蓄电池。表示:由6个单格组成,额定容量为105A.h,A:干式荷电极板,起动型铅蓄电池。G:高起动功率。单格数蓄 电池类 型蓄 电池特征额定容量特殊性能极板类型第一章 蓄电池3 蓄电池的工作原理及特性一、蓄电池的基本工作原理二、蓄电池电动势的建立三、蓄电池的放电过程四、蓄电池的充电过程五、蓄电池的工作特性返回本章首页返回本章首页第一章 蓄
8、电池一、蓄电池的基本工作原理F蓄电池的基本工作原理-化学反应F PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2OF说明:F蓄电池中参与化学反应的物质:F 正极板:PbO2;负极板:Pb ;电解液:硫酸水溶液F放电:正极板的PbO2 和负极板的 Pb PbSO4F 电解液中的H2SO4削减,密度下降。F充电:正极板的PbSO4 复原为PbO2;负极板的 PbSO4复原为Pb。电解液中的H2SO4增加,密度下降。放电充电第一章 蓄电池二、蓄电池电动势的建立二、蓄电池电动势的建立 蓄电池电动势的建立:F蓄电池的正负极板浸入电解液中后,由于少量的活性物质溶解于电解质溶液,产生电极电位。F由于正、负
9、极板电极电位的不同而形成蓄电池的电动势。F结论:蓄电池的电动势(静止电动势)大约为2伏。w分析:第一章 蓄电池蓄电池电动势的建立蓄电池电动势的建立2w分析:为何蓄电池的静止电动势为2伏?w正极板处:当正极板浸入电解液中时,少量的PbO2溶入电解液中,与水生成Pb(OH)4,再分解成四价铅离子和氢氧根离子。w正极板处:PbO2+2 H2O Pb(OH)4 Pb(OH)4 Pb4+4OH-w当两者达到动平衡时,正极板的电位约为+2V。在溶液中沉附在极板有沉附在极板上,使极板带正电有沉附在极板上,使极板带正电有与溶液中有与溶液中 OH-的结合生成的结合生成Pb(OH)4的倾向,的倾向,Pb4+第一章
10、 蓄电池蓄电池电动势的建立蓄电池电动势的建立3w负极板处:金属Pb受到两方面的作用w w当两者达到动态平衡时,极板的电极电位约为:-0.1Vw结论:一个足够电的蓄电池(单格)的静止电动势E0约为2.1V。w 实际测定结果为E0=2.044V Pb Pb2+电解液中(极板带负电)Pb2+有沉附于极板表面的倾向(正负电荷相吸)Pb第一章 蓄电池三、蓄电池的放电过程三、蓄电池的放电过程说明2e充电状态溶解电离输出电流放电后生成物正极板负极板PbSO4PbSO4PbO2 2H2SO4PbPb4+SO42-+SO42-+2 H2O Pb2+2ePb2+2 H2O电解液2e第一章 蓄电池蓄电池的放电过程说
11、明蓄电池的放电过程说明F若将蓄电池与外电路的负荷接通,电动势使电路内产生电流。电子e从负极板经过外电路负荷流向正极板。F正极板处:Pb4+2e Pb2+F Pb2+SO42-PbSO4(沉附在正极板上)F负极板处:Pb2+SO42-PbSO4(沉附在负极板上)F Pb Pb2+2e (Pb接着溶解)F外部电路接着流通,正负极板上的活性物质PbO2 和Pb不断转化为PbSO4,电解液中的硫酸渐渐削减。水增多。第一章 蓄电池四、蓄电池的充电过程四、蓄电池的充电过程说明2e放电状态溶解电离输入电流充电后生成物正极板负极板PbSO4PbPbO2 2H2SO4Pb2+SO42-Pb4+电解液充电电源Pb
12、SO42 H2OSO42-+Pb2+2e2 H2O2e第一章 蓄电池蓄电池的充电过程说明蓄电池的充电过程说明F若将蓄电池直流电源接通,当电源电压高于蓄电池的电动势时,电源力使电子e从正极板经过外电路流向负极板。F正极板处:PbSO4 Pb2+SO42-Pb2+-2e Pb4+Pb2+2SO42-PbSO4 PbSO4+2H2O PbO2+2H2SO4F负极板处:PbSO4 Pb2+SO42-Pb2+2e Pb SO42-+2H+H2SO4 第一章 蓄电池蓄电池的工作过程结论蓄电池的工作过程结论11、蓄电池对外既不充电也不放电(不工作)时的静止电动势大约为2伏2、放电过程:将蓄电池的化学能转化为
13、电能的的过程放电过程中,正负极板上PbO2 PbSO4 负极板上 Pb PbSO4 电解液PbSO4 H2O可以通过测量电解液密度来推断蓄电池的充放电程度。蓄电池放电终了,极板上尚有70%-80%的活性物质没有起作用,应当充分提高极板活性物质的利用率。活性物质削减活性物质削减密度下降密度下降第一章 蓄电池蓄电池的工作过程结论蓄电池的工作过程结论23、充电过程:将蓄电池的电能转化为化学能的过程放电过程中,正负极板上PbSO4 还原为PbO2 负极板上 PbSO4还原为Pb 电解液PbSO4 增多H2O削减(密度增加)充电始终进行到极板上的活性物质完全复原到放电前的状态为止。假如接着充电,将引起水
14、电解,放出大量气泡。第一章 蓄电池蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性:蓄电池的静止电动势、内阻和充放电特性的变更规律。主要包括 蓄电池的静止电动势 蓄电池的内阻 放电特性 充电特性 第一章 蓄电池蓄电池的工作特性1w1、静止电动势 静止电动势是指蓄电池在静止状态(不充电也不放电),正负极板之间的电位差(即开路电压),用E0表示。它的大小取决于电解液的相对密度和温度E0=0.84+2525-为25时的电解液的相对密度 E0=1.97-2.15之间 第一章 蓄电池蓄电池的工作特性2 w2、内电阻w蓄电池的内电阻为极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条和极柱电阻的总和,用R0表示。w蓄电
15、池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的实力。在相同的条件下,内电阻越小,输出电流越大,带负载实力越强。第一章 蓄电池3 3、蓄电池的放电特性、蓄电池的放电特性 w蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中,蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变更的规律。w将完全足够电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电,在放电过程中不断地调整外接的电位器,使放电电流保持稳定不变,每隔确定的时间,测量端电压和电解液密度,得到如图所示的放电特性曲线。端电压第一章 蓄电池蓄电池的放电特性说明蓄电池的放电特性说明1 1F端电压的变更状况F(1)起先放电阶段F端电压由2.14V快速下降至2.1VF极板孔隙内硫酸快速消耗,电解液
16、密度快速下降,浓差极化增大,端电压快速下降。F(2)相对稳定阶段 F端电压由缓慢下降至1.85VF极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡,所以端电压缓慢下降。第一章 蓄电池蓄电池的放电特性说明蓄电池的放电特性说明2 2(3)快速下降阶段端电压由1.85V快速下降至1.75V。电解液密度的变更状况:密度直线下降。蓄电池放电终了的特征:单格电池电压降到放电终止电压。电解液比重降到最小许可值约为1.13。第一章 蓄电池放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大,允许的放电时间就越短,放电终止电压也越低。如下表所示。放电电流(A)0.05C20 0.1C200.25C20C20
17、3C20放电时间20h10h3h25min5min单格电池终止电压(V)1.751.701.651.551.50C20蓄电池的额定容量。放电终止电压的影响因素第一章 蓄电池4 4、蓄电池的充电特性、蓄电池的充电特性 w在恒流充电过程中,蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变更的规律。w充电电源必需接受直流电源,以确定的电流人向一只完全放电的蓄电地进行充电。w保持充电电流入不变,每隔确定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。w可以绘制出蓄电池的充电特性曲线,如图所示。端电压第一章 蓄电池蓄电池的充电特性说明蓄电池的充电特性说明1 1F 端电压变更状况:F(1)充电起先阶段F端电压快速上升。
18、F起先充电时,孔隙内快速生成硫酸,端电压快速上升。F(2)稳定上升阶段F端电压缓慢上升至2.4V左右。F孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散,当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时,端电压随整个容器内电解液密度变更而缓慢上升。第一章 蓄电池蓄电池的充电特性说明蓄电池的充电特性说明2 2(3)充电末期电压快速上升到2.7V左右,且稳定不变,电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电,充电电流用于电解水,应避开长时间过充电。电解液密度的变更:密度直线上升蓄电池充电终了的特征第一章 蓄电池蓄电池的充溢电的特征蓄电池的充溢电的特征w端电压上升到最大值2.7V,并在2h-3h内不再增加。w电解液相对
19、密度上升到最大值1.27g/cm w蓄电池内产生大量气泡。即电解液产生“沸腾”现象。第一章 蓄电池4 4 蓄电池的容量及其影响因素蓄电池的容量及其影响因素w一、蓄电池的容量w二、容量的类型w三、影响容量的因素返回本章首页返回本章首页第一章 蓄电池一、蓄电池容量一、蓄电池容量w蓄电池的容量是指在规定的放电条件下,完全足够电的蓄电池所能放出的电量,用“C”表示。w蓄电池的容量是标记蓄电池对外放电实力、衡量蓄电池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标。w蓄电池的容量接受Ah(安时)来计量。即容量等于放电电流与持续放电时间的乘积。第一章 蓄电池二、蓄电池的几种标称容量二、蓄电池的几种标称容量F额定容量F
20、起动容量第一章 蓄电池额定容量额定容量F20h率额定容量w国标GB5008.1-91启动用铅蓄电池技术条件规定:w将充电的新蓄电池在电解液温度为255C条件下,以20h率的放电电流(即额定容量的0.05倍)连续放至单格电池平均电压降到1.75V时,输出的电量称为额定容量。w实际测量蓄电池容量超过20小时为合格w例:3-Q-90型蓄电池以4.5A(0.05C200.05904.5A)的电流连续放电至单池平均电压降到1.75V时,若放电时间大于等于20h,则其容量CIftf90Ah,达到了额定容量,为合格产品;若放电时间小于20h,则其容量低于额定容量,为不合格产品。第一章 蓄电池起动容量起动容量
21、起动容量表征了铅蓄电池在发动机起动时的供电实力,是检验蓄电池质量的重要指标之一。起动容量受温度影响很大,故又分为低温起动容量和常温起动容量两种。(1)低温起动容量:电解液在18时,以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1V时所放出的电量。持续时间应在2.5min以上。(2)常温起动容量:电解液在30时,以5min放电率电流(3倍额定容量的电流)持续放电至单格电压下降至1.5V时所放出的电量。持续时间应在5min以上。第一章 蓄电池起动容量举例起动容量举例w3-Q-90型蓄电池在30以270A的电流放电5min,蓄电池的端电压降到4.5V,其起动容量为:270(5/60)=22.5w说明:
22、起动容量在数值上小于额定容量;低温起动容量小于常温起动容量。第一章 蓄电池三、影响蓄电池容量的因素三、影响蓄电池容量的因素F极板的构造对容量的影响F放电电流对容量的影响 F电解液温度对容量的影响 F电解液密度对容量的影响 第一章 蓄电池1 1极板构造因素对容量的影响极板构造因素对容量的影响w极板厚度越薄,活性物质的利用率就越高,容量就越高。w极板面积越大,同时参与反应的物质就越多,容量就越大。w同性极板中心距越小,蓄电池内阻越小,容量越大。第一章 蓄电池放电电流对容量的影响放电电流对容量的影响蓄电池在不同电流下的放电特性蓄电池在不同电流下的放电特性汽车起动机工作时,蓄电池属于大电流放电,第一章
23、 蓄电池蓄电池在不同电流下的放电特性蓄电池在不同电流下的放电特性如:额定容量为如:额定容量为135A.h,若以,若以5min放电率(即放电率(即3倍额定容量的大倍额定容量的大电流)放电,到电流)放电,到单格电压降到单格电压降到1.5V时,只能维时,只能维持放电持放电5min,则,则此时输出的电量此时输出的电量(即实际容量):(即实际容量):第一章 蓄电池电解液温度对容量的影响电解液温度对容量的影响w温度粘度渗入极板困难,活性物质利用率C;w同时,粘度内阻内压降端电压C第一章 蓄电池电解液密度对容量的影响电解液密度对容量的影响w电解液密度电动势E,电液渗透实力,参与反应的活性物质Cw过高,粘度,
24、内阻,极板硫化Cw实践证明:电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量。冬季运用的电解液,在不使其结冰的前提下,尽可能接受稍低的电解液密度。第一章 蓄电池5、蓄电池的充电、蓄电池的充电F蓄电池的充电:新蓄电池和新修复的蓄电池必需进行初充电,运用中的蓄电池要进行补充充电;为了使蓄电池保持确定的容量和延长寿命,需定期进行过充电和熬炼充电。F充电方法F充电种类返回本章首页返回本章首页恒流充电恒压充电脉冲快速充电初充电补充充电去硫化充电说明说明第一章 蓄电池说明F 蓄电池是直流电源,必需用直流电源对其进行充电。充电时,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。F 汽车上的充电设备是由发动
25、机驱动的沟通发电机。充电间多接受硅整流充电机、晶闸管整流充电机和智能充电机等。第一章 蓄电池充电的种类充电的种类-初充电初充电 F初充电F对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电。F复原蓄电池在存放期间,极板上部分活性物质缓慢放电和硫化而失去的电量。F初充电的特点:充电电流小,充电时间长,必需彻底足够。F初充电的程序:v 加注电解液:密度符合厂家规定,液面高度符合要求。v 选择充电电流:恒流法 IC1=C20/15 IC2=C20/30 v 连接蓄电池v 测量电解液相对密度第一章 蓄电池充电的种类充电的种类-补充充电补充充电1F补充充电:蓄电池运用后,常有充电不足现象(尤其是短途车辆)的充
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