汽车电器任务二蓄电池的工作原理.pptx
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1、汽车电气设备构造与维修汽车电气设备构造与维修任务二任务二 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理学习目标学习目标知识知识目标目标技能技能目标目标素养素养目标目标1.1.能说出蓄电池的工作原理能说出蓄电池的工作原理2.2.能说出蓄电池的工作特性能说出蓄电池的工作特性3.3.能进行蓄电池的状况检测能进行蓄电池的状况检测1.1.具有团队协作精神具有团队协作精神2.2.能与客户建立良好的互信关系能与客户建立良好的互信关系3.3.具有良好的职业道德和岗位责任感具有良好的职业道德和岗位责任感1.1.了解蓄电池的工作原理了解蓄电池的工作原理2.2.掌握蓄电池的工作特性掌握蓄电池的工作特性3.3.掌握蓄电池技术状况
2、的检测掌握蓄电池技术状况的检测【任务描述任务描述】了解蓄电池的工作原理,充电了解蓄电池的工作原理,充电和放电过程,以及它的工作特性,和放电过程,以及它的工作特性,为蓄电池的检测提供理论基础。为蓄电池的检测提供理论基础。一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理1.1.蓄电池的放电蓄电池的放电将蓄电池与电路上的负载接通时,电流从正极经过负载流往负极(电将蓄电池与电路上的负载接通时,电流从正极经过负载流往负极(电子从蓄电池负极经外电路流向正极),使正板电位降低,负极板电位子从蓄电池负极经外电路流向正极),使正板电位降低,负极板电位升高,破坏了原有的平衡。放电时的化学反响过程如图升高,破坏了原有的平衡
3、。放电时的化学反响过程如图2-2-12-2-1所示。所示。图图2-2-1 2-2-1 蓄电池的放电过程蓄电池的放电过程一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理1.1.蓄电池的放电蓄电池的放电如果电路不中断,化学反响不断进行,使正极板上的如果电路不中断,化学反响不断进行,使正极板上的Pb0Pb02 2和负和负极板上的极板上的PbPb都逐渐转变为都逐渐转变为PbS0PbS04 4,电解液中,电解液中H H2 2SOSO4 4逐渐减少而水逐渐逐渐减少而水逐渐增多,电解液相对密度减小。总的化学反响式如下:增多,电解液相对密度减小。总的化学反响式如下:Pb0Pb02 2+2H+2H2 2S0S04 4+
4、PbPbS0+PbPbS04 4+2H+2H2 20+PbS00+PbS04 4一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理1.1.蓄电池的放电蓄电池的放电理论上,放电过程应进行到极板上的活性物质全理论上,放电过程应进行到极板上的活性物质全部变为硫酸铅为止。而实际上是不可能的,因为部变为硫酸铅为止。而实际上是不可能的,因为电解液不能渗透到活性物质的最内层。电解液不能渗透到活性物质的最内层。使用中,所谓放完电的蓄电池实际上只有使用中,所谓放完电的蓄电池实际上只有20%-30%20%-30%的活性物质变成了硫酸铅,因此采用薄型极板,增的活性物质变成了硫酸铅,因此采用薄型极板,增加多孔率,提高极板活性物
5、质的利用率是蓄目电池加多孔率,提高极板活性物质的利用率是蓄目电池工业的开展方向。工业的开展方向。一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理2.2.蓄电池的充电蓄电池的充电充电时将蓄电池的正负极与直流电源的正负极对充电时将蓄电池的正负极与直流电源的正负极对应相接,当电源电压高于蓄电池的电动势时,在电源应相接,当电源电压高于蓄电池的电动势时,在电源力的作用下,电流从蓄电池正极流入,负极流出力的作用下,电流从蓄电池正极流入,负极流出(电源驱使电子从蓄电池正极经外电路流向负极)。(电源驱使电子从蓄电池正极经外电路流向负极)。这时,正负极板上发生的化学反响与放电过程正好相这时,正负极板上发生的化学反响与放
6、电过程正好相反,充电时的化学反响过程,如图反,充电时的化学反响过程,如图2-2-22-2-2所示。所示。一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理2.2.蓄电池的充电蓄电池的充电图图2-2-2 2-2-2 蓄电池的充电过程蓄电池的充电过程一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理2.2.蓄电池的充电蓄电池的充电在充电过程中,正负极板上的在充电过程中,正负极板上的PbS0PbS04 4将逐渐恢复为将逐渐恢复为Pb0Pb02 2和和PbPb,电解液中电解液中HSOHSO4 4逐渐增多而水逐渐减少,电解液相对密度增大。总的逐渐增多而水逐渐减少,电解液相对密度增大。总的化学反响式如下:化学反响式如下:2P
7、bS02PbS04 4+2H+2H2 20 Pb00 Pb02 2+2H+2H2 2S0S04 4+Pb+Pb一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理2.2.蓄电池的充电蓄电池的充电由蓄电池充放电时的化学反响过程,可以得出如下几点结论。由蓄电池充放电时的化学反响过程,可以得出如下几点结论。蓄电池在放电时,电解液中的硫酸还渐减少,水逐渐增蓄电池在放电时,电解液中的硫酸还渐减少,水逐渐增多,电解液密度减小,蓄电池在充电时,电解液中的硫酸逐多,电解液密度减小,蓄电池在充电时,电解液中的硫酸逐渐增多,而水逐渐减少,电解液密度增大。因此,可以通过渐增多,而水逐渐减少,电解液密度增大。因此,可以通过测量电
8、解液密度的方法定性地判断蓄电池充放电程度。测量电解液密度的方法定性地判断蓄电池充放电程度。01一、蓄电池的工作原理一、蓄电池的工作原理2.2.蓄电池的充电蓄电池的充电由蓄电池充放电时的化学反响过程,可以得出如下几点结论。由蓄电池充放电时的化学反响过程,可以得出如下几点结论。在充放电时,电解液密度发生变化,主要是由于在充放电时,电解液密度发生变化,主要是由于正极板的活性物质发生化学反响的结果,因此要求正正极板的活性物质发生化学反响的结果,因此要求正极板处的电解液流动性要好。所以在装配蓄电池时,极板处的电解液流动性要好。所以在装配蓄电池时,应将隔板有沟槽的一面对着正板,以便电解液流通。应将隔板有沟
9、槽的一面对着正板,以便电解液流通。蓄电池放电终了时,极板上尚有蓄电池放电终了时,极板上尚有70%70%80%80%的活性物质的活性物质没有起作用。因此,要减轻铅蓄电池的质量,提高供电能没有起作用。因此,要减轻铅蓄电池的质量,提高供电能力,应该充分提高极板活性物质的利用率,在结构上提高力,应该充分提高极板活性物质的利用率,在结构上提高极板的多孔性,减小极板的厚度。极板的多孔性,减小极板的厚度。02020303【任务分析】【任务分析】蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性【任务分析】【任务分析】蓄电池的工作特性是指蓄电池蓄电池的工作特性是指蓄电池的静止电动势、电动势、端电的静止电动势、电动势、端电压、电
10、解液密度随充放电时间压、电解液密度随充放电时间的变化规律。的变化规律。【任务分析】【任务分析】1蓄电池的静蓄电池的静止电动势止电动势蓄电池的静止电动势是指蓄电池内部工作蓄电池的静止电动势是指蓄电池内部工作物质的运动处于静止状态(不充电也不放电)物质的运动处于静止状态(不充电也不放电)下的电动势,可用万用表直接测量。静止电动下的电动势,可用万用表直接测量。静止电动势的大小取决于电解液的密度和温度。势的大小取决于电解液的密度和温度。【任务分析】【任务分析】2蓄电池的放蓄电池的放电特性电特性蓄电池的放电特性是指恒电蓄电池的放电特性是指恒电流放电时,蓄电池端电压流放电时,蓄电池端电压U Uf f、电、
11、电动势动势E E和电解液密度和电解液密度2525、随、随放电时间变化的规律。完全充足放电时间变化的规律。完全充足电的蓄电池以电的蓄电池以20h20h放电率恒流放放电率恒流放电的特性曲线如图电的特性曲线如图2-2-32-2-3所示。所示。图图2-2-3 2-2-3 蓄电池放电特性蓄电池放电特性【任务分析】【任务分析】由于恒(定电)流放电,单由于恒(定电)流放电,单位时间内消耗硫酸量相同。位时间内消耗硫酸量相同。所以,电解液的密度所以,电解液的密度2525呈直线下降,静止电动势呈直线下降,静止电动势E E 也直线下降。也直线下降。一般电解液密度每下降一般电解液密度每下降0.04g/cm0.04g/
12、cm3 3,蓄电池放电量约为,蓄电池放电量约为额定容量的额定容量的25%25%。从放电特性曲。从放电特性曲线可以看出,蓄电池单格端电线可以看出,蓄电池单格端电压变化规律可分为压变化规律可分为4 4个阶段。个阶段。【任务分析】【任务分析】是开始放电阶段是开始放电阶段(2.11-2.OV)(2.11-2.OV)。这一阶段,。这一阶段,蓄电池端电压蓄电池端电压U Uf f从从2.11V2.11V迅速下降,这是由于迅速下降,这是由于放电之初极板孔隙内的放电之初极板孔隙内的H2S04H2S04迅速消耗,密度迅速消耗,密度迅速下降的缘故。迅速下降的缘故。第一阶段【任务分析】【任务分析】是相对稳定阶段是相对
13、稳定阶段(2.0(2.01.85V)1.85V)。这一阶,极板孔隙。这一阶,极板孔隙外的电解液向极板孔隙当渗透速度加快,当渗透速度与外的电解液向极板孔隙当渗透速度加快,当渗透速度与化学反响速度到达相对平衡,极板孔隙内的电解液密度化学反响速度到达相对平衡,极板孔隙内的电解液密度的变化速率趋于一致,端电压将随整个容器内电解液密的变化速率趋于一致,端电压将随整个容器内电解液密度的降低而缓慢下降到度的降低而缓慢下降到1.85V1.85V。第二阶段【任务分析】【任务分析】是迅速下降阶段是迅速下降阶段(1.85(1.851.75V)1.75V)。这时由于放电接近终了,。这时由于放电接近终了,化学反响渗入到
14、极板内层,而放电时生成的硫酸铅较原来的化学反响渗入到极板内层,而放电时生成的硫酸铅较原来的活性物质的体积大活性物质的体积大(是是Pb0Pb02 2的的1.861.86倍,倍,PbPb的的2.682.68倍倍),硫酸铅聚,硫酸铅聚集在极板孔隙内,缩小了孔隙的截面积,使电解液渗入困难,集在极板孔隙内,缩小了孔隙的截面积,使电解液渗入困难,因而极板孔隙内消耗的硫酸难以补充,孔隙内的电解液密度因而极板孔隙内消耗的硫酸难以补充,孔隙内的电解液密度便迅速下降,端电压也随之急剧下降。便迅速下降,端电压也随之急剧下降。第三阶段【任务分析】【任务分析】是过度放电阶段是过度放电阶段(1.75V)(1.75V)。蓄
15、电池单格的端电压下降至。蓄电池单格的端电压下降至一定值时一定值时(20h(20h,放电率降至,放电率降至1.75V1.75V),再继续放电即为过度放),再继续放电即为过度放电。过度放电对蓄电池十分有害,易使极板损坏。此时如果电。过度放电对蓄电池十分有害,易使极板损坏。此时如果切断电源,让蓄电池切断电源,让蓄电池“休息休息”一下,由于极板孔隙中的电解一下,由于极板孔隙中的电解液和容器中的电解液相互渗透,趋于平衡,蓄电池的端电压液和容器中的电解液相互渗透,趋于平衡,蓄电池的端电压将会齐会有所上升。将会齐会有所上升。第四阶段【任务分析】【任务分析】由此可见,蓄电池在放电终了有如下特征。由此可见,蓄电
16、池在放电终了有如下特征。单格电压放电至终止单格电压放电至终止电压电压(以以20h20h放电率放电,放电率放电,单格电压降至单格电压降至1.75V)1.75V)。电解液密度降至最至最电解液密度降至最至最小许可值(约小许可值(约1.1lg/cm1.1lg/cm3 3)。)。蓄电池允许的放电终止电压与放电电流有关,放电电流越大,蓄电池允许的放电终止电压与放电电流有关,放电电流越大,则放完电所用的时间越短,而允许的放电终止电压越低。则放完电所用的时间越短,而允许的放电终止电压越低。【任务分析】【任务分析】3蓄电池的蓄电池的充电特性充电特性蓄蓄电电池池的的充充电电特特性性是是指指恒恒流流充充电电时时,蓄
17、蓄电电池池充充电电电电压压U Uf f、电电动动势势E E及及电电解解液液密密度度2525等等随随充充电电时时间间变变化化的的规规律律。蓄蓄电电池池以以20h20h充充电电率率恒恒电电流流充充电电时时的的特特性性曲曲线线如如图图2-2-42-2-4所示。所示。图图2-2-4 2-2-4 蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性【任务分析】【任务分析】由于采用恒(定电)充电,单位时由于采用恒(定电)充电,单位时间内生成的硫酸量相同。所以,电解液间内生成的硫酸量相同。所以,电解液的密度的密度2525呈直线上升,静止电动势呈直线上升,静止电动势曲势也随之上升。曲势也随之上升。【任务分析】【任务分析】从充电特
18、性曲线可以看出,从充电特性曲线可以看出,蓄电池单格端电压的变化规律也蓄电池单格端电压的变化规律也可分为可分为4 4个阶段。个阶段。【任务分析】【任务分析】第二第二阶段阶段第一第一阶段阶段是开始充电阶段(是开始充电阶段(2.02.02.11V2.11V)。开始接通通电电源时,)。开始接通通电电源时,极板孔隙内表层迅速生成硫酸,使孔隙中电解液的密度增大,极板孔隙内表层迅速生成硫酸,使孔隙中电解液的密度增大,因此,蓄电池单格端电压迅速上升。因此,蓄电池单格端电压迅速上升。是稳定上升阶段(是稳定上升阶段(2.112.112.3V2.3V)。蓄电池单格端电压上升)。蓄电池单格端电压上升到到2.11V2.
19、11V以后,孔隙内硫酸向外扩散,继续充电至孔隙内产生硫以后,孔隙内硫酸向外扩散,继续充电至孔隙内产生硫酸的速度和渗透的速度到达平衡时,蓄电池的端电压就不再上酸的速度和渗透的速度到达平衡时,蓄电池的端电压就不再上升,而是随着整个容器内电解液密度的上升而相应提高。升,而是随着整个容器内电解液密度的上升而相应提高。【任务分析】【任务分析】第三第三阶段阶段是迅速上升阶段(是迅速上升阶段(2.32.32.7V2.7V)。蓄电池单格电压到达)。蓄电池单格电压到达2.32.32.4V2.4V时,极板外层的活性物质基本都恢复为时,极板外层的活性物质基本都恢复为Pb0Pb02和和PbPb了,了,继续通电,则使电
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