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1、 铅酸蓄电池的结构铅酸蓄电池的结构 与维护与维护 伦国瑞伦国瑞 20102010年年1111月月 学时：学时：6 6学时学时 主要内容：主要内容： 铅酸蓄电池概述铅酸蓄电池概述 铅酸蓄电池使用维护铅酸蓄电池使用维护 供电系统中蓄电池的地位供电系统中蓄电池的地位 一、蓄电池基念知识 1、基本定义 u电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化 学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称 为电池，电池有原电池和蓄电池之分。 u放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生 的叫原电池，也称一次性电池。 u放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生 ，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化 学能转换为电能的电池，
2、叫蓄电池，也称二次 电池。 第一章 铅酸蓄电池概述 2、常用技术术语 u充电：蓄电池从其它直流电源获得电能叫做充电。 u放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。 u浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路 输出电能叫做浮充放电。有不间断供电要求的设备 ，起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。 u电动势：外电路断开，即没有电流通过电池时在正 负极间量得的电位差，叫电池的电动式。 u端电压：电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电 池的电压或端电压 u安时容量：电池的容量单位为安时，即： 电池容量Q（安时）=I放t放 I放为放电电流（安） t放为放电时间（小时） u电量效率（安时效率）：输出电
3、量与输入电量之间 的比叫做电池的电量效率，也叫作安时效率。 电量效率（%） =（Q放Q充）100% =（I放t放）（I充I充）100% Q放和Q充：分别是放电和充电容量（安时） u自由放电：由于电池的局部作用造成的电池容量的 消耗。容量损失搁置之前的容量之比，叫做蓄电池 的自由放电率 自由放电率（%）= （Q1Q2）Q1100% Q1为搁置前放电容量（安时） Q2为搁置后放电容量（安时） u使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充 放电循环，蓄电池在保持输出一定容量的情况下所 能进行的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命 。 二、铅酸蓄电池的工作原理 电池表达式： 电池的化学反应： 放电时
4、正极1mol的二氧化铅，负极1mol的海 绵状纯铅，同时有2mol的硫酸参与反应。 放电时,正极二氧化铅(Pbo2)变成硫酸铅 (PbSO4),负极由海绵状纯铅(Pb) 变成硫酸铅 (PbSO4)。 充电时,正极由硫酸铅(PbSO4)转化为二氧化 铅(Pbo2),负极由硫酸铅(PbSO4)转化为海绵 状纯铅(Pb)。 上式中的水被分解：2H2O=2H2 +O2 因此，这种电池有大量的氢与氧析出。 1 1、蓄电池的放电过程、蓄电池的放电过程 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 PbSO4 PbSO4 PbO2 2H2SO4 Pb Pb4+ SO42- +SO4
5、2- +2 H2O Pb2+2e Pb2+ 2 H2O 电解液 2e 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+ 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） Pb Pb2+ +2e (Pb继续溶解) F外部电路继续流通，正负极板上的活性物质PbO2 和Pb不断 转化为PbSO4 ，电解液中的硫酸逐渐减少，水增多。 2、蓄电池的充电过程 2e 放电 状态 溶解 电离 输入 电流 充电后 生成物 正极板负极
6、板 PbSO4 Pb PbO2 2H2SO4 Pb2+ SO42- Pb4+ 电解液 充电电源 PbSO4 2 H2O SO42- +Pb2+ 2e 2 H2O 2e 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+ Pb4+2SO42-+2H2O PbO2 +2H2SO4 F负极板处： PbSO4 Pb2+ SO42- Pb2+ + 2e Pb SO42-+2H+ H2SO4 三、铅酸蓄电池 1、定义 铅酸蓄电池是是蓄电池的一种，主要特点是
7、采用稀 硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正 极和负极的一种酸性蓄电池。 2、分类： u工业蓄电池分为两类： 一类为深循环使用的蓄电池。以深循环次数表示其使 用寿命，一般可达1200次以上； 另一类为浮充使用的“备用电源”蓄电池。其使用寿 命可达1012年，甚至更长。一般地，蓄电池只有80 容量时就认为寿命终止。 三、铅酸蓄电池 u常用的蓄电池一般分为三类： 普通铅酸蓄电池：电极板由铅和氧化铅构成，电解液 是稀硫酸。主要优点是电压稳定，价格低廉。缺点是比 能低，使用寿命短，维护频繁。 干式荷电畜电池：特点是负极有较高的储电能力，在 完全干燥状态下能在两年内保存所得的电能，使用时只
8、需加入电解液，等待2030分钟就可使用； 阀控密封式铅酸蓄电池：密封结构，盖子上设有单向 排气阀。当蓄电池内部气体量超过一定值时，排气阀自 动打开，排出气体，然后自动关闭，防止空气进入蓄电 池内部。 u按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有： 固定型防酸式蓄电池（GF）：主要用于通讯、发电厂 、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。 牵引型蓄电池（D）：主要用于各种蓄电池车、叉车、 铲车等动力电源。 起动型蓄电池（Q）：主要用于汽车、拖拉机、柴油机 船舶等起动和照明。 铁路客车用蓄电池（T）：主要用于铁路客车照明和车 上电器设备。 内燃机车用蓄电池（N）：主要供内燃机车启动和照明 用。 摩托
9、车蓄电池（M）：主要用于各种规格摩托车起动 和照明。 航空用电池（HK）：用于飞机启动、照明、通信。 潜艇用电池（JC）：用于潜艇水下航行的动力、照 明、电器设备。 坦克用电池（TK）：用于坦克的启动、用电设备、 照明。 矿灯用电池（K）：供井下矿工安全帽上的矿灯照明 。 航标用电池（B）：航道夜间航标照明。 其他用途电池：大小容量不一，放电率多样，如摄 像机、闪光灯、应急灯、风力发电电能储存等。 3、产品型号含义： l 根据JB2599-85部颁标准，我国铅酸电池型号分为 三段，其安排和含义如下： 串联的单体电池数电池的类型和特征额定容 量 l 当电池数为1时，称为单体电池，第一段可以省略
10、。 l 电池的类型是根据主要用途划分，代号用汉语拼 音第一个字母，如下表： 汉语拼音字母含义汉语拼音字母含义 表 示 电 池 用 途 的 字 母 Q启动用 表 示 电 池 特 征 的 字 母 A干荷电式 G固定用F防酸式 D电池车FM阀控式 N内燃机车W无需维护 T铁路客车J胶体电液 M摩托车用D带液式 KS矿灯酸性J激活式 JC舰船用Q气密式 B航标灯H湿荷式 TK坦克B半密闭式 S闪光灯Y液密式 例：6QA-120 表示有6个单体电池（12伏），启 动用电池，装有干式荷电击板，额定容 量为120安时。 4、铅酸蓄电池的发展历史和趋势 发展历史：涂膏式极板、铅锑板栅合金、管状电极、 铅钙板栅
11、合金、胶体电解液及阀控式铅酸蓄电池 发展趋势： l要求蓄电池是免维护型的，更便于使用 ； l进一步提高电池的比能量； l进一步提高电池的比功率； l进一步提高电池的循环寿命。 5 5、铅酸蓄电池的优缺点：、铅酸蓄电池的优缺点： 优点优点： l 原料易得，价格相对低廉； l 高倍率放电性能良好； l 温度性能良好,可在-4060的环境下工作 ； l 适合于浮充电使用,使用寿命长,无记忆效应； l 废旧电池容易回收,有利于保护环境。 缺点缺点： l 比能量低,一般为3040Wh/kg； l 使用寿命不及Cd/Ni电池； l 制造过程容易污染环境,必须配备三废处理设备 。 6、基本构造： 铅酸蓄电池
12、的极板，依构造和活性物质化成方法， 可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板 ，半化成式极板。 涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成 的。 板栅的作用为支承活性物质和传导电流、使电流分 布均匀。 板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅 钙合金。 正极活性物质主要成份为二氧化铅（PbO2), 棕红 色；负极活性物质主要成为绒状（海绵状）纯铅， 深灰色。 注意：负极板比正极板多一块。 (1)极板 极板组极板组 隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成的，在 正、负极板间起绝缘作用，可使电池结构紧凑,它的主要 作用是： 防止正负极板短路。 隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻,使电 解
13、液中正负离子顺利通过。 阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极 板因震动而损伤。隔板一面平整，一面有沟槽 ，沟槽面对着正极板。当正极板上的活性物质 PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。 要求隔板要有孔率高、孔径小、耐酸 、不分泌有害杂质，有一定强度，在电解液中 电阻小，具有化学稳定性的特点。 (2)隔板 （3）电解液 u电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用 是传导电流和参加电化学反应； u电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配 制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量 和寿命有重要影响； u比重一般在1.241.30g/ cm3之间。 例如：汽车用铅酸蓄电池采用电解液密度为 1.2800
14、.005g/cm(25)稀硫酸。 （4 4）电池壳、盖）电池壳、盖 电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一 般由塑料和橡胶材料制成。外壳上有链条和加液孔 。 （5 5）附件）附件 联条：串联各单格电池 ， 材料为铅。 加液孔盖：（ 注意孔盖上小孔的作用） 蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，为加注电解 液和检测电解液密度所用，孔盖上有通气孔，该小孔应 经常保持畅通，一便随时排除蓄电池化学反应放出的氢 气和氧气，防止外壳涨裂或发生事故。 （7）安全阀 安全阀是阀控蓄电池的关键部件之一，它位于阀 控铅酸蓄电池的顶部，主要作用： 安全作用：即当阀控铅酸蓄电池在使用过程中内部 产生气体且压力达到安全
15、阀设定的开阀压力时，打 开安全阀，防止蓄电池变形、开裂； 密封作用：防止空气进入电池内部而造成不良影响 ； 保持压力：保持电池内部一定的压力，促进电池内 氧复合，减少失水； 防爆作用：某些安全阀装有防酸、防爆片。 三、阀控铅酸蓄电池的工作原理三、阀控铅酸蓄电池的工作原理 1、化学原理： 阀控铅酸蓄电池的工作原理基本上仍沿袭传统 的铅酸蓄电池，它的正极是二氧化铅，负极是海绵 状纯铅，电解液是稀硫酸，其电极反应如下： 整个阀控铅酸蓄电池的反应方程式如下： 阀控铅酸蓄电池的设计原理是把所需质量的电解 液注入极板和隔板中，没有游离的电解液，通过负极 潮湿来提高吸收氧的能力。为了防止电解液减少而把 蓄电
16、池密封，故阀控铅酸蓄电池又称贫液蓄电池。 阀控铅酸蓄电池工作原理示意图阀控铅酸蓄电池工作原理示意图 阀控密封式铅酸蓄电池在结构、材料上 进行了重要的改进，如图所示。 正极板材料采用铅钙合金或铅镉合金、 低锑合金，负极板材料采用铅钙合金，隔板 采用超细玻璃纤维，并采用紧凑装配和贫液 设计工艺技术，整个蓄电池的化学反应在密 封的塑料壳内进行，出气孔上加单向的安全 阀。 对于这种蓄电池结构，在规定的充电电 压下进行充电时，正极析出的氧可通过隔板 通道传送到负极板表面还原为水。由于阀控 密封式铅酸蓄电池的负极板比正极板多出10 的容量，氢气析出时电位提高，加上反应 区域和反应速度的不同，正极出现氧气先于 负极出现氢气。 氧气通过隔板通道或顶部到达负极进行化学反应。 负极被氧化成硫酸铅，经过充电又变成海绵状铅。 正极电解水反应式如下： 这种蓄电池
