解析蓄電池結(jié)構(gòu)、容量、充電和蓄電池故障
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發(fā)布時(shí)間:2017-01-14
用于汽車上的蓄電池,必須滿足發(fā)動(dòng)機(jī)需要,即在1~5s內(nèi)的短時(shí)間內(nèi),提供汽車起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)足夠大的電流。汽油機(jī)起動(dòng)電流為200~600A,柴油機(jī)達(dá)1000A。
汽車鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu):
正負(fù)極板:極板是由板柵和活性物質(zhì)組成,正極活性物質(zhì)主要成份為二氧化鉛,負(fù)極活性物質(zhì)主要成份為海綿狀鉛。
柵架一般由鉛銻合金鑄成,具有良好導(dǎo)電性、耐蝕性和一定機(jī)械強(qiáng)度。鉛占94%,銻占6%。加入銻是為了改善力學(xué)強(qiáng)度和澆鑄性能。為了增加耐腐蝕性,加入0.1%~0.2%的砷,提高硬度與機(jī)械強(qiáng)度,增強(qiáng)抗變形能力,延長蓄電池使用壽命。
隔板:是由PVC、PE塑料、微孔橡膠或玻璃纖維等制成,主要作用:防止正負(fù)極板短路;使電解液中正負(fù)離子順利通過;阻緩正負(fù)極板活性物質(zhì)的脫落,防止正負(fù)極板因震動(dòng)而損傷。
電解液:汽車蓄電池采用電解液密度為1.280±0.01g/cm3(25℃)的稀硫酸。電解液的作用:參與正負(fù)極板的電化學(xué)反應(yīng);傳導(dǎo)電流。
蓄電池的殼體(電池槽、蓋)是由PP塑料、橡膠等材料制成,是盛放正、負(fù)極板和電解液等的容器。
其它:蓄電池除上述主要部件外,還有連接條、端子、極柱、電眼等零部件。
正、負(fù)極板分別由匯流排并聯(lián),間隔參插在一起,且正、負(fù)極板由隔板隔開,組成一個(gè)單體電池。由三或六個(gè)單體電池串聯(lián)組成一個(gè)額定電壓6V或12V的蓄電池。
汽車鉛酸蓄電池的充放電原理:
蓄電池充電:電解液密度增加,內(nèi)阻減小,電池電壓升高,充電后期由于水的電解,將有大量氣泡產(chǎn)生。
理論上,放電過程可以進(jìn)行到極板上的活性物質(zhì)被耗盡為止,但由于生成的PbSO4沉附于極板表面,阻礙電解液向活性物質(zhì)內(nèi)層滲透,使得內(nèi)層活性物質(zhì)因缺少電解液而不能參加反應(yīng),因此在使用中被稱為放完電蓄電池的活性物質(zhì)利用率只有20%~30%。因此,采用薄型極板,增加極板的多孔性,可以提高活性物質(zhì)的利用率,增大蓄電池的容量。
蓄電池的容量:
蓄電池容量C等于放電電流與放電時(shí)間乘積;
蓄電池的容量與放電電流、放電持續(xù)時(shí)間及電解液溫度有關(guān);
額定容量:指完全充電的蓄電池,在電解液溫度為25±5攝氏度,密度為1.28±0.01g/ml時(shí),以20h放電率的放電流連續(xù)放電到12V蓄電池端電壓降到10.50±0.05V、6V蓄電池端電壓降到5.25±0.02V時(shí)所輸出的電量。用C20表示,單位是A·h。
蓄電池的額定儲(chǔ)備容量:指完全充足電的蓄電池,在電解液溫度為25±2攝氏度時(shí),以25A電流放電至12V蓄電池端電壓達(dá)10.50V±0.05V、6V蓄電池端電壓達(dá)5.25V±0.02V時(shí),放電所持續(xù)的時(shí)間,用Cr,n表示,單位為min。
放電電流越大,蓄電池容量就越小。當(dāng)放電電流增大時(shí),化學(xué)反應(yīng)速度加快,PbSO4堵塞孔隙速度越快,導(dǎo)致極板內(nèi)層大量活性物質(zhì)不能參與反應(yīng),蓄電池的實(shí)際輸出容量減小。
適當(dāng)提高電解液的密度,可加快電解液的滲透速度,提高蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和容量。但電解液密度過大,又將導(dǎo)致粘度增加,內(nèi)阻增大,反而使蓄電池容量降低。
結(jié)構(gòu)因素
極板表面積大
極板片數(shù)多參加反應(yīng)活性物質(zhì)越多,容量越大;
極板越薄,活性物質(zhì)的多孔性越好,則電解液向極板內(nèi)部的滲透越容易,活性物質(zhì)利用率就越高,輸出容量也就越大。
使用因素
(1)放電電流
(2)電解液溫度
(3)電解液密度
干荷蓄電池的極板在干燥狀態(tài)下能較長期地保存制造過程中所得到的電荷。在規(guī)定的貯存期內(nèi)(一般1年),只要加注符合規(guī)定密度的電解液,并調(diào)整好液面高度,擱置20分鐘后即可使用,勿需進(jìn)行初充電。在貯存和轉(zhuǎn)運(yùn)期間電池要密封,防止受潮及空氣進(jìn)入電池內(nèi)部。
在未加注電解液時(shí),切忌打開通氣孔塞、封簽或擰開加液口孔塞,以防干荷電蓄電池內(nèi)部受潮而影響其性能。
電解液必須使用純凈的硫酸和無離子水配制,以防止干荷電蓄電池自放電而降低容量。
初次加注電解液幾分鐘后,電解液液面將有所下降,此時(shí)應(yīng)重新向每個(gè)單格電池內(nèi)添加相同密度的電解液,以恢復(fù)原來的電解液液面高度,蓋上通氣孔塞后即可使用。使用前若有充裕時(shí)間,用6A電流充電3-4h,以利于使用。
干荷電蓄電池的電解液密度應(yīng)為1.27(夏季)-1.28(冬季),以保證其有足夠高的端電壓。
低溫條件下,初次使用干荷電蓄電池前應(yīng)進(jìn)行短時(shí)間的快速充電,以提高電解液和蓄電池的溫度,改善其使用性能。
應(yīng)經(jīng)常沖洗溢出的電解液,以保持干荷電蓄電池殼體清潔,并在極柱上涂一層油脂,以防腐蝕。
對(duì)存儲(chǔ)時(shí)間超過規(guī)定貯存期的干荷電蓄電池,因?yàn)闃O板可能部分氧化,所以在使用前應(yīng)以補(bǔ)充充電的電流充電3-5h后再用。
蓄電池的充電:
(1)恒流充電:是在一定的時(shí)間段始終以一定不變的電流對(duì)電池進(jìn)行充電,其優(yōu)點(diǎn)是充電比較完全,但是后期電流幾乎全部被消耗在水的分解和熱的發(fā)生上。
(2)恒壓充電:恒壓充電是始終以一定不變的電壓對(duì)電池進(jìn)行充電,其優(yōu)點(diǎn)是氣體產(chǎn)生很少,耗水量小,存在充電不完全的缺點(diǎn)。單體電壓通常設(shè)定在2.3~2.4V(12V電池為13.8~14.4V,6V電池為6.9~7.2V),直到充足電為至。
(3)補(bǔ)充充電:初充電、補(bǔ)充電常采用恒流充電。補(bǔ)充充電電流為0.1C20A(如60Ah蓄電池用6A),充電時(shí)間為3~5h,或根據(jù)存放時(shí)間長短確定充電時(shí)間。
(4)維護(hù)充電:常采用恒壓充電。
蓄電池充足電判定標(biāo)志:
(1)電池單格內(nèi)有大量氣泡產(chǎn)生。
(2)電池單體電壓在2.6~2.8V(12V電池為15.6~16.8V,6V電池為7.8~8.4V),且在2h以上測(cè)定不變。
(3)電液比重達(dá)1.285g/ml(25℃),且在2h以上測(cè)定不變。
鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)只與酸的濃度有關(guān),與蓄電池中含有的鉛、二氧化鉛或硫酸鉛的量無關(guān);正負(fù)極的穩(wěn)定電勢(shì)接近于它們的平衡電極電勢(shì),故電池的開路電壓與電池的電動(dòng)勢(shì)接近。
鉛負(fù)極的不可逆硫酸鹽化
活性物質(zhì)在一定條件下生成堅(jiān)硬而粗大的PbSO4,它不同于正常放電時(shí)生成的PbSO4,幾乎不溶解。因此在充電時(shí)不能轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì),造成電池容量減小。
常常是在電池組長期充電不足或過放電狀態(tài)下長期儲(chǔ)存形成的
硫酸鹽化的根本原因一般認(rèn)為是PbSO4的重結(jié)晶
極板硫酸鹽化的現(xiàn)象如下:
(1)硫酸鹽化電池在放電時(shí),比其他正常電池的容量明顯降低。
(2)電解液密度下降低于正常值,而且是長時(shí)期落后。
(3)充電過程中電壓上升很快,高達(dá)2.9伏/單格左右(正常值2.7伏/單格左右),而在放電過程中電壓降低很快,1~2小時(shí)內(nèi)就降低到1.8伏左右(10小時(shí)率放電)。
(4)充電過程中冒氣泡過早。
(5)極板顏色和狀態(tài)不正常。正極板呈淺褐色(正常為深褐色),極板表面有白色硫酸鉛斑點(diǎn),負(fù)極板呈灰白色(正常為灰色),用手指摸極板表面時(shí)感覺有粗大顆粒的硫酸鉛結(jié)晶,并且極板發(fā)硬。
鉛酸蓄電池的失效模式與循環(huán)壽命
蓄電池失效模式
(1)正極板柵的腐蝕與長大
(2)正極活性物質(zhì)的軟化、脫落
(3)負(fù)極的不可逆硫酸鹽化
(4)早期容量損失
影響電池循環(huán)壽命的外在因素
(1)放電深度
(2)過充電程度
(3)電解液濃度及溫度
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