第一章 蓄电池教案

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12、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。

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：5～10 s ，足够大的起动电流：汽油机为200～600 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2 V 左右。

1、极板——核心1）组成：正极板、负极板、栅架和活性物质。

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，避免因放电不均匀造成极板拱曲。

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1.24～1.30 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123 1——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——蓄电池的类型和特征，用汉语拼音字母表示。

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A·h。

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6—QAW—100S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？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+Pb－2e→Pb2+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+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4→Pb4+ +4OH－OH－（电解液中），Pb4+ （正极表面）,使正极板有+2.0V3、静止电动势为：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+；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。

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。

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。

(1) 单格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。

充电时，正、负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4不断增多，密度上升。

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。

(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2～3 h内保持不变。

小结：1、蓄电池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？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：Ej＝0.84＋ρ25式中：Ej——蓄电池的静止电动势，单位为V；ρ25——25℃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ρ25＝ρt＋β(t－25)式中：ρt——实测的电解液相对密度(g/cm3)；t——测量时的电解液温度(℃)；β——相对密度温度系数，取β＝0.000 75。

铅蓄电池电解液密度在二、蓄电池的容量容量等于放电电流与放电时间之积，即C＝I f t f 单位为A·h1、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(25±5)℃，相对密度为(1.28±00.1)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。

6—QA—60：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C20＝3×20＝60A·h。

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5min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6—Q—100型蓄电池，C20＝100 A·h，在电解液初始温度为25℃时，以3倍C20＝3×100＝300 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1.5×6＝9 V，其起动容量为300×5 60＝25 A·h。

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。

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15 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。

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ρ↑电动势E↑，电液渗透能力↑，参加反应的活性物质↑→C↑ρ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？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＝(U－E)/R 电动势E↑，充电电流Ic↓，充电终了Ic=0。

被充蓄电池采用并联连接，单格电池充电电压为2.5 V原因：在恒压充电初期，充电电流较大，4～5 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。