3-蓄电池的工原理与特性.docx

蓄电池的工作原理与特性 一、蓄电池的基本工作原理 铅酸蓄电池在充、放电过程中的化学反应是可逆的，其电化学反应方程式可简化为： 铅酸蓄电池充、放电反应原理如图2-21所示。当接通外电路负载蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下降。 在蓄电池处于过充电时，会引起水的电解。其反应式为： 二、蓄电池的工作特性 1.静止电动势 蓄电池处于静止状态（不充电也不放电）时，正、负极板间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。 1. 静止电动势及基本电特性 (1)静止电动势Ej：蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差称为静止电动势。 (2)开路电压：理论上，开路状态下的端电压并不等于蓄电池的电动势。但是，开路电压在数值上很接近蓄电池的静止电动势，可以用开路电压代替静止电动势。 一般规定铅蓄电池的额定开路电压为2.0V。 开路电压（静止电动势）公式 1)当温度为25℃时： Es=0.84+ρ25℃（V） 式中：Es—静止电动势(V) 0.84—温度换算系数 ρ25℃-- 25℃时的电解液密度(g/cm3) 汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之间，因此ES=1.97～2.15（V） 2)当温度不为25℃时，密度修正为： ρ25℃=ρ+β(t-25) 式中： ρ—实测密度(g/cm3) β—密度的温度换算系数。数值为0.00075g/cm3.含义为：电解液温升1℃，密度下降0.00075g/cm3. t—实测温度(℃) (3)蓄电池端电压的测量 端电压包括开路电压、放电电压和充电电压，取决于蓄电池的工作状况。 1)开路电压：在发电机未正常工作时测量的蓄电池端电压为开路电压。一般为12V。 2)充电电压：在发电机正常工作时测量的蓄电池端电压为充电电压。一般为14V。 3)放电电压：起动发动机时测量的蓄电池端电压为放电电压。约为8-11V。实际测量时采用高率放电计模拟起动状态。 2.内阻 电流流过铅酸蓄电池时所受到的阻力称为铅酸蓄电池的内阻。铅酸蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液和联条的电阻。在正常状态下，铅酸蓄电池的内阻很小，所以能够供给几百安培甚至上千安培的起动电流。 电解液的电阻与其密度和温度有关。如6－Q－75型铅酸蓄电池在温度为+40℃时的内阻为0.01Ω，而在－20℃时内阻为0.019Ω，可见，内阻随温度降低而增大。 电解液电阻与密度的关系如图2-22所示。由图可见，电解液密度为1.20g／cm3（15℃）时其电阻最小。同时，在该密度下，电解液的粘度也比较小。密度过高、过低时，电解液的电阻都会增大。 因此，适当采用低密度电解液和提高电解液温度（如冬季对电池采取保温措施），对降低蓄电池内阻、提高起动性能十分有利。 2、蓄电池的内阻 (1)组成 电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条与极柱接触电阻等。 (2)影响因素 1)放电程度 放电程度越高，PbSO4越多，极板电阻越大。 2)隔板电阻与材料 木质隔板多孔性差，其电阻比橡胶和塑料隔板电阻大。 3)联条电阻与联条形式：传统的外露式联条比内部穿壁式、跨越式联条电阻大。 4)电解液密度：电解液密度一般为1.2g/cm3时，电阻最小，过低（H+和SO42-少）或过高（粘度大）内阻均增加。 5)电液温度：温度低，粘度大，电解液电阻大。 (3)结论：铅酸蓄电池内阻一般很小，故可提供大电流，适于作起动电源。 3.放电特性 铅酸蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随放电时间而变化的规律。 （单格电池电压变化规律 开始放电阶段：端电压由2.14V迅速下降至2.1V。 极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。 2）相对稳定阶段 　端电压缓慢下降至1.85V。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，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。 3）迅速下降阶段 端电压由1.85V迅速下降至1.75V，电解液密度达最小值ρ15℃=1.11g/cm3。 放电接近终了时，电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下降。 4）蓄电池放电终了的特征 ①终止电压：允许的放电终止电压与放电电流大小有关，放电电流越大，则放电时间越短，允许的放电终止电压越低。 ②电解液密度ρ15℃=1.11g/cm3。 放电电流/A 0.05C20 0.1C20 0.25C20 1C20 3C20 连续放电时间 20h 10h 3h 30min 5min 单格电池终止电压/V 1.75 1.70 1.65 1.55 1.50 ） 图2-23所示