蓄电池-完整版课件PPT.ppt
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1、学习目标了解蓄电池的结构与原理。理解蓄电池充放电过程和故障原因。掌握铅酸铅蓄电池的结构、原理、工作特性;充电和充电设备。 11 概述111 蓄电池的分类 蓄电池是一种化学电源,靠其内部的化学反应来储存电能或向用电设备供电。目前燃油汽车上使用的蓄电池主要有两大类:铅酸蓄电池(以下简称铅蓄电池)和镍碱蓄电池。同时,由于人们对燃油汽车排放要求的提高和能源危机的冲击,各国正在不断探索和研制电动汽车,其主要的动力源为新型高能蓄电池。下表列出了各种蓄电池特点。类 型优 点缺 点适 用 车 辆铅酸蓄电池结构简单;价格便宜;内阻小;电压稳定;可以短时间供给起动机强大的起动电流比容量小;使用寿命相对较短一般车辆
2、镍碱蓄电池容量大;使用寿命长;维护简单;能承受大电流放电而不易损坏活性物质导电性差;价格较高使用时间长、可靠性高的车辆电动车蓄电池比容量大;无污染;充、放电性能好;使用寿命长结构复杂;成本高电动汽车111 蓄电池的分类 铅蓄电池由于结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛采用。铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种铅蓄电池的特点见下表。 类 型特 点普通铅蓄电池新蓄电池的极板不带电,使用前需按规定加注电解液并进行初充电,初充电的时间较长,使用中需要定期维护。干荷电铅蓄电池新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态,电池内部无电
3、解液。在规定的保存期内,如需使用,只需按规定加入电解液,静置2030min即可使用,使用中需要定期维护。湿荷电铅蓄电池新蓄电池的极板处于已充电状态,蓄电池内部带有少量电解液。在规定的保存期内,如需使用,只需按规定加入电解液,静置2030min即可使用,使用中需要定期维护。免维护蓄电池使用中不需维护,可用34年不需补加蒸馏水,极桩腐蚀极少,自放电少。112 蓄电池的功用 汽车上装有蓄电池和发电机两个直流电源,这两个电源并联,全车的用电设备均为并联。蓄电池的功用:蓄电池的功用:1 1)起动发动机时,)起动发动机时,蓄电池向起动系和点火系供电。蓄电池向起动系和点火系供电。2 2)当发动机低速运转,发
4、电机)当发动机低速运转,发电机电压低于蓄电池的充电电压时,由蓄电池向用电设备供电。电压低于蓄电池的充电电压时,由蓄电池向用电设备供电。 3 3)当发动机中、高速运转,发电机电压高于蓄电池的充电电压)当发动机中、高速运转,发电机电压高于蓄电池的充电电压时,蓄电池将发电机的剩余电能储存起来。时,蓄电池将发电机的剩余电能储存起来。4 4)当发电机过载时,蓄电池协助发电机向用电设备供电。)当发电机过载时,蓄电池协助发电机向用电设备供电。5 5)蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压,保持汽车电器系统)蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压,保持汽车电器系统电压的稳定,保护电子元件。电压的稳定,保护电子元件。
5、12 铅蓄电池121 铅蓄电池的结构 铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成,结构如图所示: 1负极柱 2加液孔盖 3正极柱 4穿壁连接 5汇流条 6外壳 7负极板 8隔板 9正极板 121 铅蓄电池的结构 1极板 极板是蓄电池的核心部分,蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。极板分为正极板和负极板,均由栅架和活性物质组成。 栅架的作用是固结活性物质。栅架一般由铅锑合金铸成,具有良好的导电性、耐蚀性和一定的机械强度。栅架的结构右上图所示。为了降低蓄电池的内阻,改善蓄电池的起动性能,有些铅蓄电池采用了放射形栅架,右下图为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。 121 铅
6、蓄电池的结构 正极板上的活性物质是二氧化铅(bO2),呈深棕色;负极板上的活性物质是海绵状的纯铅(b),呈青灰色。将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板。如右上图所示。 将正、负极板各一片浸入电解液中,可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量,常将多片正、负极板分别并联,组成正、负极板组,如右下图所示。在每个单格电池中,正极板的片数要比负极板少一片,这样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。1极板组总成 2负极板3隔板4正极板5极板联条 121 铅蓄电池的结构 2隔板 隔板插放在正、负极板之间,以防止正、负极板互相接触造成
7、短路。隔板应耐酸并具有多孔性,以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中,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,因此被广泛采用。 3电解液 电解液在蓄电池的化学反应中,起到离子间导电的作用,并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸(H2O4)与蒸馏水按一定比例配制而成,其密度一般为1243。121 铅蓄电池的结构 电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响,密度大,可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量,但密度过大,则粘度增加,反而降低蓄电池的容量,缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定,下表列出了不同地区和气温下的电解液
8、的密度。另外,电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。 气 候 条 件 完全充足电的蓄电池25时电解液的密度(g/cm3) 冬季夏季冬季温度低于40地区1.301.26冬季温度高于40地区1.281.25冬季温度高于30地区1.271.24冬季温度高于20地区1.261.23冬季温度高于0地区1.241.23121 铅蓄电池的结构4壳体 壳体用于盛放电解液和极板组,应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成,为整体式结构,底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格,各单格之间用铅质联条串联起来,如右图所示。壳体上部使用相同材料的电池盖密封,
9、电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔,用于添加电解液和蒸馏水,以及测量电解液密度、温度和液面高度。加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。122 免维护蓄电池的特点 免维护蓄电池又称MF蓄电池,免维护是指在汽车合理使用期间,不需要对蓄电池进行加注蒸馏水、检测电解液液面高度、检测电解液密度等维护作业。免维护蓄电池特点: 1)栅架材料采用铅钙合金,既提高了栅架的机械强度,又减少了蓄电池的耗水量和自放电。 2)采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板,将正极板装在隔板袋内,既可避免正极板上的活性物质脱落,又能防止极板短路。因此壳体底部不需要凸起的肋条,降低了极板组的高度,增大了极板上方的容积,
10、使电解液贮存量增多。 3)蓄电池内部安装有电解液密度计,可自动显示蓄电池的存电状态和电解液液面的高低。如果密度计的观察窗呈绿色,表明蓄电池存电充足,可正常使用;若显示深绿色或黑色,表明蓄电池存电不足,需补充充电;若显示浅黄色,表明蓄电池已接近报废。如图所示。 122 免维护蓄电池的特点 4)采用了新型安全通气装置和气体收集器,在孔盖内部设置了一个氧化铝过滤器,可阻止水蒸气和硫酸气体通过,同时又可以使氢气和氧气顺利逸出。通气塞中装有催化剂钯,可促使氢、氧离子重新结合成水回到蓄电池中。 1绿色(充电程度为65或更高) 2黑色(充电程度低于65) 3浅黄色(蓄电池有故障)4蓄电池盖 5观察窗 6光学
11、的荷电状况指示器 7绿色小球123 铅蓄电池的工作原理 1铅蓄电池的静止电动势 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、的静止电动势。 铅蓄电池的静止电动势E: E08525 (2-1) 式中,E-静止电动势,即开路电压(V); 25-基准温度(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: 25t 000075(t25) (2-2) 式中,t-实测电解液相对密度(g/cm3);t-实测电解液温度()。 因为铅蓄电池工作时,电解液密度总是在1123之间变化,所以每个单格电池的电动势也相应地在1
12、97之间变化。 123 铅蓄电池的工作原理2铅蓄电池的放电 当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时,在正、的静止电动势,此时若接入负载,在电动势的作用下,电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极,这一过程称为放电,蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。 放电时,正极板上的bO2和负极板上的b,都与电解液中的H2O4反应生成硫酸铅(bO4),沉附在正、负极板上。电解液中H2O4不断减少,密度下降。 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bO4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,因此在使用中被称为放完电蓄电池
13、的活性物质利用率只有2030。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。123 铅蓄电池的工作原理 蓄电池放电终了的特征是: (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。 放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大,允许的放电时间就越短,放电终止电压也越低。如下表所示。 C20蓄电池的额定容量。放电电流(A)0.05C20 0.1C200.25C20C203C20放电时间20h10h3h25min5min单格电池终止电压(V)1.751.701.651.551.50蓄电池放电过程123 铅蓄电池的工作原理3铅蓄电池的充电 充
14、电时,蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连,当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时,在电场的作用下,电流从蓄电池的正极流入,负极流出,这一过程称为充电。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。 充电时,正、负极板上的bO4还原成bO2和b,电解液中的H2O4增多,密度上升。 当充电接近终了时,bO4已基本还原成bO2和b,这时,过剩的充电电流将电解水,使正极板附近产生O2从电解液中逸出,负极板附近产生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。 蓄电池充足电的标志是: (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
15、值,且在23h内保持不变。 124 铅蓄电池的型号 按机械工业部B259985铅蓄电池产品型号编制方法标准规定,铅蓄电池的型号分为三部分:如型号6QA60代表额定电压12V、额定容量60Ah的起动型干荷电铅蓄电池。 第一部分 第二部分 第三部分 串联的单格电池数蓄电池的类型蓄电池的特征蓄电池的额定容量 蓄电池的特殊性能 用阿拉伯数字表示用大写的汉语拼音字母表示如:Q-起动用铅蓄电池N-内燃机车用蓄电池M-摩托车用蓄电池 用大写的汉语拼音字母表示如:A-干荷电铅蓄电池H-湿荷电铅蓄电池W-免维护铅蓄电池B-薄型极板无字母-普通铅蓄电池 20h率放电率的额定容量,单位为Ah,单位略去不写。 用大写
16、的汉语拼音字母表示如:G-高起动率D-低温性能好S-塑料槽蓄电池 13 蓄电池的容量及其影响因素131 蓄电池的容量 蓄电池容量C等于放电电流If与放电时间tf的乘积: CIf tf 1额定容量 据国标GB5008191起动用铅酸蓄电池技术条件规定,将充足电的新蓄电池,在电解液温度为255的条件下,以20小时率的放电电流(20安培)时,输出的电量称为蓄电池的额定容量,用C20表示。单位为Ah。 例: (2000590)时,若放电时间大于等于20h,则其容量CIftf90Ah,达到了额定容量,为合格产品;若放电时间小于20h,则其容量低于额定容量,为不合格产品。131 蓄电池的容量2储备容量 据
17、国标GB5008191起动用铅酸蓄电池技术条件规定,蓄电池在252的条件下,时的放电时间,称为蓄电池的储备容量。单位为分钟。 储备容量表达了在汽车充电系统失效时,蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力。3起动容量 起动容量表征了铅蓄电池在发动机起动时的供电能力,是检验蓄电池质量的重要指标之一。起动容量受温度影响很大,故又分为低温起动容量和常温起动容量两种。 (1)低温起动容量:电解液在18时,以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1V时所放出的电量。以上。 (2)常温起动容量:电解液在30时,时所放出的电量。持续时间应在5min以上。 131影响蓄电池容量的因素 1结构因
18、素 蓄电池极板的表面积越大,极板片数越多,参加反应的活性物质就越多,容量就越大。另外,极板越薄,活性物质的多孔性越好,则电解液向极板内部的渗透越容易,活性物质利用率就越高,输出容量也就越大。2使用因素(1)放电电流(2)电解液温度(见右图)(3)电解液密度 适当提高电解液的密度,可加快电解液的渗透速度,提高蓄电池的电动势和容量。但电解液密度过大,又将导致粘度增加,内阻增大,反而使蓄电池容量降低。131影响蓄电池容量的因素(1)放电电流 放电电流越大,蓄电池的容量就越小,如右图所示。当放电电流增大时,化学反应速度加快,bO4堵塞孔隙的速度也越快,导致极板内层大量的活性物质不能参与反应,蓄电池的实
19、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,且连续两次起动之间的时间间隔不应少于15。 14 蓄电池的充电141 充电设备 蓄电池是直流电源,必须用直流电源对其进行充电。充电时,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。 汽车上的充电设备是由发动机驱动的交流发电机。充电间多采用硅整流充电机、晶闸管整流充电机和智能充电机等。142 充电方法 1恒压充电 2恒流充电 3快速充电142 充电方法 1恒压充电 恒压充电是指充电过程中,充电电源电压保持恒定的充电方法。恒压
20、充电的接线方法右上图)。恒压充电特性曲线(右下图)。 若充电电压过高,将导致过充电;充电电压过低,将导致充电不足。 在恒压充电初期,充电电流较大,45h内即可达到额定容量的9095,因而充电时间较短,而且不需要照管和调整充电电流,适用于补充充电。由于充电电流不可调节,所以不适用于初充电和去硫化充电。 142 充电方法 2恒流充电 指充电电流保持恒定的充电方法。广泛用于初充电、补充充电和去硫化充电等。恒流充电的接线方法(右上图)。充电特性曲线(右下图)。 为缩短充电时间,充电过程通常分为两个阶段。第一阶段采用较大的充电电流,使蓄电池的容量得到迅速恢复,当蓄电池电量基本充足,开始电解水产生气泡时,
21、转入第二阶段,将充电电流减小一半,直到电解液密度和蓄电池端电压达到最大值且在23h内不再上升,蓄电池内部剧烈冒出气泡时为止。 恒流充电的适应性强,可任意选择和调整充电电流的大小,有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命,其缺点是充电时间长,要经常调节充电电流。142 充电方法 3脉冲快速充电 脉冲快速充电必须用脉冲快速充电机进行,其充电电流波形(右图)。 脉冲快速充电的过程是:先用081倍额定容量的大电流进行恒流充电,使蓄电池在短时间内充至额定容量的5060,开始冒气泡时,由充电机的控制电路自动控制,开始脉冲快速充电,首先停止充电25m(称为前停充), 然后再放电或反向充电,使蓄电池反向通过一
22、个较大的脉冲电流(脉冲深度一般为充电电流的153倍,脉冲宽度为1501000),然后再停止充电40m(称为后停充),以后的过程为:正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后停充正脉冲充电循环进行,直至充足电。脉冲快速充电的优点是充电时间可大大缩短(新蓄电池充电仅需5h,补充充电需1h)。缺点是对蓄电池的寿命有一定的影响,并且脉冲快速充电机结构复杂,价格昂贵,适用于电池集中、充电频繁、要求应急的场合。 142 充电种类 1初充电 指对新的或更换极板后的蓄电池进行的第一次充电。其操作步骤是: (1)按蓄电池制造厂的规定和本地区的气温条件,加注一定密度的电解液(加注前,电解液温度不得超过30),放置4-6h,
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