铅酸蓄电池结构详解

1、铅酸蓄电池结构详解一、蓄电池的功用 蓄电池种类较多，根据电解液不同，有酸性和碱性之分。由于铅酸蓄电池阻小， 电压稳定，在短时间能供给较大的起动电流，而且结构简单，价格较低，所以在 汽车拖拉机上被广泛采用。蓄电池为一可逆直流电源，在汽车拖拉机上与发电机并联，它的主要作用是： （1）发动机起动时，蓄电池向起动机和点火装置供电。起动发动机时，蓄电池 必须在短时间（ 510s）给起动机提供强大的起动电流（汽油机为 200600A。柴 油机有的高达 1000A）。（2）在发电机不发电或电压较低发动机处于低速时，蓄电池向点火系及其它用 电设备供电，同时向交流发电机供给他激励磁电流。（ 3）当用电设备同时接

2、入较多，发电机超载时，蓄电池协助发电机共同向用电 设备供电。（4）当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，可将发电机的电能转变为化 学能储存起来，即充电。（5）蓄电池还有稳定电网电压的作用。当发动机运转时，交流发电机向整个系 统提供电流。 蓄电池起稳定电器系统电压的作用。 蓄电池相当于一个较大的电容 器，可吸收发电机的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。延长其使用寿命。二、蓄电池的构造车用 12V蓄电池均由 6 个单格电池串联而成，每个单格的标称电压为 2V，串联 成 12V 的电源，向汽车拖拉机用电设备供电。蓄电池主要由极板、电解液、格板、电极、壳体等部分组成。1极板极板分为正极板和负极板两种

3、。 蓄电池的充电过程是依靠极板上的活性物质和电 解液中硫酸的化学反应来实现的。正极板上的活性物质是深棕色的二氧化铅（ PbO2），负极板上的活性物质是海绵状、青灰色的纯铅（ Pb）。 正、负极板的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上， 加入锑的目的是 提高栅架的机械强度和浇铸性能。 但锑有一定的副作用， 锑易从正极板栅架中解 析出来而引起蓄电池的自行放电和栅架的膨胀、 溃烂，从而影响蓄电池的使用寿 命。负极板的厚度为 1.8mm，正极板为 2.2mm，为了提高蓄电池的容量，国外大多采 用厚度为 1.11.5mm的薄型极板。另外，为了提高蓄电池的容量，将多片正、负 极板并联，组成正、负极板组。

4、在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多一 片，正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀，否则因正极板机械强度差， 单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，造成极板弯曲。2隔板 为了减少蓄电池的阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路， 所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板。 隔板应具有多孔性， 以便电解液渗透， 而 且应具有良好的耐酸性和抗碱性。隔板材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料以及浸树脂纸质等。近年来，还有将微孔 塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。3壳体 蓄电池的外壳是用来盛放电解液和极板组的，外壳应耐酸、耐热、耐震，以前多 用硬橡胶制成。现在国已开始生产聚丙

5、稀塑料外壳。这种壳体不但耐酸、耐热、 耐震，而且强度高，壳体壁较薄（一般为 3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为 10mm）， 重量轻，外型美观，透明。壳体底部的凸筋是用来支持极板组的， 并可使脱落的活性物质掉入凹槽中， 以免 正、负极板短路，若采用袋式隔板，则可取消凸筋以降低壳体高度。4电解液 电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电离， 产生电化学反应， 它由纯 净的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成。 电解液的相对密度一般为 1.241.30 （15）5联条车用 12V蓄电池的 6 个单格电池之间的连接方法有两种， 一种是用装在盖子上面 的铅质联条串联起来， 连条露在蓄电池盖表面， 这是一种

6、传统的连接方式， 不仅 浪费铅材料，而且阻较大， 故这种连接方式正在逐渐被淘汰。 第二种是采用穿壁 式连接方式。蓄电池各单格电池串联后， 两端单格的正负极桩分穿出蓄电池盖， 形成蓄电池极 桩。正极桩标“ +”号或涂红色，负极桩标“ - ”号或涂蓝色、绿色等。 6加液孔盖加液孔盖可防止电解液溅出。 加液孔盖上有通气孔， 便于排出蓄电池的 H2和 O2， 以免发生事故， 如在孔盖上安装氧过滤器， 还可以避免水蒸汽的溢出， 减少水的 消耗。JB259985 起动用蓄电池标准规定，其型号编三、蓄电池的型号 蓄电池的型号按我国机械工业部 制和含义由 5 个部分组成：3 4 5 1 表示串联单格数，用阿拉

7、伯数字表示。如： 6 表示有 6 个单格， 12V 的蓄电池。 2 表示蓄电池类型，用汉语拼音的第一个字母表示，如 Q 为起动型。 3表示蓄电池特征，蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产品中具有某种特 征需要在型号中加以区别时采用， 特征也以汉语拼音字母表示 （表 1-1 ），如“A” 表示干式负荷电极板。 如果产品同时具有两种特征， 原则上按表 1-1 的顺序将两 个代号并列标示。而干封蓄电池一般略去不写。4 表示 20h 放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为 A? h 。5 表示特殊性能，用汉语拼音第一个字母表示，如 G表示薄型极板，高起动 率； S表示塑料外壳； D表示低温起动性能

8、好。例如：东风 EQl40汽车用 6Q105型起动蓄电池，即是由 6 个单格电池串联， 额定电压为 12V，额定容量为 105Ah的干封式起动型蓄电池。解放 CAl41 汽车用 6 QA 100 型蓄电池， 即是由 6 个单格电池串联， 额定电压为 12V，额定容量为100Ah的干荷式起动型蓄电池。表 1-1铅酸蓄电池特征代号特征代号蓄电池特征 特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征A干荷电 J胶体电解液D带液式H 湿荷电M密闭式Y液密式W 免维护B半密闭式Q气密式S 少维护F防酸式I激活式四、蓄电池的工作原理蓄电池的充电过程和放电过程是一种可逆的化学反应，充放电过程中蓄电池的导电是靠正、负离子

9、的反向运动来实现的。1放电过程当极板浸入电解液时，在负极板，有少量铅溶入电解液生成 Pb2+，从而在负极 板上留下两个电子 2e，使负极板带负电，此时负极板具有 0.1V 的负电位。 在正极板处，少量 PbO2溶入电解液，与水反应生成 Pb（OH）4 再分离成四价铅 离子和氢氧根离子。一部分 Pb4+沉附在正极板上，使极板呈正电位，约为 2.0V 。故当外路未接通 时，蓄电池的静止电动势 E0 约为：E02.0 - （ 0.1 ） 2.1V 若接通外电路，在电动势的作用下，使电路产生电流 If ，在正极板处 Pb4+ 和 负极板来的电子结合，生成二价铅离子 Pb+ +，Pb+ +再与电解液中的

10、 SO42- 结合，生成 PbSO4而沉附在正极板上，使得正极板电位降低，则正极板 上的总反应式为：在负极板处 Pb2+与 SO42-结合，生成 PbSO4而沉附在负极板上。 如果外电路不中断，正、负极板上的 PbO2和 Pb 将不断地转化为 PbSO4。电解液 中的 H2SO4将不断的减小，而 H2O增多，电解液相对密度下降。理论上讲，放电 过程将进行到极板上的活性物质全部变为 PbSO4为止。但由于电解液不能渗透到 活性物质的最层中去，在使用中，所谓放电完了的蓄电池，也只有 2030的 活性物质变成了 PbSO4。故采用薄型板，增加多孔率，有促于提高活性物质的利 用率。2充电过程充电时，

11、蓄电池接直流电源， 因直流电源端电压高于蓄电池电动势， 故电流从正 极流入，负极流出。这时，正、负极板发生的反应与放电过程相反，如 正极板处有少量 PbSO4溶于电解液变成 Pb2+和 SO42-，Pb2+在电源力作用下失去 两个电子变成 Pb4+，它又和电解液中 OH结合，生成 Pb（OH） 4， Pb（OH）4 又分解成 PbO2和 H2O， PbO2沉附在正极板上，而 SO42-与电解液中的 H+结合成 H2SO4，负极板上有少量 PbSO4溶入电解液中， 变成 Pb2+和 SO42-，Pb2+在电源作用下获 得两个电子变成 Pb，沉附在附报板上， SO42-则和电解液中 H+结合变成

12、H2SO，4 。 可见充电过程中消耗了水，生成了硫酸，故充电时电解液的相对密度是上升的， 而放电时电解液相对密度是下降的。五、蓄电池的工作特性 蓄电池的工作特性主要包括静止电动势、阻、充放电特性和容量等。1静止电动势和阻 在静止状态下（是指不充电不放电的情况），蓄电池正、负极板的电位差（即开 路电压）称为蓄电池的静止电动势 E0，其大小取决于电解液的相对密度和温度。 在相对密度为 1.0501.300 围，单格电池的静止电动势 E0 可用如下经验公式来 近似计算：E0 =0.84 15 式中， 15为电解液在 15时的相对密度。 实测所得电解液相对密度应按下式换算成 15时的相对密度： 15

13、= t （t 15） 式中，t 实际测得的相对密度； t 实际测得的温度； 相对密度温度系数， =0.00075，即电解液温度升高 1，相对密度下降 0.00075 。 蓄电池电解液的相对密度在充电时增高， 放电时下降， 一般在 1.121.38 之间波 动，因此蓄电池的静止电动势也相应的变化在 1.972.15V 之间。 蓄电池的阻包括极板、 隔板、电解液、 铅质联条等的阻。 充电后，极板电阻变小； 放电后，由于生成的 PbSO4增多，极板电阻增大。隔板电阻因所用材料而异，木 质隔板电阻比其他隔板电阻大。 电解液的电阻随相对密度、温度而变化，电阻随温度的降低而增大，另外，当相 对密度为 1.

14、2 （15），因电解液离解最好，电阻最小。总之，蓄电池的阻比较 小，能获得较大的输出电流，适合起动的需要。2充电特性 蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压 UC、电动势 E 和电 解液相对密度 15随时间变化的规律。Ic. 充电电流Uc.充电端电压E. 电动势E0.静止电动势 R0.阻 t. 充电时间 E.电位差15. 电解液在 15时的相对密度在充电过程中，电解液相对密度 r15 ，静止动电势 E0与充电时间成直线关系 增长。端电压 Uc 也不断上升，并总大于电动势 E0。 充电开始阶段，电动势和端电压迅速上升，然后缓慢上升到 2.32.4V ，开始产 生气泡，接着电压急剧上

15、升到 2.7V，但不再上升，电解液呈现“沸腾”状态， 这就是充电终了。 如果此时切断电流， 电压将迅速降低到静止电动势 E0 的数值。 端电压 Uc 如此变化的原因是：刚开始充电时，在极板孔隙表层中，首先形成硫 酸，使孔隙中电解液相对密度增大， Uc 和 E0 迅速上升，当继续充电至孔隙中产 生硫酸的速度和向外扩散速度达到平衡时， Uc和 E0随着整个容器电解液相对密 度缓慢上升。当端电压达到 2.32.4V 时，极板上可能参加变化的活性物质几乎 全部恢复为 PbO2和 Pb，若继续通电，便使电解液中水分解，产生 H2和 O2，以 气泡形式放出，形成“沸腾”现象。因为氢离子在极板与电子的结合不

16、是瞬时的 而是缓慢的，于是在靠近负极板处积存大量的正离子 H+，使溶液和极板产生附 加电位差（ 0.33V），因而端电压急剧升高到 2.7V 左右，此时应切断电路，停止 充电，否则不但不能增加蓄电池的电量，反而会损坏极板。 由此可知，蓄电池充电终了的特征是：（1）蓄电池产生大量气泡，形成“沸腾”现象；（2）电解液相对密度，端电压上升到最大值，且 23h 不再增加。 3放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压 Uf、电动势 E 和电 解液相对密度 r15 随时间而变化的规律。放电过程中， 电流恒定，单位时间所消耗的硫酸量是一定的， 所以电解液的相对 密度 r15 沿直线下降

17、，一般 r15 每下降 0.0.030 ，则蓄电池放电约为额定容 量的 25。因静止电动势 E0与 r15 成正比，所以 E0 也是沿直线下降。 放电过程中，因为蓄电池阻只上有压降，所以端电压 Uf 总是小于电动势 E，放 电刚开始时，端电压 Uf 从 2.1V 迅速下降，这是因为极板孔隙中硫酸迅速消耗， 相对密度降低的缘故。 当渗透到极板孔隙的硫酸和消耗的硫酸达到平衡时， 端电 压将随着整个容器电解液的相对密度降低而缓慢下降到 1.85V，接着迅速下降到 1.75V，此时应停止放电，若继续放电，端电压将急剧下降，损坏极板，这是因 为放电接近终了时， 极板的活性物质大部分已转变为 PbSO4而

18、积聚在孔隙中， 将 孔隙堵塞， 容器中电解液渗入极板层比较困难， 使极板孔隙中电解液相对密度迅 速下降，从而使端电压急剧下降。蓄电池放电终了的特征是：（1）电解液相对密度降低到最小许可值（约 1.11 ）；（2）单格电池的端电压降至放电终止电压值 1.75V。容许的放电终止电压与放电电流强度有关， 放电电流强度越大， 则放完电的时间越短，而容许的放电终止电压越低，见表1-2。表 1-2 放电电流与终止电压0.05 C20.1 C2 0.25C2放电电流（ A） 0 00C203 C20连续放电时间（ h） 20 1030.5 （ 30min）5min单格电池终止电压 （V）1.751.701.

19、651.551.5注：表中 C20为蓄电池的额定容量。4蓄电池的容量及影响因素（ 1） 蓄电池的容量 蓄电池的容量是指在放电容许的围蓄电池输出的电量， 它标志蓄电池对外供电的 能力。蓄电池的容量与放电电流大小、电解液的温度有关，因此，蓄电池的标称 容量是在一定的放电电流、 一定的终止电压和一定的电解液温度下确定的。 标称 容量有两种：额定容量和储备容量。1）额定容量 C20 根据国标 GB5008.1 91起动型蓄电池技术条件规定， 额定容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为 25，以 20h 的放电率放 电至单格电压降到 1.75V（12V蓄电池端电压下降至 10.50 0.05V）时所

20、输出的 电量。2）储备容量 Cm 根据国标 GB5008.19起动型蓄电池技术条件规定， Cm 是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为 25时，以 25A 电流连续放电到单 格电池电压降至 1.75V 所持续的时间，其单位为 min。蓄电池的储备容量说明当 汽车拖拉机充电系失效时， 蓄电池尚能持续提供 25A电流的能力。 表示蓄电池在 发动机起动时的供电能力，一般有常温起动容量和低温起动容量两种。（ 2） 蓄电池容量的影响因素影响蓄电池容量的因素主要有： 放电电流、 电解液温度、 电解液相对密度和极板 构造等。1）放电电流放电电流越大， 则极板表面活性物质的孔隙很快被生成的 PbSO4所堵塞，

21、使极板 层的活性物质不能参加化学反应，故蓄电池容量减小。2）电解液的温度 温度降低，则容量减小，这是因为温度降低后，电解液的粘度增加，渗入极板部 困难，同时阻增大， 蓄电池端电压下降所致。 蓄电池电解液温度对蓄电池容量的 影响如图 1-9b 所示。3）电解液的相对密度适当增加电解液的相对密度， 可以提高蓄电池的电动势和容量， 但相对密度过大 又将导致粘度加和阻增大， 反而使容量减小。 蓄电池电解液相对密度对蓄电池容 量的影响如图 1-9c 所示。4）极板的构造 极板有效面积越大，片数越多，极板越薄，蓄电池的容量也越大。四、蓄电池的充电1充电种类（1）初充电对新电池或修复后的蓄电池的首次充电，

22、叫初充电。初充电的特点是充电电流小， 充电时间较长。 首先按厂家的规定， 加注一定相对密度的电解液， 电解液加入蓄 电池之前，温度不能超过 30。注入电解液后，静置 36h。此时，若液面因电 解液的渗入而降低，应补充到高出极板上缘 15mm，然后按表 1-3 蓄电池充电规 中初充电电流大小进行充电。 初充充电常分为二个阶段， 第一阶段充电至电解液 中放气泡，单格电池为 2.4V 为止；第二阶段将电流减半，继续充到电解液中剧 烈放出气泡（沸腾），电解液相对密度和电压连续 3h 稳定不变为止。全部充电 时间为 6070h。充电过程中应经常测量电解液温度，当上升到 40时应将充电电流减半，若继 续上

23、升到 45，则应停止充电，待冷却到 35以下再充电。充电临近完毕时， 应测量电解液相对密度， 如不符合规， 应用相对密度为 1.4 的电解液或蒸馏水进 行调整，然后再充电 2h，直至相对密度符合规为止。（ 2）补充充电蓄电池在使用中， 常有充电不足的现象， 应根据需要及时进行补充充电， 一般每 月一次。如发现下列现象，必须随时进行充电：1）电解液相对密度下降到 1.150 以下。2）冬季放电超过 25，夏季超过 50。3）起动无力，灯光暗淡，单格电池电压降至 1.7V 以下。补充充电电流值见表 13，常分两阶段进行，方法和初充电相同， 一般为 1316h。（3）预防硫化过充电为预防蓄电池因充电

24、不足而造成的硫化，每隔 3 个月进行一次预防硫化过充电， 即用平时补充充电的电流值将电流充足，中断 1h，再用 1/2 的补充充电电流值 进行充电至沸腾为止。反复几次，直到刚接入充电，蓄电池立即“沸腾”为止。（4）锻炼循环充电蓄电池在使用中常处于部分放电状态， 参加化学反应的活性物质有限。 为了迫使 相当于额定容量的活性物质参加工作， 以避免活性物质长期不工作而收缩， 可每 隔三个月进行一次锻炼循环充电， 即在正常充电后， 用 20h 的放电率放完电， 再 正常充足后送出使用。2充电方法 蓄电池的充电方法有定电流充电、定电压充电、快速脉冲充电。（1）定电流充电在充电过程中， 充电电流保持一定的

25、充电方法称为定流充电。 在充电过程中随着 蓄电池电动势的提高， 要保持电流恒定， 充电电压也须相应提高。 当单格电池电 压上升到 2.4V 时，应将电流减半，直到蓄电池完全充足。采用这种方法充电，不论 6V或 12V蓄电池均可串联在一起，但各个电池的容量 应尽可能接近， 否则充电电流的大小应按容量小的蓄电池来计算， 待小容量电池 充满后， 应随时拿出， 再继续给大容量的蓄电池充电。 定电流充电有较大的适应 性，可任意选择充电电流，适用初充电和去硫化充电，其缺点是充电时间长，且 须不断地调整充电电压。（2）定电压充电 在充电过程中， 将充电电压保持恒定的方法称为定电压充电， 这种方法在充电过 程

26、中，蓄电池电动势 E，随着电动势的提高充电电流会逐渐减小，如果充电电压 调节得当，就必然会出现充满电的情况， 即充电电流为零时， 这就表示充电终了。 采用定电压充电，要选择好充电电压，若电压过高，充电电流大，导致过充电， 从而影响蓄电池的使用寿命， 若电压过低， 则会使蓄电池充电不足， 一般每单格 电池约需 2.5V。定电压充电，充电电流较大，开始充电后 45h 蓄电池就可获得本身容量 90 95，因而可大大缩短充电时间，比较适合于补充充电。定电压充电中，各蓄 电池必须并联，且各蓄电池的额定电压要相同。（3）脉冲快速充电 上述的充电方法统称“常规充电”，要完成一次初充电需6070h，补充充电也

27、需 20h，由于充电时间较长，给使用带来了不便。但是单纯地加大充电电流来缩 短充电时间是行不通的。 因为这样不仅使充电时蓄电池达不到额定容量， 反而会 使蓄电池温升快，产生大量气泡，造成活性物质脱落而影响使用寿命。近年来， 我国的快速充电技术发展较快， 并成功地研制了可控硅快速充电机， 使新蓄电池 初充电一般不超过 5h，补充充电也只需 0.51.5h ，大大缩短了充电时间，提高 了效率。五、其他类型蓄电池 普通的铅酸蓄电池也称之为干封蓄电池， 此种蓄电池启用时需加电解液再经初充 电后才能使用。通过结构、工艺和材料等方面的改进，使蓄电池使用性能、维护 性能等均有所提高。因此，产生了多种新型蓄电

28、池。1干荷电铅蓄电池 干式荷电蓄电池，与普通干封式电池的区别是极板组在干燥状态下能够长期保存 在制造过程中所得到的电荷，在规定的保存期（两年）如需使用，只要灌入符合 规定相对密度的电解液，搁置 30min，调整液面高度至规值，不需要充电，即可 使用。因此，它使用方便，是应急的理想电源，已成为近年来发展的方向。 干荷电铅蓄电池之所以具有干荷电性能， 主要在于负极板的制造工艺与普通蓄电 池不同。正极板的活性物质 PbO2化学活性比较稳定，其荷电性能可以较长 期的保持。而负极板上的活性物质铅（ Pb），由于表面积大，化学活性高，容易 氧化，所以在负极板的铅膏中加入松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂；并且在

29、化成 过程中有一次深放电循环， 使活性物质达到深化。 化成后的负极板， 先用清水冲 洗后，再放入防氧化剂溶液（硼酸、水扬酸混合液）中进行浸渍处理，让负极板 表面生成一层保护膜，并采用特殊干燥工艺（干燥罐中充入惰性气体），这样即 可制成干荷电极板。对贮存期超过的干荷电铅蓄电池，因极板部分氧化，使用前应进行补充充电。 2湿荷电蓄电池存放期极板呈湿润状态而保持其荷电性的蓄电池称之为湿荷电蓄电池。 湿荷电蓄 电池较之干荷电蓄电池其工艺过程稍有些不同，存放保持荷电的时间也要短一 些。湿荷电蓄电池在存放期（约 6 个月），加注标准密度的电解液至规定的高度 即可使用，首次放电量可达到额定容量的 80。存放期在一年左右的湿荷电蓄 电池加注电解液后立即放电，可放出额定容量的 50。湿荷电蓄电池使用前对 其进行补充充电， 就可以达到额定的容量。 湿荷电蓄电池适宜于无需长期存放的 场合。3胶体电解质铅蓄电池 在胶体电解质蓄电池中，电解质用经过净化的硅酸钠溶液和硫酸水溶液混合后， 凝结成稠厚的胶状物质，故