3蓄电池的工作原理与特性

1、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，

2、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+25（V）式中：Es静止电动势(V) 0.84温度换算系数 25- 25时的电解液密度(g/cm3)3之间，因此ES=1.972.15（V）2)当温度不为25时，密度修正为： 25=+(t-25)式中： 实测密度(g/cm3) 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

3、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6Q75型铅酸蓄电池在温度为+40时的内阻

4、为0.01，而在20时内阻为0.019，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1.20gcm3（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

5、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1 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

6、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15=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。电解液密度15=1.11g/cm3。放电电流/A0.05C200.1C200.25C201C203C20连续放电时间20h10h3h30min5min单格电池终止电压/V1.751.701.651.551

7、.50）图2-23所示为6QA60型干荷电蓄电池以3A电流放电时的特性曲线图。放电终了的特征： 单格电池电压下降到放电终止电压（以20h放电率放电时终止电压为1.75）。 电解液密度下降到最小允许值1.101.12gcm3。4.充电特性铅酸蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随充电时间而变化的规律。图2-24所示为6QA60型干荷电蓄电池以3A电流充电时的特性曲线图。（(1)概念：在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。注意：充电电源必须采用直流电源，以一定的电流强度向一只完全放电的蓄电地进行充电。单格电池电压变化规律：1）充电开始阶段：端电压迅速上升到2.1V。说明：开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端电压迅速上升。2）稳定上升阶段：端电压缓慢上升至2.4V左右，并开始产生气泡。说明：孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。3）充电末期：电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电。过充电电流主要用于电解水，应避免长时间过充电。切断电源后，单格电压迅速降至2.11V。4)蓄电池充足电的标志端电压上升到最大值2.7V，并在2h-3h内不再增加。电解液相对密