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，依据电解液不同，有酸性和碱性之分。由于铅酸蓄电池内阻小，电压稳定，在短时间内能供应较大的起动电流，而且结构简洁，价格较低，所以在汽车拖拉机上被广泛接受。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，蓄电池必需在短时间内（510s）给起动机供应强大的起动电流（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，同时向沟通发电机供应他激励磁电流。（3）当用电设备同时接入较多，发电机超

2、载时，蓄电池帮忙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，沟通发电机向整个系统供应电流。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，可吸取发电机的瞬时过电压，爱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。蓄电池的充电过程是依靠极板上

3、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。但锑有肯定的副作用，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，国外大多接受厚度为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。在每单格电池中，负极板的数量总比正极板多

4、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全都，造成极板弯曲。2隔板为了削减蓄电池的内阻和体积，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。现在国内已开头生产聚丙稀塑料外壳。这种壳体不但耐酸、耐热、耐震，而且强度高，壳体

5、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，透亮。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，若接受袋式隔板，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，它由纯洁的硫酸与蒸馏水按肯定的比例配制而成。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，这是一种传统的连接方式，不仅铺张铅材料，而且内阻较大，故这种连接方式正在渐渐被淘汰。其次种是接受穿壁式连接方

6、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，便于排出蓄电池内的H2和O2，以免发生事故，如在孔盖上安装氧过滤器，还可以避开水蒸汽的溢出，削减水的消耗。     三、蓄电池的型号蓄电池的型号按我国机械工业部JB259985起动用蓄电池标准规定，其型号编制和含义由5个部分组成：          

7、60;1                2           3                   4   

8、;      51表示串联单格数，用阿拉伯数字表示。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分时接受，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。假如产品同时具有两种特征，原则上按表1-1的挨次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Ah。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

9、表示塑料外壳；D表示低温起动性能好。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6QA100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

10、内的导电是靠正、负离子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再分别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

11、电解液中的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。假如外电路不中断，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内层中去，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。故接受薄型板，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，蓄电池接直流电源，因直

12、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H2SO4，。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

13、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、内阻、充放电特性和容量等。1静止电动势和内阻在静止状态下（是指不充电不放电的状况），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范围内，单格电池的静止电动势E0可用如下阅历公式来近似计算：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 = t（t15）式中，t实际测得的相对密度；t实际测得的温度；相对密度

14、温度系数，=0.00075，即电解液温度上升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。蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、铅质联条等的内阻。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1.2（15），因电解液离解最好，电阻最小。总之，蓄电池的内阻比较小，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

15、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.内阻  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。充电开头阶段，电动势和端电压快速上升，然后缓慢上升到2.32.4V，开头产生气泡，接着电压急剧上升到2

16、.7V，但不再上升，电解液呈现“沸腾”状态，这就是充电终了。假如此时切断电流，电压将快速降低到静止电动势E0的数值。端电压Uc如此变化的缘由是：刚开头充电时，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快速上升，当连续充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外集中速度达到平衡时，Uc和E0随着整个容器内电解液相对密度缓慢上升。当端电压达到2.32.4V时，极板上可能参与变化的活性物质几乎全部恢复为PbO2和Pb，若连续通电，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。由于氢离子在极板与电子的结合不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

17、+，使溶液和极板产生附加电位差（0.33V），因而端电压急剧上升到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）蓄电池内产生大量气泡，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内不再增加。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，单位时间内所消耗的硫酸量是肯定的，所以电解液的相对密度r15沿直线下降，一般r15每下降0.0280.030，则蓄电池放电约为额定容量的25。因静止电动势E0与r15

18、成正比，所以E0也是沿直线下降。放电过程中，由于蓄电池内阻只上有压降，所以端电压Uf总是小于电动势E，放电刚开头时，端电压Uf从2.1V快速下降，这是由于极板孔隙中硫酸快速消耗，相对密度降低的原因。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，接着快速下降到1.75V，此时应停止放电，若连续放电，端电压将急剧下降，损坏极板，这是由于放电接近终了时，极板的活性物质大部分已转变为PbSO4而积聚在孔隙中，将孔隙堵塞，容器中电解液渗入极板内层比较困难，使极板孔隙中电解液相对密度快速下降，从而使端电压急剧下降。蓄电池放电终了的特征是：(1

19、)      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放电电流（A）0.05 C200.1 C200.25 C20C203 C20连续放电时间（h）201030.5（30min）5min单格电池终止电压（V

20、）1.751.701.651.551.5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范围内蓄电池输出的电量，它标志蓄电池对外供电的力量。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肯定的放电电流、肯定的终止电压和肯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  依据国标GB5008.191起动型蓄电池技术条件规定，额定容量是指完全充分电的蓄电池，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

21、降至10.50±0.05V）时所输出的电量。2）储备容量Cm  依据国标GB5008.19起动型蓄电池技术条件规定，Cm是指完全充分电的蓄电池，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，蓄电池尚能持续供应25A电流的力量。表示蓄电池在发动机起动时的供电力量，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

22、被生成的PbSO4所堵塞，使极板内层的活性物质不能参与化学反应，故蓄电池容量减小。2）电解液的温度温度降低，则容量减小，这是由于温度降低后，电解液的粘度增加，渗入极板内部困难，同时内阻增大，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内阻增大，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

23、首次充电，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，加注肯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蓄电池充电规范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；其次阶段将电流减半，连续充到电解液中猛烈放出气泡（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，若连续上升到45，则应停止充电，待冷却到35

24、以下再充电。充电接近完毕时，应测量电解液相对密度，如不符合规范，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范为止。（2）补充充电蓄电池在使用中，常有充电不足的现象，应依据需要准时进行补充充电，一般每月一次。如发觉下列现象，必需随时进行充电：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，即用平常补充充电的电流值将

25、电流充分，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，蓄电池马上“沸腾”为止。（4）熬炼循环充电蓄电池在使用中常处于部分放电状态，参与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与工作，以避开活性物质长期不工作而收缩，可每隔三个月进行一次熬炼循环充电，即在正常充电后，用20h的放电率放完电，再正常充分后送出访用。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，充电电流保持肯定的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.

26、4V时，应将电流减半，直到蓄电池完全充分。接受这种方法充电，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，待小容量电池布满后，应随时拿出，再连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中，蓄电池电动势E，随着电动势的提高充电电流会渐渐减小，假如充电电压调整得当，就必定会消灭布满电的状况，即充电电流为零时，这就表示充电终了。接受定电压充电，要选择好充

27、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，开头充电后45h内蓄电池就可获得本身容量9095，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，各蓄电池必需并联，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。由于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

28、寿命。近年来，我国的快速充电技术进展较快，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、其他类型蓄电池一般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池。1干荷电铅蓄电池干式荷电蓄电池，与一般干封式电池的区分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，在规定的保存期内（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，调整液面高度至规范值

29、，不需要充电，即可使用。因此，它使用便利，是应急的抱负电源，已成为近年来进展的方向。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一般蓄电池不同。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，简洁氧化，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爱护膜，并接受特殊干燥工艺（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潮湿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）内，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马上放电，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，分散成稠厚