1-2-蓄电池的工作原理及特性

1、1-2 蓄电池的工作原理及特性一、蓄电池的结构与工作原理 工作原理 蓄电池的工作原理就是化学能与电能的相互转化。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程当蓄电池与外界直流电源相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程 蓄电池基本工作原理3一、蓄电池的工作原理和特性蓄电池流放电的化学反应当铅蓄电池接通外电路负载放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸变成了水。充电时，正极板上的PbSO4分别恢复成原来的PbO2和Pb，电解液中的水变成了硫酸。1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、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势，

2、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 PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O 放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb，都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4），沉附在正、负极板上。电解液中H2SO4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PbSO4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的活性物质利用率只有2030。因此，采用薄型极板，增

3、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。 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）1.751.701.651.551.502、铅蓄电池的充电 充电时，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

4、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。 2PbSO4+2H2OPbO2+2H2SO4+Pb 充电时，正、负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4增多，密度上升。 当充电接近终了时，PbSO4已基本还原成PbO2和Pb，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值，且在23h内保持不变。 结论 蓄电池充放电

5、过程中的化学反应方程式为： 具有可逆性。 充浓放稀。 83蓄电池的充放电特性（1）蓄电池的电化学反应虽然是可逆的，但它并不是永久性电源。实际上，它受制造和使用等因素影响，一般使用寿命为2年。（2）蓄电池在放电时，电解液中的硫酸逐渐减少而水增多，电解液密度下降；充电时恰恰相反，电解液的密度升高。故可通过测量电解液密度的方法来判断蓄电池充放电的程度。（3）蓄电池放电终了时，实际极板上只有20%30%的活性物质转变为硫酸铅，极板上尚有70%80%的活性物质没有起作用。所以要减轻铅蓄电池的质量，提高其供电能力，应设法提高活性物质的利用率。在结构上则应提高极板的多孔性，减小极板的厚度。二、 蓄电池的容量

6、及其影响因素 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GB5008.191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（即0.05C20安培）连续放电至单池平均电压降到1.75V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： 3-Q-90型蓄电池以4.5A（0.05C200.05904.5A）的电流连续放电至单池平均电压降到1.75V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。2储备容量 据国标G

7、B5008.191规定，蓄电池在252的条件下，以25A恒流放电至单池平均电压降到1.75V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。持续时间应在1.5min以上。 （2）常温起动容量：电解液在30时，以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下

8、降至1.5V时所放出的电量。持续时间应在5min以上。 影响蓄电池容量的因素 1结构因素 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）电解液温度较低，蓄电池输出容量较低。冬季应该注重蓄电池的保温工作。（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。影响蓄电池容量的因素（1）放电电流 放电电流越大，

9、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，PbSO4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5s，且连续两次起动之间的时间间隔不应少于15s。 内容总结1-2 蓄电池的工作原理及特性。蓄电池的工作原理就是化学能与电能的相互转化。（1）单格电池电压降到放电终止电压。C20蓄电池的额定容量。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。2PbSO4+2H2OPbO2+2H2SO4+Pb。（2）电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在23h内保持不变。（1）蓄电池的电化学反应虽然是可逆的，但它并不是永久性电源。故可通过测量电解液密度的方法来判断蓄电池充放电的程度。二、 蓄电池的容量及其影响因素。蓄电池容量C