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发表于 2009-3-18 17:27:34
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来自： 中国广东汕头
所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。构成铅蓄电池之主要成份如下：
+ i5 t' p0 K- [5 s$ {3 v9 R: W5 s阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质
% e A. Y* k' |: T% C8 G阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
1 H0 H# o M& L) Y电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
8 i1 T2 b% U+ [) V) y电池外壳 . W R( G9 v3 L$ L! y* v# ?& _# M* T: k9 O
隔离板 # R/ |, s, \/ q
其它(液口栓.盖子等) ; m9 d$ }; e' V$ A% q0 Y
一、铅蓄电池之原理与动作
+ d# u3 `! R1 m& G3 f. X `& C铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中，两极间会产生2V的电力，这是根据铅蓄电池原理，经由充放电，则阴阳极及电解液即会发生如下的变化： ' N1 ?2 G7 y' a; J0 T% s" r
(阳极) (电解液) (阴极)
& y# @' ?& }' E: j3 Y: vPbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)
, s; k: A" h# u2 W(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)
: w$ ^9 W% j, l E" L2 x(阳极) (电解液) (阴极) , h l# C/ q) c' T5 D
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) $ Q" } D! U1 A& r( `0 ~7 F8 x
(硫酸铅) (水) (硫酸铅) & O3 X- H. `7 b: W) X6 r7 ~; K# `0 U
1. 放电中的化学变化
' A4 J# j9 E) Q& G$ K8 T `# a蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出，放电愈久，硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测其比重，即可得知放电量或残余电量。
6 r' ^" y: R' y5 d B: x, C* A2. 充电中的化学变化 ( l$ t. m0 E: D" s5 x
由于放电时在阳极板，阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升，并逐渐回复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束，而阴极板就产生氢，阳极板则产生氧，充电到最后阶段时，电流几乎都用在水的电解，因而电解液会减少，此时应以纯水补充之。
2 \& z: [1 S4 F5 k. K4 N二、电动车用蓄电池的构造
7 @ A5 b0 H' B/ K电动车用蓄电池,必须具备以下条件:
/ L; g2 P& q4 m& d* Y◎ 高性能
5 [6 k) P( z# G2 G◎ 耐震.耐冲击
) b7 E6 W0 D1 z5 Z6 R3 v◎ 寿命长
9 b, W9 P+ Z7 T+ r" C/ k, Q5 ]◎ 保养容易
: s5 m9 J/ g0 J0 \由于玻璃纤维管式铅蓄电池是累积多次实验结果而制成，故具有多项优点。
$ ^* [' w* v- n! k& b; \; \1.极板 S- I/ l, G+ M {. s
根据蓄电池容量选择适当规格极板及数量组合而成。于充放电时,两极活性物质随着体积的变化而反复膨胀与收缩。两极活性物质中，阴极板之海绵状铅的结合力较强，而阳极板之过氧化铅的结合力弱，因而在充放电之际，会徐徐脱落，此即为铅蓄电池寿命受到限制的原因。期使蓄电池使用期限延长，能耐震并耐冲击，则阳极板的改良即成当急要务。
; H) M$ C1 v5 }; u9 O3 i$ t! g' t- [* u8 O
玻璃纤维管式的阳极板: 此乃以玻璃纤维制的软管接在铅合金制的栉状格子(蕊金)上，在软管和蕊金间充填铅粉之后，将软管密封，使其发生变化，产生活性化物质，由于活性化物质不会脱落，与电解液接触亦良好,是一种非常好的极板材料。使用具有这种极板的蓄电池是电动车唯一的选择。编织式软管乃以9microm(μ)的玻璃纤维编成管袋状，弹性好，可耐膨胀或收缩，而且对电解液的渗透度也非常良好，此软管乃是最佳产品，长久以来，实用绩效良好。
7 j9 i; h: m/ b" Z* X糊状式极板: 就是将稀硫酸炼制之糊状铅粉涂覆在铅合金制的格子上，俟其 干燥后所形成之活性物质。这种方式一直被采用在铅蓄电池的阴极板上，同时亦使用在汽车，小货车的蓄电池阳极板上。 % n+ ?; u- z" U1 w
2.隔离板
8 }$ O- V, H- ~/ q ?能防止阴、阳极板间产生短路，但不会妨碍两极间离子的流通。而且经长时间使用，也不会劣化，或释放杂质。铅蓄电池一般都使用胶质隔离板。
' u# u) m2 ~) Y* E' [; K3.电池外壳 6 Y+ j# \# f0 v. T
耐酸性强，兼具机械性强度。电动车用的蓄电池外壳乃使用材质强韧之合成树脂经特殊处理制成，其机械性强度特别强，上盖亦使用相同材质，以热熔接着。
# ~& E7 _! V: z4.电解液 + u5 W; w$ d$ e0 ?) e' ~* l
电解液比重以20℃的值为标准，电动车用的蓄电池完全充电时之电解液标准比重为1.280。 ) M+ |& _9 w1 Q# e0 ?
5.液口栓 ' ] m; k- A' w
液口栓的功能为排出充电时所产生的气体及补充纯水，测定比重。
8 A/ i, h `; F0 \三、蓄电池的容量 ; ]5 R4 j) Y8 }. M) c
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：
! E( K% ^, m/ u# C6 t9 w( S◎ 电解液比值 1.280/20℃
, `$ W5 }$ ]. X5 T% \2 A◎ 放电电流 5小时的电流
1 e# ^3 E& W+ b' k7 A, v◎ 放电终止电压 1.70V/Cell " X9 g2 E9 L8 [" o
◎ 放电中的电解液温度 30±2℃
/ H0 g' u# k% q9 f* r1.放电中电压下降 - x% ~2 [+ B5 A, W! j: h
放电中端子电压比放电前之无负载电压（开路电压）低，理由如下： ' ~/ c- w( i& v# `
(1)V=E-I.R
/ b2 b! S2 B: Q3 k8 V0 I- v1 J( KV：端子电压(V) I：放电电流(A) ' f' T; t2 H9 Y' u* o, J
E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω)
" W( [+ l/ b# Z, V8 X7 c) X(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。 6 m4 V+ [* d+ q4 A m' }$ g9 z2 p5 G6 X
(3)放电时，电池内部阻抗即随之增强，完全充电时若为1倍，则当完全放电时，即会增强2～3倍。 . j: r: W4 m6 b3 w* j/ r
用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低，乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大，因此放电流大，则上式的I.R亦变大。
( T. R/ E8 Z5 D% r7 A' i' }2.蓄电池之容量表示
) D F5 @; T$ y8 \, u在容量试验中，放电率与容量的关系如下：
( x' @- }0 r- ^, X5HR....1.7V/cell
' c9 `2 [' S! Q) X y! _1 Y3HR....1.65V/cell
; }) `, e" S y( a @$ u9 }1HR....1.55V/cell \/ n; w! L% Y
严禁到达上述电压时还继续继续放电，放电愈深，电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重，进而缩短蓄电池寿命。
2 {/ w$ e" \% A( o! c因此，堆高机无负重扬升时的电池电压若已达1.75v/cell(24cell的42v,12cell的21v)，则应停止使用，马上充电。 : g( N8 q, r" v; k$ _, V( o
3.蓄电池温度与容量
' u N1 Y0 a- @9 k当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。 * Z! v# b6 `$ |5 Y& k
(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。
/ q9 w5 b7 `7 Z- E& a(B)电解液之阻抗增加，电瓶电压下降,蓄电池的5HR容量会随蓄电池温度下降而减少。
( s4 U2 G$ `/ V8 |$ _因此: 2 B5 {1 z C+ U
(1)冬季比夏季的使用时间短。
* L" P6 h" U L, d(2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大，而使一天的实际使用时间显著减短。
+ b3 t% n( Z, L8 E3 y* |* _* R! v若欲延长使用时间，则在冬季或是进入冷冻库前，应先提高其温度。
8 e" Q4 k6 H# O' g1 V) Y/ S4.放电量与寿命
" H- G5 w1 ^+ Q每日反复充放电以供使用时，则电池寿命将会因放电量的深浅，而受到影响。
( V" u6 F! ]: k5 l* L0 [( F3 o% S4 G5.放电量与比重
; u- J7 G8 I- _4 @9 a/ d5 m蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的比重及10%放电时的比重，即可推算出蓄电池的放电量。
- s! m, _4 |# ~5 `# `2 i测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此，定期性的测定使用后的比重，以避免过度放电，测比重的同时，亦侧电解液的温度，以20度C所换算出的比重，切勿使其降到80%放电量的数值以下。
; v z: j. g* J/ v9 w6.放电状态与内部阻抗
! V3 N2 N, z% b7 j& v/ D- y8 @内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗最大，主因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体—硫酸铅及电解液比重的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则硫酸铅形成安定的白色结晶后(此即文献上所说的硫化现象),即使充电,极板的活性物资亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。
, G, o4 c; j: O" X. E★白色硫酸铅化
. @! d4 @ ~# y* O, H蓄电池放电，则阴、阳极板同时产生硫酸铅(PbS04)，若任其持续放电，不予充电，则最后会形成安定的白色硫酸铅结晶(即使再充电，亦难再恢复原来的活性物质)此状态称为白色硫化现象。
) f0 l3 {' O8 }% Y# q% p; c7.放电中的温度 2 X' K9 A; |+ S! k6 j3 l+ C) u
当电池过度放电，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电终了时的温度控制在40℃以下为最理想。
. W5 @& i5 ~6 z4 k! R四、充电的管理
7 u% d& `# |2 @6 ?, H( X8 o; K% u1.蓄电池的充电特性
! ], ~- C& R& e/ u; b4 ~蓄电池充电的端子电压如下式表示 & |8 O1 l% W( o* w
V= E+I.R，在此
" i! v9 W0 g% N/ t6 ]E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
3 \% Q0 C& v7 ]2.蓄电池温度与寿命 * Y$ k1 ?# r* G! _$ G
蓄电池温度（电解液温度）升高，则阴阳极板上的活性物质即会劣化，并腐蚀阳极格子，而缩短电池寿命，相对的，电池温度太低时，会使电池蓄电容量减少，容易过度放电，进而使电池寿命缩短。此种关系也会因电池型式，极板材质而有变化。故应遵守下列之使用条件：
0 L; Y' R4 X0 X6 _' U' c' n) V通常蓄电池之电解液温度应维持在15~55℃为理想使用状态，不得已的情况下,也不可超过放电时-15~55℃,充电时0~60℃的范围。实际使用时，由于充电时温度会上升，因此，放电终了时之电解液温度以维持在40℃以下为最理想。
; G9 Y9 H8 T- \/ I" y3.充电量与寿命
. F/ ]) z* N0 E6 L2 p蓄电池所须之充电量为放电量的110~120%.放电量与蓄电池寿命具密切关系,假设充电量为放电量120%时的电池，使用寿命为1200回（4年），则当电池的充电量达放电量之150%时，则可推算该电池的寿命为： + n- `5 U% {( g1 C' _
1200回×120/150=960回(3．2年)
1 q. `9 a: a) ?9 R" w. L又，此150%的充电,迫使水被分解产生气体，电解液遽减，将使充电终点的温度上升,结果温度上升造成耐用年限缩短。此外，充电不足即又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。 7 A A3 i+ L5 \3 P3 R* C5 P; c
◎ 堆高机举重时，若电池温度保持在10~40℃之间，其充电量亦维持在110~120%者，最能延长电池寿命，此时充电完成之比重，其20℃换算值约为1．28。 3 N+ d0 k8 A5 Y! I$ y" ]7 S$ k
4.气体的产生与通风换气
4 F( i7 X, |, L( P& k充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，若空气中氢气达3.8%以上，且又近火源，则会发生爆炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。
* E. Z& D5 X5 q7 c五、电解液之管理 ' c" ]/ F' t) t( _; ~' ]
1.比重测定
$ M- o% e' q1 ?8 j+ E2 R8 A测量比重时，须使用吸取式比重计将电解液缓缓吸入外筒，从浮标之刻度即可测知比重。
$ V7 x) e* F, E! J) X6 \, |铅蓄电池之电解液比重会随温度改变而变化，电解液比重乃以摄氏20度时的比重为标准，因此比重计上的读数，必须换算为摄氏20度时之标准比重。当温度变化摄氏一度时，则比重即变化0.0007，因此，在测量比重的同时，必须测量温度，测温时，请使用棒状酒精温度计。
% f1 d; d) N; X* {2 Y( G$ n, g4 j% T该温度t℃时所测之比重为St，则以下式换算标准温度20℃时之比重S20，
8 L' _ z, E: T( t- \& A. GS20=St+0.0007(t-20)
5 w! [. q+ _' f- \S20...为换算成20℃时的比重
" |- ]1 f' W1 @3 Z9 oSt....为t℃时所测之比重
& ?" Q P; l# ]) y2 At.....为测得电解液之实际摄氏温度 . K8 X" m, S) d- s( q. j
例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。 # u' ]8 G3 d- z& k
2.纯水之补充 8 J& D$ A: i! ]& _# g7 [; y
重复放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视电解液液位，随时补充纯水，以维持适当之液位，若因忽略补水，而露出极板，则会伤害极板。蓄电池用纯水的标准按日本蓄电池工业会SBA4001的规定如下： 1 R5 @0 z* ` J; B2 y# c
项目
8 c4 i% I7 o. z单位 / Q$ S# ?0 x: z7 F& @. ?
规格 & ^. D; d d) y9 z
& o }' h! e! o2 f# @1 E1 K' X" h
浊度 / C4 R8 _, m9 Y! `3 e- o
－
! ?; ~: v4 f5 \: Q2 { M7 _0 I无色透明
5 W* w' c3 v) W) m- W/ i/ R+ Z6 E8 e% n
液性
% c" y/ [: S! K4 D- M# B－ 5 N) T k2 t9 k/ M% j6 N6 M+ z. k9 E
中性
" @" }0 P9 R5 x2 Z" B, t
( p* [. L8 u7 q1 Y% {+ U% i导电度 μυ/cm 10以下 氯(C1) % 0.0001以下 铁(Fe) % 0.0001以下 硫酸根(SO4) % 0.0001以下 强热残分 % 0.001以下
) C" s% o h+ H7 K5 }) Q* n其它 % 0.005以下
% ~; ~. ]# P& T1 B3.电解液中的不纯物与电池寿命 7 I+ @% G6 F( F' z' |" @- w
电解液中若含有硝酸、盐酸、亚硫酸、盐素、有机物等，则会腐蚀极板，加速缩短电池寿命，同时也会加速自我放电，此外，铜、镍、铁、锰亦会伤害电池导致自我放电量增加。 ; {7 L0 [, G/ I% ^6 _
蓄电池补充液位时，一定要使用纯水，用水冲洗电瓶时，一定要将电池帽盖紧以避免冲洗用水流入电瓶内。
0 y( v. D; ?% a7 _4.补水过多所造成的弊端
) w. k$ o6 f% [补水时若超过最高液面（参照第4-1）则充电时就会发生满溢，而使稀硫酸成份流失，腐蚀电瓶箱,电解液比重偏低造成蓄电容量不足等。
" @8 Z \- K7 u8 K, F, Q六、其它 9 I: c2 ]& J6 C* b7 o* @
1.自我放电 + `/ }3 x$ i; A( Y. u
蓄电池当其内部发生纯化学反应，或因不纯物污染造成电化学反应，或长久不用皆会耗电，此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造温度、比重、不纯物，使用过等而有所不同，一般在一天内会放掉0.5~1%，蓄电池在使用前的保存期间就会自我放电，消耗蓄电量。
' H$ b" ^/ c; x) [; C/ x当蓄电池处于长期持续放电状态时，则一旦形成白色硫酸铅化，则即使再充电，也无法恢复其容量。库存期间务必每1个月就充电一次。 - Q6 q9 I7 W: [; j7 s2 z, q
, N- g& F! ]$ d# ~* p: i& {2.电瓶寿命终期的判定
" T& B. p0 Y& E; c蓄电池到寿命终期，其容量就会减少，至于其容量在数字上退减的程度为何？则可依容量试验测定之。
! j/ C4 @6 H5 N$ j+ ]放电前必须确定电池的比重与电压已达最高值，然后再持续充电1小时，才能完全充电。
& O( A- e7 f& T充电终期是将比重调整到1.28±0.01(20℃)液面亦维持在规定液面的标准。 4 B7 {; |( m- G! p. W' N- c
放电开始时期：充电完全放置1小时后。
' M* N; z; f* B% A放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A)
9 h) T$ g- g5 r V+ G' H* a放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V)
, U: f1 G+ K- h; p0 A- o5 e容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间
$ F, q- k' K& K. |; M4 ]5 Q0 E% P2 r) P; t& w9 S' c- J/ i
[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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