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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：
1 Z! H1 ~( {" \" z0 z阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质
. o) q, [" C: k* X+ N阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
3 U+ F, C: U( c电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
0 x8 w. n; T4 _7 |6 b! h9 ?电池外壳 ( P' y9 S/ A" ]1 J
隔离板 - J! m/ E+ ^# A: O* K
其它(液口栓.盖子等) 6 a6 z1 @5 s8 C7 f4 E
一、铅蓄电池之原理与动作 + G2 g0 b8 A8 h
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：
, }0 N- t4 O# Q9 O4 B) u(阳极) (电解液) (阴极)
$ q+ u; X0 f2 Q _! p, t6 i- OPbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) 8 C8 d3 D0 s& @, G- L
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) 4 |; ~) v6 V, s& A) m$ w
(阳极) (电解液) (阴极)
3 Q/ w4 G% Z& F0 ePbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)
: x% d" A# ?! T6 y9 }$ A(硫酸铅) (水) (硫酸铅) 9 f# a) m z0 \* H0 M
1. 放电中的化学变化
7 R: M# i% @* V$ X/ z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。
# w- l, g: I% T; K [# t- t- U A2. 充电中的化学变化 * g+ ?' B7 Z/ ~* d9 ]6 r; J R
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。 . g7 |1 i9 w4 Y* r
二、电动车用蓄电池的构造 : O! g0 _- u5 L
电动车用蓄电池,必须具备以下条件: * L5 ^) l& J+ w( _+ c+ w* i* l
◎ 高性能
) O( g# w7 H0 ^◎ 耐震.耐冲击
( ~" ]9 {% Z7 S9 r" _◎ 寿命长 % l3 z1 A3 G" t* ]4 b1 U5 |6 k
◎ 保养容易 ' e. \. e' H* G4 a
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。 ) R7 b6 f8 H) C3 t
1.极板 ) W9 ~, X+ p7 d, q
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。 : w4 ^! y1 K" J1 W4 ~9 D3 k; H
5 v7 T+ w- m: l, g2 s- }
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。 % W2 q' ?7 u7 x- \2 ]( S
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。 5 r4 u( g7 |4 V# y0 C8 j) V+ F
2.隔离板 / ^. u) f6 ]: B; s: A- `
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。 $ c5 E/ D2 c: s3 u
3.电池外壳 1 \. l" J9 ^6 O1 a
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。
& v" @/ Q3 O" o) Z4.电解液 2 A0 j5 T: b' p9 A4 A+ |
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。
% i+ [8 @+ D$ Z l5.液口栓 ' Q7 D5 j: [1 m% v
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。 " e' U3 h' o9 E8 w- x. |
三、蓄电池的容量 8 e+ q, [- J' j L( C; R5 \8 a5 G
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之： ; J/ X; ]) G, z/ z, o
◎ 电解液比值 1.280/20℃ ' f( }, I+ f9 _4 p& [0 k
◎ 放电电流 5小时的电流
9 m* G$ F+ R0 Q9 C2 h◎ 放电终止电压 1.70V/Cell * w9 U+ E; h/ \
◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ 1 w) h0 u j* {0 D' \7 X1 r
1.放电中电压下降 " e0 {; u4 d/ [3 R; F/ | m" L
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：
# A$ q4 T0 X* i$ ^& Q2 ^* w(1)V=E-I.R d0 M, n- Z: p4 S6 |
V：端子电压(V) I：放电电流(A)
- ~) P: ]8 w$ H; Y' ~E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω)
- Y9 e' i, p6 m( n" M- t(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。
; |% S3 |; D+ S* T(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。
* O. d1 H0 C2 s' G* g, Y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。
5 w G2 I$ G6 }; i# C2.蓄电池之容量表示
4 \/ r2 R( U* X/ ]- }! c在容量试验中，放电率与容量的关系如下：
# T7 I9 F1 g& P8 T' d5HR....1.7V/cell
6 b; S* }8 |5 h# L3HR....1.65V/cell ! z+ Z3 Y3 \ |6 j. B) A7 g, P
1HR....1.55V/cell
2 }, m% a7 m1 b; a+ c3 ]# _! |4 J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。
; D5 ?9 l" z2 J) o i* o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。
' o* u$ u: X. C, b/ H3.蓄电池温度与容量
, a( I% ~& f# \2 Y t0 H' G当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。 6 y: E2 \( C" I+ a$ Y
(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。 ) k0 D! b2 U* ^8 ?9 t, j% @
(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。
z7 f4 t7 o0 Y因此: 6 d* @2 T5 L7 m/ G3 |5 n
(1)冬季比夏季的使用时间短。 % H) t$ U/ `3 W
(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。
8 R" I& x2 v4 m+ [) I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。 : f, u3 V+ S, w
4.放电量与寿命 1 F( Q3 `0 a9 J$ [
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。 9 v1 ]/ [% ?. g- _8 V# c7 c
5.放电量与比重 6 E0 }9 F W0 Z* y0 f% b
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。 ' q5 X7 U# i6 B. |/ f& C: ?- n
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。
( L2 x4 B, ]* `( W) L; U6.放电状态与内部阻抗
& f i2 M: K$ x% |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。
. L, | ~4 Z; }6 X/ P4 W★白色硫酸铅化
* W5 a% P/ t p9 a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。
# z: {) p8 h2 p/ u: _( Q" q. C7.放电中的温度
! z" C2 O( q% a$ o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。 3 n# @( \9 `" h) H% L, B8 f
四、充电的管理 % }& m1 N' R6 f; [0 G" _
1.蓄电池的充电特性 d& [8 A& p8 i+ e- M" u
蓄电池充电的端子电压如下式表示
3 Q' g' P4 T( RV= E+I.R，在此 / k8 k( k4 _2 o/ F3 q. Q" w
E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
( R2 Z+ g. f& f3 s2.蓄电池温度与寿命
$ _5 I e3 {3 o5 o5 F7 Z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：
- u2 T: @& d4 ?8 v5 o4 M' v7 U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。
$ S" B8 r( S) v% r0 U# ^3.充电量与寿命 K* a% w- l/ h) H) C
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：
: l; V& Y U3 T+ J$ A1200回×120/150=960回(3．2年)
2 }! j0 _& q; t0 @1 ^! B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。 % d9 `6 `3 ?3 Q0 m: ^
◎ 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。 ' M0 m5 y. I( j; _3 f- [
4.气体的产生与通风换气 $ P* q- l" b9 Q
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。 , C$ H. h9 P' N# [! q9 S
五、电解液之管理
$ I: G) V7 H- i5 h1.比重测定 & x0 n' Y$ L6 U
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。
# W" ~' u% i7 V2 V9 |$ e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。 ; V: J9 _# t: I
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，
, B9 T9 k z! e2 _' q" o2 qS20=St+0.0007(t-20) 3 ?7 y) a9 z/ e( g& @; @
S20...为换算成20℃时的比重 2 }8 F$ A5 X3 x D+ y7 L
St....为t℃时所测之比重 5 N0 @) J) M( P' k; G
t.....为测得电解液之实际摄氏温度 8 Z# o0 t# T, I3 Y5 s" t+ q
例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。 3 `5 N; f# }, J8 }7 C- f
2.纯水之补充 3 U2 ^5 I' F8 x6 K3 O* @3 `
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：
- k8 p& f; k0 F5 R2 _$ ]9 M) l项目 + h W% |5 W& ?0 @# R4 J
单位
( E; @' i) `4 D* }# ?; E规格
$ E- z8 v) T k
0 X: C. E" b7 t @: h浊度 ' A* o( r8 R& H+ Z$ } ?& ~" A
－ ) A) S( t- g" C. q/ L
无色透明
9 Z0 y4 A! [% P' D( H: E, }3 W+ Y$ R- Z/ J2 g1 }' z$ {' w
液性 ) _6 I- X+ v& H! j) x
－ * m) C0 `6 q! A0 r0 s8 k
中性
, W) D* p2 @" K2 n$ r, z+ M. Z( r. x, H! 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
3 f) l7 f3 b( x% D& C$ E其它 % 0.005以下 # \: c$ f/ v+ C! B! ?
3.电解液中的不纯物与电池寿命 4 J0 [7 `" ]7 S: i. {- z
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。
2 T# o% i6 v% }3 ^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。 ' f( |& h9 i1 ?
4.补水过多所造成的弊端
$ g. o1 N) g* T$ F) K3 J+ Y4 \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。 6 j: h5 a+ B/ e1 k$ v+ I
六、其它 % g! E* |; V( K; l" x$ }% P
1.自我放电 1 a, |/ S& A& G# X" E4 \- J
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。
- z8 N5 Q4 X- q4 m0 H; Y' N+ W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。 7 Q# A) Z5 i0 X
) ^) _, K+ C6 n1 O
2.电瓶寿命终期的判定 * A5 ?- R' h* V/ d6 `$ ]# x; m
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。
2 L" | y9 J. X" }0 M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。 p# X# h g; }
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。 ) R. v7 K k; m6 N
放电开始时期：充电完全放置1小时后。 . v% p: T6 p3 Q9 y- b! H* v
放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A)
|- {) c5 Q+ a放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V)
/ o+ N& v+ j' k _9 S7 b+ g容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间% f1 y$ L L: {0 V* J
3 }, Y$ O$ m3 p) \' s" d+ W( r[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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