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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：
6 f( i2 l- t$ C0 K阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质
) v& R% o1 C# U阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
7 I/ m, u0 P7 L* U电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
( ~% T% E- [6 o/ A电池外壳
6 O8 X+ \; [0 [- g隔离板 3 {1 y$ d5 l* | {, \2 D
其它(液口栓.盖子等) / s* o2 I7 y" L. w
一、铅蓄电池之原理与动作
+ b$ ^2 z7 j2 ^, @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：
, m& S4 Z9 y1 N. N$ D(阳极) (电解液) (阴极) % V( J* z2 G. C& m0 I
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)
9 K. j( M" V" s# U* m(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)
! w( D; A/ f7 I, m* B(阳极) (电解液) (阴极)
- l, ^; D$ o/ }, F0 \9 NPbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)
# Y3 w" r5 u& ?% g; R+ `4 s(硫酸铅) (水) (硫酸铅) 9 h( j. ]. G) i& R
1. 放电中的化学变化 " K0 n& X! N% J: M
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。 " O1 D# R: O' e: \" d& ?
2. 充电中的化学变化 9 B/ X( R% b0 b& @
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。
& |! j0 k% o+ d: |9 ]( F8 z" a二、电动车用蓄电池的构造
. u3 q7 j U" R电动车用蓄电池,必须具备以下条件: X5 f, B1 Y8 n- q
◎ 高性能 . z3 P( Y- O& y8 \+ ?: A3 y/ w
◎ 耐震.耐冲击
' M- q. a* K, m$ D( k& |2 h$ z◎ 寿命长 8 ~' e `; W1 @/ P- t* c7 Y
◎ 保养容易
, g# M V+ S$ C1 q; T( p! M, [0 M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。 9 S7 f# P. y7 o/ e
1.极板 5 K0 h F! {1 a) O7 x& U+ r
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。
! }7 h) g( B B p8 p: C* D6 f- {9 Z- R
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。
" i% ~. M- R( s A8 z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。 ( D& S i3 Y, B! V V- C4 w% m& Y5 [ i
2.隔离板
' ?- K+ E1 }7 E3 I* f9 Z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。 & D6 l% a: d% f0 ~; r9 C
3.电池外壳 0 M+ X4 z- \1 M! I
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。
4 _8 j( h# u2 U4.电解液 # x, [6 o8 {6 c8 ^. K6 z: ~
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。 2 o1 v3 v2 ^$ Q
5.液口栓
1 {1 s1 z ~, u& C8 [$ \3 n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。
! _( C* `" a7 ^! G0 k& G7 A2 O三、蓄电池的容量 4 z! k; P! w3 I
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：
' y& ~2 |6 }+ r5 l) a! c9 ?' v◎ 电解液比值 1.280/20℃
( h: U$ N% X% R0 x! q% @◎ 放电电流 5小时的电流
* ]5 c6 t# ?8 o- e, U0 q◎ 放电终止电压 1.70V/Cell $ P) N7 T/ w5 x. ~0 B3 s! |; Z
◎ 放电中的电解液温度 30±2℃
* G2 ~5 Z8 s- a/ ?4 t! x1.放电中电压下降 8 e* ^' r2 G( X2 A7 ^! N& v
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：
8 O5 Q* G4 ^* E4 ~. v(1)V=E-I.R
9 o+ }# \5 a) |0 `3 Z3 GV：端子电压(V) I：放电电流(A)
* w2 Q) Z0 Z L( p% UE：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω) % u! _$ `; O0 D( c. ^
(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。
3 u! D& g2 G: m% g(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。 ; f9 ~: K' c; |& k, I3 }
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。 6 \0 h F0 L$ s+ G! T
2.蓄电池之容量表示 : ?; I% K" a, ]6 E1 d* U
在容量试验中，放电率与容量的关系如下：
0 M: w5 M y4 T W/ [# L5 j* i: w5HR....1.7V/cell . `# Z' `: k5 G
3HR....1.65V/cell
9 b+ ~- H+ n/ \. E, T6 Y1HR....1.55V/cell & z/ h+ E: ^! e& L( f7 q- n; D
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。
* B3 v( v, o6 ^* C. X) 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。
1 T, J) ^8 g+ r+ p4 w$ j3.蓄电池温度与容量
6 c* W" _: @5 f* E1 Y/ p当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。
( ?8 D7 M- J2 p7 [/ Q(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。 8 d* h/ D$ \7 h" z: t
(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。 2 C" F9 l$ B# H) T
因此:
* V: @/ u1 g$ [- o/ B! O(1)冬季比夏季的使用时间短。 T; w; p8 _) z) e Q; a! H
(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。 w' J3 R/ R/ A9 @
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。
9 D1 w; M1 v T4.放电量与寿命 3 p6 Z9 K0 c* i
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 V$ V5 g5 r( q2 w3 [! z
5.放电量与比重 & C1 l* ~% ^5 f
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。 2 }8 Q, j7 w9 B
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。
9 ?, [+ L) R4 ^# s% [/ n: Y& ^5 {- m6.放电状态与内部阻抗
0 S! t* w- C- b2 B% O! K. H7 N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。 - w# [9 U" v5 w6 m [6 g' k) v
★白色硫酸铅化 7 |8 y6 N+ k+ W
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。 ! ^: {5 d T, _7 I& m
7.放电中的温度 - [0 d2 x( K; {$ [' R9 O: K6 F
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。 ; R* v: {! X7 g" c: O& r
四、充电的管理 # n8 C, W9 k" T7 a# [% v
1.蓄电池的充电特性 * t1 N( m% D& w- }% q% r0 x2 A
蓄电池充电的端子电压如下式表示 8 c4 T$ f! {, c/ z' M. x E
V= E+I.R，在此
' y& x, j2 O! |E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
6 q/ b( F2 `8 x8 [# q; I8 m$ x2.蓄电池温度与寿命
4 w5 L% q" c/ W/ x" m4 E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： 8 y% z) c! S% k# _
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。 1 k/ `2 h, K, a& t: R9 S2 k
3.充电量与寿命
, |5 y! S1 N1 N7 R5 h/ M! `( G2 X4 k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：
; W0 e: ?+ a/ ?2 u) ]1200回×120/150=960回(3．2年)
1 k* D$ |; V# Y. s" R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。
% M8 t: F. g5 n/ S, ~5 s# o# i◎ 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。 # q0 F4 W! g: q8 |
4.气体的产生与通风换气
& |0 ~5 m' g3 ]! d+ F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。
; z' w' b0 a8 z0 R五、电解液之管理 7 }5 D4 I$ j. J5 h# Z: S) E
1.比重测定
: L9 ~0 y* K, ?" z4 X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。
9 J" j; z g N- r1 N T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。 ! M& x% g9 y$ a: J6 i# J
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，
' I0 B) ?4 X3 ] H: n, PS20=St+0.0007(t-20)
. P; c, U; g- j. u: O) oS20...为换算成20℃时的比重
. o& ` D/ A, `+ t; |St....为t℃时所测之比重 / w% v- m$ @* A5 f2 n7 @
t.....为测得电解液之实际摄氏温度 & Q, x9 D J+ c( K- y% y0 k
例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。
& C! z2 ?/ X* ^7 Z+ `2.纯水之补充
0 [' J- t6 P9 e8 Z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： $ j G2 {' O+ T. o% ]3 n% X; V
项目 : R/ U* n3 }' T/ `# c
单位 ' {/ J/ H. a7 |' K6 o* F% G \+ V
规格 4 f7 B9 x5 V w0 M4 r/ }" |
; c5 w# `+ o2 H5 Z' ?( S浊度 4 b; {# N' u9 d ?
－ 5 o! P0 k! w, m( h9 F& L4 Z! m
无色透明
$ V4 R/ e9 X# z6 J
% V" ~$ L" d9 C( a' Z7 X3 N液性 & d7 b! m: G* M( F& }3 b
－
) z6 x9 i3 Y6 n7 `1 I3 X中性 , H( d/ n' P) x' B- n" M; R
% |! Q, O' _, a% p' v% I: s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
2 ~- W9 r/ y$ ?; P4 E, i: f其它 % 0.005以下
( v4 m& m$ A' } I* L9 C( C3.电解液中的不纯物与电池寿命
# ?0 o# p/ ~1 U$ 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。 # ] S6 ]/ `$ o
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。
1 A) A( ]3 s- W5 k4.补水过多所造成的弊端 ! M% A1 Z1 s4 R2 K
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。
# l5 @8 s! p1 E$ z; [六、其它
; y3 I5 ^# d6 T W1.自我放电 " h2 b! M* j( g! f! z
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。 . Q& c% t( G( ?* ?1 g
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 \9 [6 m9 t! j1 |4 w% r
, V- _6 Y" T9 c+ Z! t2.电瓶寿命终期的判定 " q# m3 Y% T7 G+ o' g) 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。 # r# N x* ^- w6 m& C+ n
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。 7 X+ x. R$ H2 j% o: o
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。 8 F, o. W: i0 ^& T7 K* U- Y
放电开始时期：充电完全放置1小时后。 , I+ w: H- G3 t% C5 u
放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A)
( ]1 p( J' V4 p放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V) \, _7 f- \; M3 Z- g: S8 r
容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间' r8 t; z" D+ \* D2 Q2 e4 x" l
5 K: q4 j, ^* T) `2 _, J[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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