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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:
; U; x5 H8 t% i% a3 c阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质 / _/ _+ n# z3 [# r8 n c
阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
' x1 l, x( A0 X5 \ C/ w电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
/ z0 D% w7 I8 ^ g& y3 n电池外壳 0 d" q; [$ p+ Z( ]7 X, l% ^
隔离板 / [% @8 Q3 t2 G
其它(液口栓.盖子等) 3 L; w* m1 M0 `3 z* J/ d7 ]
一、铅蓄电池之原理与动作
* E% U5 _: j- Q/ p9 b; 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: - S, f- x) Y5 V. e
(阳极) (电解液) (阴极) & | t( Y: l: z: {' Y
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) + B, d$ V8 ?/ o& I. o/ w
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) " S5 N- p5 J3 z, ^
(阳极) (电解液) (阴极)
' H9 P$ i$ \( c0 D7 PPbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)
% h$ s$ ~. {# X `- z(硫酸铅) (水) (硫酸铅)
$ G$ Y( m: }1 a0 C5 R% `2 B1. 放电中的化学变化 $ X! } p- r% b9 @* G8 s
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。 k8 L; `' }( `) Q0 F2 L }
2. 充电中的化学变化 # [( l! e* Y+ 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。 * r2 ~/ }6 w- z/ v& d, @! Y' B
二、电动车用蓄电池的构造 6 K5 Z2 e2 e- L# I+ C/ I4 t
电动车用蓄电池,必须具备以下条件:
' S2 T7 B c- W: I$ n- T0 `◎ 高性能 ! ~' J; z- Y8 Z. v! y8 }
◎ 耐震.耐冲击
\9 G3 ?3 i. E- O. D# a) E, Q◎ 寿命长 $ F4 Y3 f( k" A1 E
◎ 保养容易
; N5 H. b; v+ Z, b* k* \4 l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 n" }# v4 T0 H1 w. ?
1.极板
3 z$ F3 j+ d( t9 T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。
8 w1 t& c: `; |! o* O3 {: {. c0 z' E% h m0 T
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。 6 c x9 M8 Y1 m- 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。 , O+ _+ y2 |- `$ f, ]( K/ i5 Y; ^; A
2.隔离板
; {) a6 e: M, w$ j' S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。
& j" t. c' M i9 I- M3.电池外壳 / `$ ]* W( a) b, j4 z
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。
& n. l4 w$ l1 r! F! l4.电解液
& u0 F6 B( L. }/ D" I7 p" V! 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。 " j) Z# P I% d2 l6 e [9 h. t& Y
5.液口栓 " Q7 r) i& D' l0 ]( N3 ]
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。
! N g+ g7 Y: y& G. J& [$ f: S三、蓄电池的容量
2 F5 a( O- x1 Y1 ]7 \8 e电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之: 7 w( Q; R" I a3 \
◎ 电解液比值 1.280/20℃ & L6 d2 \! m( N
◎ 放电电流 5小时的电流 ; Q# |6 y8 P' B6 j$ ]) Q/ D
◎ 放电终止电压 1.70V/Cell
' Y f, `! d: u+ A+ I6 l/ a◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ 9 W5 j. W4 f6 R' U6 `6 e: Y+ `* K4 ?
1.放电中电压下降 8 ^" b! t1 M" T: z: W4 O5 O, u
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: # s% H8 Y. B0 c3 c" o N8 E
(1)V=E-I.R $ n3 C; L& H0 n
V:端子电压(V) I:放电电流(A)
! P7 L2 x! N, p: t. PE:开路电压(V) R:内部阻抗(Ω) ) k0 I" r$ P- D3 I# b! e- v
(2)放电时,电解液比重下降,电压也降低。
" }, F+ C s8 a3 U(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。 2 g' w4 I6 m6 G7 I$ E
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。 ) F1 N* I: f- Q
2.蓄电池之容量表示
. \0 l2 K) G: e3 J. |+ A1 e在容量试验中,放电率与容量的关系如下: ( d$ ]7 c. Y2 n+ N* e
5HR....1.7V/cell
; c* \0 J8 j- o6 ]- v+ ]: w5 V3HR....1.65V/cell
$ b' U* m' m/ k2 p q4 n2 B5 i1HR....1.55V/cell ( f6 `: _- S& K& k
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。 3 U S1 ]( l: C- r; v T! t4 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。 ! G6 H$ S b9 [! D' b
3.蓄电池温度与容量
: f3 I& a2 d p* J5 [% l+ }/ y# F当蓄电池温度降低,则其容量亦会因以下理由而显著减少。 " J8 M9 d6 a/ l
(A)电解液不易扩散,两极活性物质的化学反应速率变慢。
$ U" E, N5 W" j. N0 j1 B4 E; y(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。 5 E1 p( W, e2 I
因此:
9 H/ w" Q! N( V# _(1)冬季比夏季的使用时间短。
: e" c% G* ?: p: s2 Q(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。
# j! Y" z% a) B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。
: A( W0 ?8 Q" R8 e, f1 l4.放电量与寿命 % l0 j1 ?: ]$ J3 V! G0 D+ w3 ]3 |
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 @7 ?; g- N; ~8 _5 n5.放电量与比重
7 U( Y; z, C$ K: e# G) o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。
9 {( g9 c8 V# y, A) ^# o- }* `' s" 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。 " w8 \8 L. C% P$ ^+ n: ]& @9 G6 w
6.放电状态与内部阻抗 ; `2 V$ K! \0 V Q* b4 [
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。 - m. F% o. U3 W: S
★白色硫酸铅化 ) D8 N& W. H* v5 y+ T
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。 + \- w b4 ~; I; F8 l1 u
7.放电中的温度 & _2 F, H7 R8 A# F3 i. v
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。
6 B6 i* y5 \9 }4 F四、充电的管理
+ @- R! ^. B) g) J5 N7 ^1.蓄电池的充电特性
( J% a5 Z0 _, E/ T: Z蓄电池充电的端子电压如下式表示
- Q" \* Z: S% B- S% k7 EV= E+I.R,在此 ) _# `% F6 I/ B7 `* p
E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
% c* @. `: i: r: t2.蓄电池温度与寿命 ; \% i! p F; C9 G" R! A" B, [, Z h
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: + @: n, D5 k: o$ x1 D
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。 6 _9 E- S3 R; E1 ]: C% F6 \% R
3.充电量与寿命
9 ? E& p% d" g+ N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: 9 U! |- c3 ]7 }& m: m7 M
1200回×120/150=960回(3.2年)
3 |, E& C3 Q/ } n z) l( v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。 ' Z* d3 |) S0 Q0 ^: L! V
◎ 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。 7 ^7 e' y- E9 ~# `, @
4.气体的产生与通风换气
2 j, z/ F* C" ~+ g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。
* O7 ~9 H. v+ n6 \$ W. a D6 w五、电解液之管理
" c( ^! V* f G. v2 p* s1.比重测定
, B1 M2 q$ f9 D$ } l! 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。
5 c' W* x) S6 W5 |3 H' Q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。
5 @: i& d. J1 q: a1 i9 P4 o% o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, 4 d" W3 G0 G( n8 l9 j7 S
S20=St+0.0007(t-20)
. f( i+ b0 s6 s2 n" l \9 r8 JS20...为换算成20℃时的比重 9 @2 H) u4 ~3 v4 m1 E
St....为t℃时所测之比重
, X+ N: F) }* K3 w( W% @; \t.....为测得电解液之实际摄氏温度 ) ^: C% C8 p; z% Y- \1 B
例如:20℃时比重为1.280者,在10℃时变成1.287;30℃时,变成1.273。 ! k# P$ I2 j( c2 M( c( C2 k4 `
2.纯水之补充
8 ?9 _9 L6 U0 b+ a( G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: 2 r. b" L+ J* i3 \
项目
9 ]+ d& p) u% T$ v; k: `* f单位
( ~% g$ D3 ~ s" C2 f8 \" J规格
% ~# w. I/ \ [& W( e
; x' S- `- B' f- b& h% E+ k浊度
1 e* B+ B5 i9 s4 [, O3 O-
* Q0 F' b. O* t/ K无色透明 4 p8 N3 \9 @2 _1 e4 ^6 }7 M4 ]
* ^- ?7 L3 S! Z( U' X液性
* v( u; I; P0 t( {: R/ A-
o. {+ A( \) i2 B3 G/ p中性
" w" b4 \" }: x( I' V. L% r- M2 e. I9 e! j( k: v( Y# K0 B6 w
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
" Y% o) x$ A. U& G, c2 ~其它 % 0.005以下
% d0 |6 ~/ c9 {3.电解液中的不纯物与电池寿命
/ x% a c8 u8 p% Q: y& `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 V) \8 s: L) b/ D, X& g5 {. J
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。
/ b' N- v4 p. L3 w4 L* X9 d; V4 {4.补水过多所造成的弊端 & s2 c6 E% a. X
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 p+ ~1 B7 x( ^8 |/ L六、其它 # |( O! z7 k$ f* f h
1.自我放电
1 p6 M; {8 u' T9 _" Q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。
) a* ?# w7 k2 T" K, k: k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。
0 m+ s1 [- s4 l6 B. A0 p. U+ Q
. C' S- y/ d, }. b" ~2.电瓶寿命终期的判定 . ]8 N" b# D# g! O7 z
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。 $ Y( m" S) l! z& f
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。 h6 ` C9 C z0 ], f9 Z; 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。
5 H$ w" a9 k2 I- H( U放电开始时期:充电完全放置1小时后。
9 ~. b: e5 N% N* @+ H3 g6 o放电电流:5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A)
% R7 c$ X) J$ ^) r% C% \6 v- w放电终止电压:平均1.7V/cell (24cell为40.8V,12cell 20.4V)
3 v! j; `$ x4 `容量:放电电流×到达终止电压之前的放电时间
0 N+ b8 w% l3 ^" b( j$ o7 N& M
! `9 s, v" @. G; z[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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