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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：
3 k5 O) z1 |/ Q( Y阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质 + [/ N; f1 h6 {5 @% ]
阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质 6 l! z" G9 p; h
电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
' ]1 `& u. c( F$ N5 L/ z+ ^6 j电池外壳
: T7 T/ S! ^* }/ V隔离板 $ G4 z5 N. o y2 Z( G( H: j- c& \
其它(液口栓.盖子等)
, }7 d$ Q9 R, x( }一、铅蓄电池之原理与动作 $ f' J' i+ p3 p
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： I# t3 A0 h, A7 \7 M% o
(阳极) (电解液) (阴极)
% |8 M( `9 X7 N s- O* _PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) ; X2 b0 J" s) k0 _$ S9 k9 x8 n2 y
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)
. z. z" E4 [" o2 h1 P(阳极) (电解液) (阴极) ! q* F3 X- n, \+ O! ]: a, `+ @9 ~
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) 6 m, }# i5 v- j, i. V
(硫酸铅) (水) (硫酸铅) & h9 o! F' y1 P v: ]" e2 `2 J
1. 放电中的化学变化 1 z6 }2 H7 H# c e2 F5 v
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。 4 Z2 B9 ^) E! S* O) }
2. 充电中的化学变化 $ n+ S8 r" H' f. t# j- F) i
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。
+ @3 L! B( i. [/ C0 D, Y$ y& q二、电动车用蓄电池的构造
% d! A/ h& F, e& n电动车用蓄电池,必须具备以下条件: & N+ n# M, W) Z8 \/ t+ U3 s7 Y1 m- L
◎ 高性能 0 ~+ Q. u/ e1 t
◎ 耐震.耐冲击
1 T ^& f2 S- A8 \7 m2 C◎ 寿命长 ( |7 L: b: [0 Y1 W [
◎ 保养容易
% i( Z# L- {. q- X- 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。
* ~. u- o; S9 A T1.极板 $ w0 h5 `) D: ^1 a; Z8 `
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。 ' S) b$ x% J$ R
2 V+ a) j; v7 ?6 W' p# X6 `: c1 U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。
, F3 h8 t8 X# v6 U) u* \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 `3 C7 b0 _8 X! `1 L
2.隔离板 . ]1 f/ _4 W, M
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。
" G5 y1 v5 O5 t3.电池外壳
! j4 s% B* { 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。
3 x* C. D$ |1 w1 ^8 K/ L9 {4.电解液 & N3 L' Q0 F. D& d. i
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。 * q5 y( t* l1 ]5 G" L, s
5.液口栓
3 ^/ n% t) c+ t4 C/ s( D- \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。
/ Z3 W7 j+ \" I' L2 d/ }* j8 K6 {+ C三、蓄电池的容量 # |' D3 l5 c2 J; d; `9 i& S- y
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：
3 W3 N8 e1 A+ c5 f/ P◎ 电解液比值 1.280/20℃ # y7 p5 i7 Q; c
◎ 放电电流 5小时的电流
8 z0 w7 E! W- u# V/ e5 z4 ]5 v◎ 放电终止电压 1.70V/Cell + O# l, a2 L3 \2 N$ ?2 t
◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ . o- c m% U* r' M& b
1.放电中电压下降 u' y+ C1 O9 z1 b* i
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： , J5 v9 Q) Q& j2 i6 Y
(1)V=E-I.R 4 {: }' u1 W7 }! N2 D
V：端子电压(V) I：放电电流(A)
# H9 z( U! u: w6 uE：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω) , c7 e6 [: ?" a; j3 K. d
(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。 - T$ y: p" q* Q) z5 H
(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。 k9 F' ~& }( ~3 O0 i6 d# q
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。
0 L( C$ i3 Q/ g( Y5 z2.蓄电池之容量表示 + y5 i, Z7 t% H2 j' A
在容量试验中，放电率与容量的关系如下： ' O6 U# T2 q8 Y1 A7 F8 T
5HR....1.7V/cell # A2 w" M0 S$ a* ~* M
3HR....1.65V/cell
; X5 b$ E" w _. W2 g4 v1HR....1.55V/cell $ h! u! h8 u! _$ ?1 w" L6 G
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 _+ K) c$ J8 V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。
' B K1 Z2 }& F) e y) p3.蓄电池温度与容量 4 M! H- @2 Y! z% m% A1 F5 |
当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。
3 i, ]$ v7 ~8 ]4 n% j" H+ g(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。
7 G$ Z8 b1 g* m+ b6 Z% 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。 3 L0 o/ M1 z1 \1 _
因此:
2 z& ~$ t# b8 A$ K. ?. E(1)冬季比夏季的使用时间短。 Y0 O- ^) ?) u: s" _2 Q6 m3 P
(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。 ! o1 H! z3 B! ~9 Q$ i- E! n
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。 / P' u/ j' B( Y) Z! T
4.放电量与寿命
. _) r$ K+ o4 `& i1 @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。
) d. x+ w x0 L% H5.放电量与比重 2 z; y7 g* X: g0 J
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。
K8 x+ r, c. n" _9 i2 }. _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。
& J0 Y0 Y4 v- x& m: l0 I6.放电状态与内部阻抗 ! r. @' v1 p; f; B. h" |
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。 ( t" W) p0 O0 s8 h1 O& L$ B7 X/ r- M
★白色硫酸铅化
$ J- _, W$ r b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。 ! V6 k0 k8 w$ \( `8 i7 ?/ K7 O
7.放电中的温度
2 L$ D# Y: Y( A" z8 f D7 `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。 * `9 S7 |6 E5 ~
四、充电的管理 ; q: {& n# K: Q/ I! Y N
1.蓄电池的充电特性 ) ~$ H' c! ?/ u
蓄电池充电的端子电压如下式表示
4 M- y F+ V& t) I* b* e& SV= E+I.R，在此
2 f/ Q P( S1 V+ mE=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω) 7 F# W9 X% [4 v$ z( \
2.蓄电池温度与寿命
( U4 s* R8 N/ `6 X7 s/ 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：
, y" |9 i5 G9 h: z6 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。
! p8 m8 s1 R% J, ]# d7 O3.充电量与寿命 5 d5 Y6 n0 z: b% e$ `* a, V
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： - E0 N f8 G! v' w' T; [4 ?% H) f8 j
1200回×120/150=960回(3．2年) * s D& D% k8 Y8 [6 T
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。
5 c) W x$ o7 u" M5 N% r◎ 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。 4 D7 G& \3 ~+ T; I- ]4 B- z) M3 V
4.气体的产生与通风换气 # Y$ N- I7 O7 W: w1 D) 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。
; D( o* N/ S0 U/ @$ w& V五、电解液之管理 ) A7 u- T8 S9 n; c b0 [
1.比重测定 3 n6 i+ i h5 r+ `6 i& v8 B
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。
3 q% w5 j: }% V. N5 v% L1 M0 n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。
, l, W+ G% {% e1 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， & [# W) d6 x" G1 _
S20=St+0.0007(t-20) , H$ R7 d+ L7 a" ~8 g
S20...为换算成20℃时的比重
4 ]/ L8 i5 \7 {. X' A' WSt....为t℃时所测之比重 " ], v4 | p7 R9 L( [1 r8 O7 k2 J4 E
t.....为测得电解液之实际摄氏温度 $ n- V u ^3 i
例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。
# |! S, r6 o' P2.纯水之补充 * F' l8 N, ]; N, n5 }/ x. T
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 v& r) s5 |& _# s6 Z项目 4 t4 ?5 l$ Z$ F
单位
) L* x$ q/ b: f% W; U! J9 n- r* r规格
- ~* A% r( f- S7 ~" d0 v* D# _/ j- C4 o) q" Y z6 o
浊度
+ Y5 ^# } x9 h" L4 A6 |－ ) ?& y6 e$ ^/ ~: J; T
无色透明 , b# f& g1 B6 f8 S n* L5 p
$ F9 R- j- ]6 q4 Q# _4 T
液性
, W. `$ r, ]* f# k/ Y－
5 O" [& G) ~! c, H9 G2 V1 g x- ?中性 * D7 \) T+ N% c8 H7 x; ]
( t& ^- r+ @# n) Y0 b( k+ 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
' i5 s% b0 M k( W: m其它 % 0.005以下 , H) t$ I G. |+ O' o+ b X
3.电解液中的不纯物与电池寿命 _/ |$ V5 d( P! M ~. n- i
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。 ! G; X( h: E- v. c) T+ v% 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。
; {! h* Z$ ?" w3 }. |$ ?1 K4.补水过多所造成的弊端 * K) U$ x( @, f8 M! \* Y
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。
9 n' B$ n. ^& U六、其它 / o$ t0 M d4 r" J
1.自我放电 - M( s `2 r9 p: C; k' {
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。
, C. b" ~. L$ }* b- z4 C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。 8 e9 v) F3 G! r' ]" j! w
5 @, j" m5 \9 h! m- |
2.电瓶寿命终期的判定 , d W0 ?; U; s5 ~" n9 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。
8 }, j2 T8 H: e+ S2 l. y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。
P1 B+ }! b' X j) z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。
; B' c1 T: ]9 ^+ B0 w放电开始时期：充电完全放置1小时后。 1 V3 x2 }- ~7 E5 ^' h3 b
放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A) * o. j6 U5 E M- n8 ~* y3 f6 {/ q
放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V)
* q% m5 \7 L( v7 r0 D9 ^8 l, U; v容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间! @, p' Q @. x( h4 C" d* O
; L0 Y+ R& U4 {! u3 n. {+ ]1 F[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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