2.1.2蓄电池工作原理与容量(课件）-高二《汽车电气设备与维修》同步教学（北京理工大学出版社）

项目2 汽车电源系统 二、蓄电池工作原理与容量 （一）蓄电池工作原理 在蓄电池充放电过程中发生的化学反应是可逆的。蓄电池的工作过程就是化学能与电能的转换过程。放电时，蓄电池将化学能转换为电能供用电设备使用；充电时，蓄电池将电能转换为化学能储存起来。 项目2 汽车电源系统 1．静止电动势的建立 蓄电池内部工作物质处于静止状态（不充电也不放电）时，蓄电池的电动势称为静止电动势。 当正负极板各一片放入电解液后，由于极板上的少量活性物质溶解于电解液，产生了电极电位，并且由于正负极板的电极电位不同形成了蓄电池的电动势。 充足电的蓄电池当外电路未接通，达到相对平衡时，在静止状态下的电动势Ej约为2.1V。蓄电池静止电动势主要取决于电解液的密度和温度，可由下述公式近似计算： 项目2 汽车电源系统 式中： Ej―静止电动势，V； ρ25℃―25℃时电解液密度，g/cm3； 如果实测时，电解液温度不是标准温度25℃，则需要进行换算。 ρt―实测电解液密度，g/cm3； t―实测电解液温度，℃； β―密度温度系数，β=0.00075。 由于铅酸蓄电池工作时电解液密度总是在1.12～1.30 g/cm3之间变化，因此每个单格电池的电动势也相应地在1.97～2.15V之间变化。 项目2 汽车电源系统 2．蓄电池的放电 （1）放电过程 当铅酸蓄电池的正、负极板浸入电解液中时,在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势,此时若接入负载,在电动势的作用下,电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极,这一过程称为放电。蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。 放电时,正极板上的PbO2和负极板上的Pb都与电解液中的H2SO4发生反应,生成硫酸铅(PbSO4),沉附在正、负极板上。电解液中H2SO4不断减少, 而H2O逐渐增多，电解液密度下降。 项目2 汽车电源系统 放电时总的化学反应式为： PbO2+2H2SO4+Pb→2H2O+2PbSO4 理论上,放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止,但由于生成的PbSO2沉附于极板表面,阻碍电解液向活性物质内层滲透,使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应,因此在使用中被称为放完电蓄电池的活性物质的利用率只有20%~30%。因此,采用薄型极板,增加极板的多孔性,可以提高活性物质的利用率,增大蓄电池的容量。 项目2 汽车电源系统 （2）放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液相对密度ρ25℃随时间tf而变化的规律。如图2-9所示为一只6-QA-60型干荷电蓄电池放电特性曲线。 图2-9 蓄电池放电特性曲线 项目2 汽车电源系统 在放电过程中，由于蓄电池内阻上有电压降，因此，蓄电池端电压Uf总是低于电动势E。 由于放电过程中电流是恒定的，单位时间内所消耗的硫酸相同，因此，电解液的密度随时间呈直线下降。密度每下降0.04g/cm3，蓄电池放电约25%。 放电时蓄电池端电压的变化规律是不均衡的。放电开始时，端电压由2.14V迅速下降到2.1V左右。这是因为放电前渗入极板活性物质孔隙内部的硫酸迅速反应变为水，而极板外部的硫酸还来不及向极板孔隙渗透，极板内部电解液相对密度迅速下降，端电压迅速下降。 项目2 汽车电源系统 随着电解液向极板孔隙内渗透，当新渗透的电解液完全补偿了因放电而消耗的硫酸量时，端电压由2.1V呈直线规律缓慢下降。此阶段单位时间内极板孔隙内部消耗的硫酸量与孔隙外部向极板孔隙内部渗透补充的硫酸量相等，处于一种动态平衡状态。 放电接近终了时，端电压迅速下降到1.75V。其原因是，极板表面已形成大量硫酸铅，堵塞了孔隙，渗透能力下降；同时单位时间的渗透量小于极板内硫酸的消耗量，极板内的电解液相对密度迅速下降（对应的电压叫终止电压，对应的状态叫放电终了）。此时应停止放电，如果继续放电，端电压在短时间内将急剧下降到零，致使蓄电池过度放电，导致蓄电池产生硫化故障，缩短其使用寿命。 项目2 汽车电源系统 停止放电后，由于放电电流为零，内阻上的电压降为零。随着孔隙外的硫酸向内部逐渐渗透，孔隙内电解液的密度缓慢上升，端电压可逐渐回升到1.98V。 蓄电池放电终了的特征是： （1）单格电池电压下降到放电终止电压，以20h放电率放电，终止电压为1.75V。 （2）电解液相对密度下降到最小允许值1.10～1.12。 此外，放电所允许的终止电压与放电电流大小有关，放电电流越大，连续放电时间越短，允许的放电终止电压也就越低。蓄电池单格电压与放电程度的关系见表2-3。 项目2 汽车电源系统 放电时间 20h 10h 3h 30min 5min 放电电流/A 0.05C20 0.1C20 0.25C20 C20 3C20 单格终止电压/V 1.75 1.70 1.65 1.55 1.5