【正文】 鉛酸蓄電池延生維護儀系統(tǒng)教學系列之 蓄 電 池 原 理 學習目標 ? 了解蓄電池的分類與功用 。 ? 掌握鉛蓄電池的結構組成及選用 。 ? 了解蓄電池的容量概念及影響因素 。 ? 了解鉛蓄電池的常見故障 。 ? 掌握鉛蓄電池的正確維護與檢測方法 。 概述 蓄電池的分類 蓄電池是一種化學電源 ， 靠其內部的化學反應來儲存電能或向用電設備供電 。目前燃油汽車上使用的蓄電池主要有兩大類：鉛酸蓄電池 （ 以下簡稱鉛蓄電池 ）和鎳堿蓄電池 。 同時 ， 由于人們對燃油汽車排放要求的提高和能源危機的沖擊 ，各國正在不斷探索和研制電動汽車 ， 其主要的動力源為新型高能蓄電池 。 下表列出了各種蓄電池特點 。 類 型 優(yōu) 點 缺 點 適 用 車 輛 鉛酸蓄電池 結構簡單；價格便宜；內阻??；電壓穩(wěn)定；可以短時間供給起動機強大的起動電流 比容量??；使用壽命相對較短 一般車輛 鎳堿蓄電池 容量大；使用壽命長；維護簡單；能承受大電流放電而不易損壞 活性物質導電性差；價格較高 使用時間長 、 可靠性高的車輛 電動車蓄電池 比容量大；無污染；充、放電性能好；使用壽命長 結構復雜；成本高 電動汽車 蓄電池的分類 鉛蓄電池由于結構簡單、價格便宜、內阻小、可以短時間供給起動機強大的起動電流而被廣泛采用。鉛蓄電池又可以分為普通鉛蓄電池、干荷電鉛蓄電池、濕荷電鉛蓄電池和免維護鉛蓄電池。各種鉛蓄電池的特點見下表。 類 型 特 點 普通鉛蓄電池 新蓄電池的極板不帶電，使用前需按規(guī)定加注電解液并進行初充電，初充電的時間較長，使用中需要定期維護。 干荷電鉛蓄電池 新蓄電池的極板處于干燥的已充電狀態(tài)，電池內部無電解液。在規(guī)定的保存期內，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置 20～ 30min即可使用，使用中需要定期維護。 濕荷電鉛蓄電池 新蓄電池的極板處于已充電狀態(tài)，蓄電池內部帶有少量電解液。在規(guī)定的保存期內，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置 20～ 30min即可使用，使用中需要定期維護。 免維護蓄電池 使用中不需維護，可用 3～ 4年不需補加蒸餾水，極樁腐蝕極少，自放電少。 蓄電池的功用 汽車上裝有蓄電池和發(fā)電機兩個直流電源，這兩個電源并聯(lián)，全車的用電設備均為并聯(lián)。 蓄電池的功用： 1） 起動發(fā)動機時 ， 蓄電池向起動系和點火系供電 。 2） 當發(fā)動機低速運轉 ，發(fā)電機電壓低于蓄電池的充電電壓時 ， 由蓄電池向用電設備供電 。 3） 當發(fā)動機中 、 高速運轉 ， 發(fā)電機電壓高于蓄電池的充電電壓時 ， 蓄電池將發(fā)電機的剩余電能儲存起來 。 4） 當發(fā)電機過載時 ， 蓄電池協(xié)助發(fā)電機向用電設備供電 。5） 蓄電池還可以吸收電路中的瞬時過電壓 ， 保持汽車電器系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定 ，保護電子元件 。 鉛蓄電池 鉛蓄電池的結構 鉛蓄電池一般由 3個或 6個單格電池串聯(lián)而成，結構如圖所示： 1－負極柱 2－加液孔蓋 3－正極柱 4－穿壁連接 5－匯流條 6－外殼 7－負極板 8－隔板 9－正極板 鉛蓄電池的結構 1． 極板 極板是蓄電池的核心部分 ， 蓄電池充 、放電的化學反應主要是依靠極板上的活性物質與電解液進行的 。 極板分為正極板和負極板 ， 均由柵架和活性物質組成 。 柵架的作用是固結活性物質 。 柵架一般由鉛銻合金鑄成 ， 具有良好的導電性 、 耐蝕性和一定的機械強度 。 柵架的結構右上圖所示 。 為了降低蓄電池的內阻 ， 改善蓄電池的起動性能 ， 有些鉛蓄電池采用了放射形柵架 ， 右下圖為桑塔納轎車蓄電池放射形柵架的結構 。 鉛蓄電池的結構 正極板上的活性物質是二氧化鉛（ PbO2），呈深棕色；負極板上的活性物質是海綿狀的純鉛（ Pb），呈青灰色。將活性物質調成糊狀填充在柵架的空隙里并進行干燥即形成極板。如右上圖所示。 將正、負極板各一片浸入電解液中，可獲得 2V左右的電動勢。為了增大蓄電池的容量，常將多片正、負極板分別并聯(lián)，組成正、負極板組，如右下圖所示。在每個單格電池中，正極板的片數(shù)要比負極板少一片，這樣每片正極板都處于兩片負極板之間，可以使正極板兩側放電均勻，避免因放電不均勻造成極板拱曲。 1－極板組總成 2－負極板 3－隔板 4－正極板 5－極板聯(lián)條 鉛蓄電池的結構 2．隔板 隔板插放在正、負極板之間，以防止正、負極板互相接觸造成短路。隔板應耐酸并具有多孔性，以利于電解液的滲透。常用的隔板材料有木質、微孔橡膠和微孔塑料等。其中，木質隔板耐酸性較差，微孔橡膠隔板性能最好但成本較高，微孔塑料隔板孔徑小、孔率高、成本低，因此被廣泛采用。 3． 電解液 電解液在蓄電池的化學反應中 ， 起到離子間導電的作用 ，并參與蓄電池的化學反應 。 電解液由純硫酸 （ H2SO4） 與蒸餾水按一定比例配制而成 ， 其密度一般為 ～ 。 鉛蓄電池的結構 電解液的密度對蓄電池的工作有重要影響，密度大，可減少結冰的危險并提高蓄電池的容量，但密度過大，則粘度增加，反而降低蓄電池的容量，縮短使用壽命。電解液密度應隨地區(qū)和氣候條件而定，下表列出了不同地區(qū)和氣溫下的電解液的密度。另外，電解液的純度也是影響蓄電池性能和使用壽命的重要因素之一。 氣 候 條 件 完全充足電的蓄電池 25℃ 時電解液的密度（ g/cm3） 冬季 夏季 冬季溫度低于－ 40℃ 地區(qū) 冬季溫度高于－ 40℃ 地區(qū) 冬季溫度高于－ 30℃ 地區(qū) 冬季溫度高于－ 20℃ 地區(qū) 冬季溫度高于 0℃ 地區(qū) 鉛蓄電池的結構 4． 殼體 殼體用于盛放電解液和極板組 ，應該耐酸 、 耐熱 、 耐震 。 殼體多采用硬橡膠或聚丙烯塑料制成 ， 為整體式結構 ， 底部有凸起的肋條以擱置極板組 。 殼內由間壁分成 3個或 6個互不相通的單格 ， 各單格之間用鉛質聯(lián)條串聯(lián)起來 ， 如右圖所示 。 殼體上部使用相同材料的電池蓋密封 ， 電池蓋上設有對應于每個單格電池的加液孔 ， 用于添加電解液和蒸餾水 ， 以及測量電解液密度 、 溫度和液面高度 。 加液孔蓋上的通風孔可使蓄電池化學反應中產生的氣體順利排出 。 免維護蓄電池的特點 免維護蓄電池又稱 MF蓄電池 ， 免維護是指在汽車合理使用期間 ，不需要對蓄電池進行加注蒸餾水 、 檢測電解液液面高度 、 檢測電解液密度等維護作業(yè) 。 免維護蓄電池特點： 1） 柵架材料采用鉛鈣合金 ， 既提高了柵架的機械強度 ， 又減少了蓄電池的耗水量和自放電 。 2） 采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板 ， 將正極板裝在隔板袋內 ， 既可避免正極板上的活性物質脫落 ， 又能防止極板短路 。 因此殼體底部不需要凸起的肋條 ， 降低了極板組的高度 ， 增大了極板上方的容積 ， 使電解液貯存量增多 。 3） 蓄電池內部安裝有電解液密度計 ， 可自動顯示蓄電池的存電狀態(tài)和電解液液面的高低 。 如果密度計的觀察窗呈綠色 ， 表明蓄電池存電充足 ， 可正常使用；若顯示深綠色或黑色 ， 表明蓄電池存電不足 ，需補充充電；若顯示淺黃色 ， 表明蓄電池已接近報廢 。 如圖所示 。 免維護蓄電池的特點 4）采用了新型安全通氣裝置和氣體收集器，在孔蓋內部設置了一個氧化鋁過濾器，可阻止水蒸氣和硫酸氣體通過，同時又可以使氫氣和氧氣順利逸出。通氣塞中裝有催化劑鈀，可促使氫、氧離子重新結合成水回到蓄電池中。 1－綠色（充電程度為 65％或更高） 2－黑色（充電程度低于 65％） 3－淺黃色（蓄電池有故障） 4－蓄電池蓋 5－觀察窗 6－光學的荷電狀況指示器 7－綠色小球 鉛蓄電池的工作原理 1． 鉛蓄電池的靜止電動勢 將鉛蓄電池的正 、 負極板浸入電解液中 ， 正 、 負極板與電解液相互作用 ， 在正 、 負極板間就會產生約 。 鉛蓄電池的靜止電動勢 Ej： Ej＝ +ρ 25℃ （ 21） 式中 ， Ej靜止電動勢 ， 即開路電壓 （ V） ； ρ 25℃ 基準溫度 （ 25℃ ） 時 ， 電解液的相對密度 （ g/cm3） 。 注意 ， 實測電解液的相對密度 ， 應轉換成 25℃ 時電解液的相對密度 ， 轉換關系式為： ρ 25℃ ＝ ρ t + （ t－ 25） （ 22） 式中 ， ρ t實測電解液相對密度 （ g/cm3） ； t實測電解液溫度 （ ℃ ） 。 因為鉛蓄電池工作時，電解液密度總是在 ～ ，所以每個單格電池的電動勢也相應地在 ～ 。 鉛蓄電池的工作原理 2． 鉛蓄電池的放電 當鉛蓄電池的正 、 負極板浸入電解液中時 ， 在正 、 負極板間就會產生約 ， 此時若接入負載 ， 在電動勢的作用下 ， 電流就會從蓄電池的正極經外電路流向蓄電池的負極 ， 這一過程稱為放電 ， 蓄電池的放電過程是化學能轉變?yōu)殡娔艿倪^程 。 放電時 ， 正極板上的 PbO2和負極板上的 Pb， 都與電解液中的 H2SO4反應生成硫酸鉛 （ PbSO4） ， 沉附在正 、 負極板上 。 電解液中 H2SO4不斷減少 ， 密度下降 。 理論上 ， 放電過程可以進行到極板上的活性物質被耗盡為止 ， 但由于生成的 PbSO4沉附于極板表面 ， 阻礙電解液向活性物質內層滲透 ，使得內層活性物質因缺少電解液而不能參加反應 ， 因此在使用中被稱為放完電蓄電池的活性物質利用率只有 20％ ～ 30％ 。 因此 ， 采用薄型極板 ， 增加極板的多孔性 ， 可以提高活性物質的利用率 ， 增大蓄電池的容量 。