【正文】 高率放電計(jì)所測(cè)電壓 / V 5 按高率放電計(jì)算放電程度 95 【任務(wù)描述與解析】 蓄電池是汽車電源系統(tǒng)的組成部分之一，在日常使用過程中有時(shí)會(huì)遇到某汽車用蓄電池虧電的現(xiàn)象，現(xiàn)要求選擇恰當(dāng)?shù)某潆姺椒?，按正確的操作規(guī)范對(duì)其進(jìn)行充電。電解液液面應(yīng)高出極板上沿 10 mm～ 15 mm，電解液不足時(shí)應(yīng)加注蒸餾水。測(cè)量時(shí)使用內(nèi)徑為 3 mm～ 5 mm的玻璃管，豎直插入蓄電池加液孔中，且與極板的保護(hù)片相接觸。在測(cè)量電池液時(shí)，注意不要灑在皮膚和眼睛上，以防燒傷。將待測(cè)液體用吸管吸取，滴于棱鏡表面，合上蓋板輕輕按壓，將折射計(jì)對(duì)向明亮處，旋轉(zhuǎn)目鏡使視場(chǎng)內(nèi)刻度線清晰，讀出明暗分界線在標(biāo)示板上相應(yīng)標(biāo)尺上的數(shù)值即可。便攜式折射儀如圖 ，其視場(chǎng)如圖 所示。折射儀是根據(jù)不同濃度的液體具有不同的折射率這一原理設(shè)計(jì)而成的。要求讀數(shù)時(shí)，密度計(jì)刻度線與眼睛平齊。 (3) 用手將橡皮球捏一下，再慢慢放開，電解液就會(huì)被吸到玻璃管中 (控制吸入的電解液不要過多或過少，以將密度計(jì)浮子浮起而不會(huì)頂住為宜 )。 1) 用密度計(jì)測(cè)量蓄電池電解液的密度 (1) 打開蓄電池的加液孔蓋。對(duì)于 12 V整體電池，若蓄電池電壓能保持在 V以上，則說明該蓄電池性能良好，但存電不足；若穩(wěn)定在 V～ V，則說明存電較足；若電壓迅速下降，則說明蓄電池有故障。 85 圖 高率放電計(jì) 86 圖 測(cè)量電解液密度 87 使用高率放電計(jì)進(jìn)行測(cè)量時(shí)應(yīng)將兩叉尖緊壓在單格電池的正、負(fù)極樁上 3 s～ 5 s，觀察大負(fù)荷放電情況下蓄電池所保持的端電壓。高率放電計(jì)分 3 V高率放電計(jì)和 12 V高率放電計(jì)兩種，是按汽車啟動(dòng)時(shí)向啟動(dòng)機(jī)提供大電流的情況設(shè)計(jì)的一種檢側(cè)儀。這里主要介紹高率放電計(jì)的工作原理及使用方法。 84 二、蓄電池的檢測(cè) 蓄電池技術(shù)狀況的檢查包括蓄電池端電壓的檢查、電解液液面高度的檢查以及電解液密度的測(cè)量等。 (6) 要保持蓄電池外部的清潔，經(jīng)常清除蓄電池上的灰塵、泥土以及極樁和導(dǎo)線接頭上的氧化物，擦去電池上部和外表面的電解液和污物。在冬季應(yīng)按規(guī)定加入相對(duì)密度為 g/cm3的電解液進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)入夏季前應(yīng)吸出少許電解液，加入蒸餾水進(jìn)行調(diào)整。 82 (5) 冬季使用蓄電池時(shí)，由于氣溫低，蓄電池充電困難，因此要特別注意保持充足電狀態(tài)，以免電解液密度降低而結(jié)冰。盡量避免蓄電池過放電和長(zhǎng)期處于欠充電狀態(tài)下工作，放完電的蓄電池應(yīng)在 24 h內(nèi)充電。當(dāng)充電電壓增高10%～ 12%時(shí)，蓄電池的壽命將會(huì)縮短 2/3左右。汽車起動(dòng)時(shí)，每次起動(dòng)時(shí)間不超過 5 s，起動(dòng)間隔時(shí)間應(yīng)大于 15 s，最多連續(xù)起動(dòng) 3次。 (4) 維修帶故障自診斷功能的電腦系統(tǒng)時(shí)，在拆蓄電池電纜前，應(yīng)先確認(rèn)記錄故障代碼等。應(yīng)先接啟動(dòng)機(jī)電纜，再接搭鐵電纜，以防扳手搭鐵引起強(qiáng)烈火花。取下電池時(shí)應(yīng)小心輕放。拆卸時(shí)，若發(fā)現(xiàn)蓄電池接線柱螺栓銹蝕難以取出，切莫用錘或鉗敲打，以避免極樁斷裂、極板活性物質(zhì)脫落。冬季在不使電解液結(jié)冰的前提下，也應(yīng)該盡可能采用稍低密度的電解液。 起動(dòng)用蓄電池一般使用相對(duì)密度為 g/cm3～ g/cm3的電解液。在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加電解液的相對(duì)密度，有利于提高電解液的滲透速度，提高蓄電池的電動(dòng)勢(shì)，并減小內(nèi)阻，使蓄電池的容量增大。所以，在寒冷地區(qū)冬季起動(dòng)汽車時(shí)，由于低溫和大電流放電，蓄電池端電壓下降較多，容易造成起動(dòng)困難，需要特別注意蓄電池的保溫。一般溫度每下降 1℃ ，容量下降約為 1%(小電流放電 )或 2%(大電流放電 )。 77 2) 電解液溫度 電解液的溫度較低時(shí)，電解液的黏度較高，滲透能力下降，容量降低。 75 圖 蓄電池相對(duì)容量與放電電流的關(guān)系 76 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)屬于大電流放電，如果長(zhǎng)時(shí)間接通起動(dòng)機(jī)，就會(huì)使蓄電池的端電壓急速下降至終止電壓，輸出容量減少，且使蓄電池過早損壞。 74 2．使用條件因素 1) 放電電流 蓄電池的放電電流大，單位時(shí)間所消耗的硫酸多，極板表面活性物質(zhì)的孔隙會(huì)很快被生成的硫酸鉛所堵塞，使極板內(nèi)層的活性物質(zhì)不能參加化學(xué)反應(yīng)，蓄電池的容量減小。極板的真實(shí)表面積要比極板的幾何尺寸計(jì)算面積大幾百倍，真實(shí)表面積大，容量可相應(yīng)提高。但如果孔率過大，則單位面積活性物質(zhì)的數(shù)量就要減少，容量反而會(huì)下降。 3) 活性物質(zhì)的孔率 孔率即活性物質(zhì)的孔隙多少。因此，減小極板厚度可以提高活性物質(zhì)的利用率。國產(chǎn)蓄電池極板面積已統(tǒng)一，每對(duì)極板面的容量為 A?h。當(dāng)活性物質(zhì)的數(shù)量確定后，其他因素對(duì)容量的影響就是對(duì)活性物質(zhì)的利用率的影響。 71 1．蓄電池本身的結(jié)構(gòu)特征因素 1) 極板上活性物質(zhì)的數(shù)量 從理論上講，活性物質(zhì)越多，則容量應(yīng)越大。 70 五、影響蓄電池容量的因素 蓄電池容量的大小與放電允許范圍內(nèi)實(shí)際參與化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)的數(shù)量有直接的關(guān)系。 (2) 單格端電壓上升到最大值 ( V)，且 2 h～ 3 h內(nèi)不再增加。充電停止后，由于充電電流為 0，端電壓 Uc迅速下降，極板孔隙內(nèi)電解液和容器中的電解液密度趨向一致，于是單格蓄電池的端電壓又降至 V左右。 68 整個(gè)充電過程中，極板孔隙內(nèi)的電解液密度比容器中的電解液相對(duì)密度稍大一些。所以，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間的過充電。 從理論上講，當(dāng)單格電池電壓升至 V時(shí)，應(yīng)切斷電路，停止充電，否則將造成蓄電池的過充電。 當(dāng)充電接近終了時(shí)，單格蓄電池端電壓將達(dá)到 V～ V，這時(shí)極板上的硫酸鉛 (PbSO4)已經(jīng)基本轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸U (PbO2)和海綿狀鉛 (Pb)，如果再繼續(xù)充電，電解液中的水將開始分解而產(chǎn)生氫氣和氧氣，并以氣泡的形式劇烈放出，形成所謂的“沸騰”狀態(tài)。 66 開始充電時(shí)，活性物質(zhì)和電解液的作用首先是在極板的孔隙中進(jìn)行的，孔隙內(nèi)迅速生成硫酸，使孔隙內(nèi)的電解液相對(duì)密度迅速增大，端電壓 Uc迅速上升。由于采用恒流充電，單位時(shí)間內(nèi)所生成的硫酸量基本恒定，所以，電解液相對(duì)密度隨著時(shí)間成直線上升，靜止電動(dòng)勢(shì) E0也由于相對(duì)密度的不斷上升而增加。 64 圖 蓄電池恒流充電特性曲線 65 充電時(shí)，充電電源電壓必須克服蓄電池的電動(dòng)勢(shì) E和蓄電池內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓降 IcR0。 63 4) 蓄電池的充電特性 蓄電池的充電特性是指在恒流充電過程中，蓄電池的充電電壓 Uc、電動(dòng)勢(shì) E和電解液密度 ?25℃ 等參數(shù)隨時(shí)間 t而變化的規(guī)律。允許的放電終止電壓與放電電流強(qiáng)度有關(guān)，放電電流越大，則放完電的時(shí)間越短，而允許的放電終止電壓越低，見表 。 蓄電池放電終了的特征如下： (1) 電解液相對(duì)密度下降到最小許可值 (約 g/cm3)。過放電對(duì)蓄電池是有害的，因?yàn)闃O板空隙中生成的粗結(jié)晶硫酸鉛在充電時(shí)不易還原，會(huì)致使極板硫化，容量下降。 60 這是由于放電接近終了時(shí)，化學(xué)反應(yīng)深入到極板的內(nèi)層，并且放電時(shí)生成的硫酸鉛比原來活性物質(zhì)的體積大 (是海綿狀鉛的 ，是二氧化鉛的 )，硫酸鉛聚積在極板孔隙內(nèi)，使孔隙變小，電解液滲透困難，因而極板孔隙內(nèi)消耗掉的硫酸難以得到補(bǔ)充，造成孔隙內(nèi)的電解液相對(duì)密度迅速下降，端電壓也隨之急劇下降。接著，電壓又迅速下降至 V，此時(shí)應(yīng)停止放電，并稱此電壓為單格電池的終止電壓。隨著極板孔隙內(nèi)電解液密度的不斷下降，孔隙內(nèi)外電解液相對(duì)密度差不斷增大。 蓄電池的端電壓 (Uf)的變化規(guī)律不是均衡的：放電開始時(shí)，端電壓下降較快，中間較平緩，接近放電終了時(shí)又迅速下降。在放電過程中，電解液的相對(duì)密度不斷下降，蓄電池電動(dòng)勢(shì) E不斷下降，同時(shí)內(nèi)阻 R0增加。圖 20 h放電率恒流放電的特性曲線。適當(dāng)采用低密度電解液和提高電解液溫度 (如冬季對(duì)電池采取保溫措施 )，對(duì)降低蓄電池內(nèi)阻，提高起動(dòng)性能十分有利。 電解液電阻與電解液的溫度和密度有關(guān)，溫度降低時(shí)會(huì)因?yàn)殡娊庖旱酿ざ仍龃?，滲透能力下降而引起電阻增加。蓄電池的內(nèi)電阻大小反映了蓄電池帶負(fù)載的能力。 汽車用蓄電池的電解液密度一般在 g/cm3～ g/cm3之間，因此蓄電池的單格靜止電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)地在 V～ V之間變化。 當(dāng)電解液的溫度發(fā)生變化時(shí)，實(shí)測(cè)所得電解液相對(duì)密度可按下式換算成 25℃ 時(shí)的相對(duì) 53 密度： ?25℃ ?=??t?+???(t??25) 式中， ?t為實(shí)際測(cè)得的電解液密度； t為實(shí)際測(cè)得的電解液溫度； ??為密度溫度系數(shù)，其值為 ?75 g/(cm3靜止電動(dòng)勢(shì)可以用直流電壓表或萬用表 (直流電壓擋 )直接測(cè)量，也可以測(cè)出電解液密度，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式換算得到。蓄電池的工作特性主要包括蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻以及充、放電特性。所以在裝配蓄電池時(shí)，將隔板有溝槽的一面對(duì)著正極板，以便電解液的流通。因此，為了減輕鉛蓄電池的質(zhì)量，提高供電能力，應(yīng)該充分提高極板活性物質(zhì)的利用率，在結(jié)構(gòu)上提高極板的多孔性，減小極板厚度。蓄電池在放電過程中，電解液中的硫酸將逐漸減少，而水逐漸增多，電解液密度下降；蓄電池在充電過程中，電解液中的水被消耗，硫酸不斷增加，電解液密度增加。如果此時(shí)仍然繼續(xù)充電將引起水的電離，生成氫氣和氧氣，從而消耗電解液中的水分。 47 整個(gè)充電過程的反應(yīng)方程式為 2PbSO4?+?2H2O PbO2?+?Pb?+?2H2SO4 在充電過程中，電解液中的水被消耗，而硫酸不斷增多，因此，電解液密度逐漸增大。 45 圖 鉛蓄電池的充電過程 46 在正極板處，電解液中的 Pb2+?在電源電動(dòng)勢(shì)的作用下失去兩個(gè)電子變?yōu)?Pb4+，它又和電解液中的水離解出來的OH－ 結(jié)合，生成 Pb(OH)4， Pb(OH)4又分解為 PbO2和 H2O，而 SO42則又與電解液中 H+?結(jié)合生成 H2SO4。如果把放電后的蓄電池接上一個(gè)直流電源，使蓄電池的正極接上直流電源的正極，負(fù)極接上直流電源的負(fù)極，則當(dāng)外加電源的電壓高于蓄電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，在直流電源電壓的作用下，電流將以與放電電流相反的方向流過蓄電池，使蓄電池正、負(fù)極板發(fā)生與放電相反的化學(xué)變化。因此，采用薄型極板、增加多孔率、提高極板活性物質(zhì)的利用率可提高蓄電池的容量。 這個(gè)過程一直持續(xù)到化學(xué)反應(yīng)不能繼續(xù)進(jìn)行為止。而極板上的金屬鉛繼續(xù)溶解，生成 Pb2+?和電子。 41 圖 鉛蓄電池的放電過程 42 在正極板處， Pb4+?和電子結(jié)合，變成二價(jià)鉛離子 Pb2+，Pb2+?與電解液中的 ?結(jié)合生成的 PbSO4，沉附于正極板上。 當(dāng)電路接通開始放電時(shí)，電流從正極經(jīng)過負(fù)載流向負(fù)極 (即電子從負(fù)極到正極 )，使正極電位降低，負(fù)極電位升高，破壞了原有的平衡。 40 2) 放電過程 蓄電池的放電過程是蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。負(fù)極板相對(duì)于電解液是負(fù)電位，約為 ? V。這樣，正極板上附著 Pb4+，使得正極板的電位比電解液電位高 V。在混合溶液中，硫酸在水分子的作用下電離： 38 H2SO4?=?HSO4??+?H+ 當(dāng)極板浸入電解液中，由于少量的活性物質(zhì)溶解于電解液，因而產(chǎn)生了電極電位；又由于正、負(fù)極板電極電位不同，形成了蓄電池的電動(dòng)勢(shì)。下面將從蓄電池電勢(shì)的建立、放電過程和充電過程三個(gè)方面來介紹蓄電池的工作原理。 37 四、蓄電池的工作原理及特性 1．蓄電池的工作原理 蓄電池的工作過程就是化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換過程。 2)℃ 的條件下，以 25 A的額定電流恒流放電至單格終止電壓 V(整個(gè)電池終止電壓為 V)時(shí)的放電持續(xù)時(shí)間，稱為蓄電池的儲(chǔ)備容量，單位為 min。 35 3) 儲(chǔ)備容量 儲(chǔ)備容量表示在汽車充電系統(tǒng)失效時(shí)，蓄電池能為照明和點(diǎn)火系統(tǒng)等用電設(shè)備提供 25 A恒