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统一蓄电池的原理与构造

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-04-22  浏览次数:1089
核心提示:所谓统一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:  阳极板(过氧化铅.PbO2)

所谓统一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: 
阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质
阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
电解液(稀硫酸) ---> 硫酸(H2SO4) + 水(H2O)
电池外壳
隔离板
其它(液口栓.盖子等)
一、铅蓄电池之原理与动作     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:
(阳极)  (电解液)   (阴极)
PbO2  +  2H2SO4  +  Pb  --->  PbSO4 + 2H2O + PbSO4   (放电反应)
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)  
(阳极)    (电解液)  (阴极)
PbSO4  +  2H2O   +  PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb  (充电反应)
(硫酸铅)  (水)      (硫酸铅)
1. 放电中的化学变化
    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。
2. 充电中的化学变化
    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。 
二、电动车用蓄电池的构造
电动车用蓄电池,必须具备以下条件:
◎ 高性能
◎ 耐震.耐冲击
◎ 寿命长
◎ 保养容易
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。
1.极板
    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。
    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.
    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。 
2.隔离板
    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。
3.电池外壳
    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。
4.电解液
    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。
5.液口栓
    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。
三、蓄电池的容量
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之:
◎ 电解液比值      1.280/20℃
◎ 放电电流       5小时的电流
◎ 放电终止电压     1.70V/Cell
◎ 放电中的电解液温度  30±2℃
1.放电中电压下降 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:
(1)V=E-I.R
V:端子电压(V)    I:放电电流(A)
E:开路电压(V)   R:内部阻抗(Ω)
(2)放电时,电解液比重下降,电压也降低。
(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。
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。
2.蓄电池之容量表示
在容量试验中,放电率与容量的关系如下:
5HR....1.7V/cell
3HR....1.65V/cell
1HR....1.55V/cell
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。
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。
3.蓄电池温度与容量
当蓄电池温度降低,则其容量亦会因以下理由而显著减少。
(A)电解液不易扩散,两极活性物质的化学反应速率变慢。
(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。
因此:
(1)冬季比夏季的使用时间短。
(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。
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。
4.放电量与寿命
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。
5.放电量与比重
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。
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。
6.放电状态与内部阻抗
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。
★白色硫酸铅化
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。
7.放电中的温度
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。
四、充电的管理

1.蓄电池的充电特性
蓄电池充电的端子电压如下式表示
V= E+I.R,在此
E=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
2.蓄电池温度与寿命
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:
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。

 
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