铅酸蓄电池的基础知识.doc

铅酸蓄电池的基本知识富液铅酸蓄电池是由法国科学家普朗特于1859年发明，它由极板、铅和氧化铅及35%硫酸和65%水构成的电解液组成目前广泛应用于汽车、船舶、原动机等一、 基本概念电压：电压是用于描述做功势能的电气测量方法，单位为伏特电流：电流是测量有多少电子流过导体的测量方法，单位为安培功率：功率是电压和电流的乘积，单位为瓦特单体电池：单体电池是电池的最基本单个部件它们由装有可相互作用的电解液和铅极板的容器构成电池电压：铅酸电池的额定电压取决于串联连接的单体电池数量每个单体电池提供2伏的额定电压，那12伏的电池通常由6个单体电池串联组成充电状态：描述电池充电程度的指标，表示为介于完全充电和完全放电的差值的百分比实际电压与电池充电的相互关系取决于电池温度充满电的时候，冷的电池有比热的电池有低一些的电压完全（100%）充电状态：电池内所有可利用的活性物质全部转变成完全充电的状态过度充电：完全充电后仍延续的充电，它造成极板碎裂和脱落这些活性物质的颗粒落到电池底部，容易造成短路过度充电也大大地增加了发热和失水放电深度：放电深度是测量电池放电有多深的一种方法当电池100%充满时，那放电深度为0%。

相反，当电池100%放空，放电深度为100%电池平均放电越深，所谓的循环寿命越短 例如，起动用电池不是用于深放电（不多于20%放电深度）确实，按其设计来使用，它们几乎不完全放电；发动机起动是高能量密度的，但持久时间非常短过度放电：电池的放电超过某一规定的限度，容易造成硫酸盐化大多数电池厂家提倡在重新充电前不使电池放电超过50%电池（存储）容量：电池的容量是尝试对额定电压下可存储的、可使用能量数量的量化，单位为安培小时（Ah）例如，一个100安培小时的电池能提供5安培电流达20小时，20安培电流达5小时等同样地，一个电池物理容积越大，其总存储容量越大当电池并联时，存储容量相叠加；而电池串联时，电压相叠加例如可选择购买12伏电池或通过几个电压低一些的电池/单体电池串联来建立一个12V系统2个6伏、100安培小时的电池并联具有6伏、200安培小时（或1200瓦小时）的总存储容量并联的12伏电池组成的电池组可经常见到串联的电池组更复杂一些4个6伏电池按2“串”12伏直流接线，然后并联此系统利用6伏，100安培小时的电池得到具有在12伏、200安培小时或2400瓦小时的存储容量充电率/放电率是蓄电池充电时/放电时的电流值，单位为安培。

通常我们用C/XX表示，C是电池额定容量，XX指的是以一个恒定的电流使一个电池完全放电的小时数例如，一个100安培小时的电池，如果你把它的安培小时数除以10小时，那你得到一个10安培的充电（或放电）率10安培是一个100安培小时的电池的 C/10 充电(或放电)率看看另一个500安培小时容量的电池，C/10率为50安培2个不同容量电池之间的充电（或放电）电流的绝对值是不同的，但对电池电压的影响是相同的电流与电池容量的成相同的比例实际）可用容量与（额定）总容量容量是在规定的条件下完全充电的电池能够提供的电量，单位为安培小时由于电池依靠化学反应来产生电能，它们的可用容量部分地取决于你试图相对于它们的总容量，多快地给电池充电或使之放电总容量是测量电池可存储多少能量的方法，常简略地用C表示实际）可用容量始终小于总容量典型地，一个电池的安培小时容量是以让它在20小时内（也就是我们所说的C/20率）放空的放电率测量如果你试图以快于C/20的速度使一个电池放电，会有较小的可用容量，反之亦然偏离C/20率越远，可用容量（相对于总容量）的差异越大储备容量是电池在其可用容量完全耗尽前可维持负荷多长时间（分钟）的测量方法。

它是一个完全充满电的额定电压为12伏电池在25℃±2℃下以25安培的电流放电直至10.5±0.05伏时的分钟数储备容量也分为额定储备容量和实际储备容量低温起动电流（CCA）是在蓄电池完全充电后1h-5h内，（对于12V电池而言）在-18±1℃下放电5s，端电压不低于9.00V,放电60s端电压不低于8.4V时的最大电流这个指标对在寒冷天气下工作的起动用电池尤其重要起动电流（CA）是在蓄电池完全充电后，（对于12V电池而言）在25±5℃下放电5s，端电压不低于9.00V,放电150s端电压不低于6.00V时的最大电流转换效率是指电池把电量转化为化学能和化学能转化为电量的能力系数越高，能量转化为热越少，电池可在无过热情况（其他条件相同的情况下）下充电越快电池的内阻越低，电池转化效率越好铅酸电池的转换效率通常在85%-95%之间电池寿命是当电池不再保持合适的电量（例如电池短路）或可用电池容量为额定的容量时的80%或以下时，电池厂家就把它确定为电池的寿命终结铅酸电池的寿命通常有几个因素所限制：· 循环寿命是测量电池在其铅极板隔栅/极板预期失效和短路前能进行多少次充电和放电循环的一种方法平均放电深度越大，循环寿命越短。

· 由于电池内的化学成分侵蚀铅极板，龄期的长短也对电池有影响电池的“生活条件”越健康，它们为你服务的时间越长铅酸电池在充满电状态下适合于保存在一个阴凉的地方只购买最近生产的电池，故要弄清每个电池上所印的日期编码电池在仓库中搁置越长时间，它服务你的时间就越短由于铅酸电池在充满电时不会冻结，在冬天时可存放在冷的地方，使之寿命最大化· 硫酸盐化是对未充满电电池的一种持久的威胁在这些电池中会形成一层硫酸铅并妨碍给电池充/放电的电化学反应在正常放电过程，在孔隙中和在铅酸电池内部的正极和负极表面上形成柔软的硫酸铅晶体当电池停留在一个放电状态、持续地充电不足或电解液低于极板顶部，某些软的硫酸铅重新结晶成硬硫酸铅在随后的重新充电期间它不能重新转化这个硬的晶体产生通常称为“铅硫酸盐化”它是造成多数铅酸电池失效的原因硫酸盐化发生时间越长，硫酸铅的晶体就会变得越大越硬正极板会变浅褐色，而负极板会暗淡、成灰白色这些晶体减低了电池的容量和重新充电的能力寄生负荷是电池安装在车辆等设备上、即使电源关闭时在电池上出现的恒定电负荷此负荷来自于电器（例如时钟、安全系统、维持无线电台预设定等）的连续工作由于寄生负荷和自然自放电，当长期存放时，铅酸电池放电时出现永久的硫酸盐化。

当切断负极电池线时，将消除寄生负荷，它对电池的自然自放电无影响自放电是随温度（增加）而加速因此对于不在使用中、放置在经销商货架上的、或在停泊的车辆中，尤其在高温下的铅酸电池，硫酸盐化可成为一个大问题如果电池进行均衡化，很多电池可从回收堆中拯救过来硫酸盐层在电池铅极板上形成阻挡层，它妨碍存储和放出能量的能力恒流充电：通过调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，使充电电流维持在恒定值下的充电方法两阶段充电：开始以某一电流充电，并在一预定点后以较低的电流充电的一种充电方式例如某一电池要补充100安培小时的电量，你先以30安培充电一段时间，当电池达到80%的充电状态时改为6安培充电电流 恒压充电：使电池端子间的电压维持在恒定值、电流随着蓄电池端电压的逐渐升高而逐渐减少的充电方法一些较好的充电器有限流装置，充电方式也称为改进型恒压充电急充电：以高的电流率、短时间进行的一种部分充电均衡（化）充电是使用可控制的过充电来击碎硫酸盐层并达到所有单体电池电解液的比重相同的最后手段，是一种延续充电这个过程会导致电池电解液沸腾并析出气体，因此它只应在严格监督下和采取适当防护措施下进行涓流（浮）充电是一种为了补偿电池自放电，使电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电方式。

析气是以电解液运动为特征的电解作用所引起的气体的形成当你试图以快于电池可吸收能量的速度给电池充电，它们开始析出气体过度的能量转化为热，然后会导致电解液沸腾和蒸发电池中蒸发掉的电解液可通过可拆卸盖子来添加通常在80-90%的充电状态下开始出现析气，出现少量析气是正常的，但大量析气就表明过度充电，应停止或减小电流热失控是在恒压充电期间发生的一种临界状态，此时电池的电流及温度发生的一种累积的、互相增强的作用并逐渐增强导致电池的损坏这是电池充电太快时会发生的一种非常危险的情况析气的其中一种副产品是氧气和氢气当电池热起来时，析气率增加且周围的氢气爆炸（的机会）可能变得越来越大高的氢气浓度所造成的危险是要求电池安装在单独的、排气良好的区域的原因之一二、 铅酸电池的工作原理铅酸电池是利用可逆化学反应来存储电能的装置，它使用铅极板或板栅和构成电解液的稀释硫酸的组合来将电能转化为潜在的化学能，然后反过来又把化学能转化为电能充放电反应方程式：充电时正极 PbSO4 + 2H2O —→ PbO2 + HSO4- + 3H+ + e-负极 PbSO4 + H+ + 2e- —→ Pb + HSO4-合起来的反应方程式：2PbSO4 + 2H2O + 能量—→ Pb + PbO2 + 2HSO4- + 2H+电解液（水→硫酸），比重增大充电电流极板PbSO4→海绵状铅极板PbSO4→PbO2充电器放电时刚好相反： 正极 PbO2 + HSO4- + 3H+ + e- —→ PbSO4 + 2H2O负极 Pb + HSO4- —→ PbSO4 + H+ + 2e-合起来的反应方程式：Pb + PbO2 + 2HSO4- + 2H+ —→ 2PbSO4 + 2H2O + 能量放电电流电解液隔板电解液（硫酸→水），比重降低海绵状铅→PbSO4极板极板负荷充电时来自充电器的充电电流流过电池端子正负极, 正极板处的PbSO4转化为PbO2，在负极板处PbSO4转化为海绵状的Pb。

充电结束后，电池处于饱和开路状态，相当于一个电源当电池与负载相连接时，它就处于放电状态，正极板处的PbO2转化为PbSO4，在负极板处海绵状的Pb转化为PbSO4在此过程中电解液提供放电化学反应所需的硫酸根正负极由活性物质PbSO4.Pb，转变为PbSO4，其电量随着放电的进行逐渐减少 在充电时，电解液的比重不断上升在放电时，电解液的比重不断下降上述充放电反应可循环进行，故铅蓄电池重复使用很多次三、 铅酸电池的分类与结构1. 类型铅酸电池都是按特定用途制造，结构上也不相同广义地说，分为2大类：起动用电池和深循环电池起动用电池用于使内燃机起动运转它们在短时间内非常快释放很大能量，铅极板非常薄但是，它不容许放电很深，因为对于起动机电流所需的薄铅极板在深放电和重新充电循环下很快退化大多数起动用电池在被不可逆转性损坏之前只容许完全放电几次深循环电池（也称为牵引用电池）有使它们更好地承受深放电的较厚铅极板它们不能如起动用电池那样快释放电荷，但也可用于起动内燃机铅极板越厚，寿命越长电池重量是用于一个电池中铅极板厚度的简单指标一个已知组尺寸的电池越重，极板越厚，电池容许放电越深上述两类电池除了极板厚度、数量的不同外，其极板的活性成分也是不同的。

某些“船用”电池为起动和深循环双用途电池但是，起动用途所需的薄极板也兼顾了深循环性能因此除非空间/重量限制外，这样的电池不应深循环，且应避免深循环使用2. 结构铅酸电池按结构型式分为：常规（富液）和阀控（VRLA—Valve-Regulated Lead Acid）电池富液（湿式）电池是电解液为普通硫酸溶液的电池，分为密封电池和开口电池密封电池是其电解液不能补充，当因充电、长时间使用或环境热导致足够多的电解液蒸发时，电池就。