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发表于 2009-3-18 17:27:34
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来自： 中国广东汕头
所谓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：
; _" x, h' H- a2 v3 [9 h0 W# p阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质 , R L( l$ p5 J$ J& g7 U5 f
阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
' \+ |5 ^& y: M9 ~电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O
* T" s% C4 B; E" f8 b$ @7 u: l; U9 ^电池外壳
9 }. c6 Q) [, [. Q) d- |; f隔离板
! M) ?. J S, i) }5 l其它(液口栓.盖子等)
; u6 ?: ]3 i% @9 {2 B一、铅蓄电池之原理与动作
$ V0 e, o. U4 X# U" d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： : n7 G3 `+ W2 K# Q
(阳极) (电解液) (阴极) " F4 s9 ^, \% {* `. F
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应) ! X" k( m" k2 V0 s7 t( n
(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)
+ K( o3 c/ t' K6 W* X* l(阳极) (电解液) (阴极)
' ~) F+ u7 O4 Y, C/ [: ?; pPbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)
2 J" l$ ?9 j+ _, m4 N" Q" ~(硫酸铅) (水) (硫酸铅) . }' r4 F/ U# B
1. 放电中的化学变化
' Q. d W+ a8 M- U" d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。
% U1 `( Y# m4 [( n. C$ u2. 充电中的化学变化 : j; T* J6 y. y; p" V
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。 8 |3 Y% Q& ~8 M- W
二、电动车用蓄电池的构造
9 p3 Y! Y. z, r" v; K7 L; D+ l电动车用蓄电池,必须具备以下条件: 3 R# L2 D, g$ B) V
◎ 高性能 . O: I2 ?- m9 v: N
◎ 耐震.耐冲击 & P; e2 G5 I# T. a' G6 n n+ z! u- z& L
◎ 寿命长
4 C7 B1 M( p3 |( P◎ 保养容易
! z2 }% @" L% n' D# q6 ~( U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。 ! a u6 ~. B; V& }0 v
1.极板
" y6 n0 X3 H/ r" @3 J% Y2 E) c: E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。
6 b( S! _, g) a& s5 v# W T- P; f& F4 L
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。
8 i& a+ [! j: E2 h4 Z) Y# ?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。
# C$ Y0 c5 _# U% Y; X3 P% ]% p2.隔离板 ( ~2 R, t' l t# P2 W; |
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。 8 v) l, l" M% C$ ]- u2 m, ]9 o: R
3.电池外壳 2 c j% j+ p6 f8 W ~, F
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 }9 V ^# u' {* a4.电解液
3 S: m9 |3 [6 O6 D: d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。
r1 e4 l4 b# r( m# D6 q& h5.液口栓 + _8 T. V! z1 s% Y8 l: n/ R
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。
/ d6 [: @. q/ d, M+ W三、蓄电池的容量 / ~" c- @ V0 J% h4 e
电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：
9 i; r: [3 z9 \, h) ~/ E, K◎ 电解液比值 1.280/20℃
. P3 \: q w; J0 x" b a◎ 放电电流 5小时的电流 2 Z2 Z5 Q* R) y& V3 u# |. s
◎ 放电终止电压 1.70V/Cell
! n. K8 R1 c. k6 o# I◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ $ d7 A5 w6 f3 R. I" c5 H8 N
1.放电中电压下降
/ `- \9 Q5 B6 T. q* D$ w w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：
" x. \5 t! S' p7 g(1)V=E-I.R
: F- e' H- b" X6 i' f. S( aV：端子电压(V) I：放电电流(A) 5 b- v: E7 R/ Q3 t$ R5 K1 P: Y- b; ?
E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω) 2 f$ Y* b+ u |
(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。
/ p( M! X# K/ T7 }. m(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。 & o; F- B( W; @+ _" X) M4 e* y
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 S3 W6 Z- e0 t: }( m6 @+ l. `
2.蓄电池之容量表示 1 X0 H9 K/ U6 B% }; e: h8 Y- ~
在容量试验中，放电率与容量的关系如下：
$ Z" k& z. S0 D, w- E n5HR....1.7V/cell # }2 z K. \7 C r" a$ U
3HR....1.65V/cell ( B- `/ F6 |4 @5 a
1HR....1.55V/cell - i) l! i3 }$ ]9 s4 ]
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。
: y+ `# D& Z. x% b1 W0 R4 x1 k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。 , G3 K5 e! r3 |9 N' I9 }% X
3.蓄电池温度与容量 + [0 X2 a- K8 J/ Y; F5 ~
当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。 . f9 C1 N5 d& L9 m& C# j$ C) {
(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。 ) R7 l. Z* g: `0 O3 {8 N% c
(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。
! h6 {4 S0 w4 U" r- k, y因此: ( Y: J; ]4 G2 i5 A
(1)冬季比夏季的使用时间短。 # @; F2 W! u, T6 I3 [0 T
(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。 3 n2 N0 |2 R) X2 c! j9 N; F
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。 3 }" B+ Z* M- k: k* N
4.放电量与寿命
7 N" a) G. i3 X$ X: M8 }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。 8 l( J+ U9 s4 X8 O2 p; D
5.放电量与比重 # Q A! I* d, y: q5 D6 S
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。 * c( `4 R# h0 H
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。
4 y* Y8 O9 f) B0 p- N6 B6.放电状态与内部阻抗
; q# e# |& F) q/ j4 M3 y* L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。
; E! s! s q9 A3 Z! V# i8 S! @7 A. i★白色硫酸铅化
: T* H8 h9 q$ z \. ^* [8 s, i+ g7 f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。 * C$ w; O, V4 K7 c7 M! {
7.放电中的温度 % A& `! C4 j3 Q. {
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。
_5 S, x6 z: l: Y: Y [( y四、充电的管理 2 J! s0 U5 {2 Y8 S( T
1.蓄电池的充电特性
3 O0 a) t' W* g$ f: W蓄电池充电的端子电压如下式表示 ( U0 `( a v$ S1 \. l( A# C4 X
V= E+I.R，在此
`8 ^* O p( {0 i3 G& XE=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
1 s: x+ ], d! g3 f2.蓄电池温度与寿命
: U) T! e$ K2 G, V7 k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：
9 f( t# z( l& l9 I$ Y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。
7 K+ \8 _; l! v* O3 w' {$ V3.充电量与寿命
( \5 L# q! S; ?$ W# ?$ D蓄电池所须之充电量为放电量的110~120%.放电量与蓄电池寿命具密切关系,假设充电量为放电量120%时的电池，使用寿命为1200回（4年），则当电池的充电量达放电量之150%时，则可推算该电池的寿命为： 1 ^+ A3 N) i# M
1200回×120/150=960回(3．2年) , Z- T3 U" ^4 N# n
又，此150%的充电,迫使水被分解产生气体，电解液遽减，将使充电终点的温度上升,结果温度上升造成耐用年限缩短。此外，充电不足即又重复放电使用，则会严重影响电池寿命。
4 I" p3 q% W* e' H, b! E& w! Y- O◎ 堆高机举重时，若电池温度保持在10~40℃之间，其充电量亦维持在110~120%者，最能延长电池寿命，此时充电完成之比重，其20℃换算值约为1．28。 % l4 m" q1 u3 I6 a. C
4.气体的产生与通风换气 ! K3 d ~% O3 @+ K( S' |6 w
充电中产生的气体为氧与氢的混合气，氢气具爆炸性，若空气中氢气达3.8%以上，且又近火源，则会发生爆炸。充电场所必须通风良好，注意远离火源，避免触电。
" ?! }, A( |: O五、电解液之管理 * ?4 f, e0 w; a' i% r: E8 T/ A
1.比重测定
/ `' G1 K9 }. z" Z测量比重时，须使用吸取式比重计将电解液缓缓吸入外筒，从浮标之刻度即可测知比重。 % b5 V9 d" p9 J2 ^+ O
铅蓄电池之电解液比重会随温度改变而变化，电解液比重乃以摄氏20度时的比重为标准，因此比重计上的读数，必须换算为摄氏20度时之标准比重。当温度变化摄氏一度时，则比重即变化0.0007，因此，在测量比重的同时，必须测量温度，测温时，请使用棒状酒精温度计。 9 i7 f! j3 _5 A
该温度t℃时所测之比重为St，则以下式换算标准温度20℃时之比重S20，
# j6 v$ _6 K3 l8 Y; ~S20=St+0.0007(t-20) # x7 c0 v i& c! i. d7 B, ^
S20...为换算成20℃时的比重 6 [( `# I. p2 o4 B' P4 Z
St....为t℃时所测之比重
6 X, C) u. D5 V+ m/ \. at.....为测得电解液之实际摄氏温度
$ P' E3 y& S; F% I) Z例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。
4 r/ A* k) C% i3 Z0 Y% D2.纯水之补充
$ [ S- Q, S" M s: f重复放电时，电解液面会缓缓下降，因此定期检视电解液液位，随时补充纯水，以维持适当之液位，若因忽略补水，而露出极板，则会伤害极板。蓄电池用纯水的标准按日本蓄电池工业会SBA4001的规定如下： 1 i9 x, r! k( G( m/ q8 ^; o: o
项目 # ?; b9 `' _% g
单位
) S: A) T4 S L3 z' Y" L$ j0 M, ~! T# V规格 6 S4 z& D' K- P3 Q, S
( D9 S0 u2 l- L4 m! M8 Z浊度 7 v# T* n, @3 v3 [7 `' i
－ ' x& o6 M& `9 S z
无色透明
* _; Z [! U/ _) x* h+ [9 M9 K4 m( d! d: s
液性 : ^- \, y4 T9 ~& Z" {7 [ Y
－
! C# F8 W: v( P- `/ A中性 8 {% ]5 ?3 R5 D! L( b# s: z$ H
' }) k% \0 ]3 o: v) M导电度 μυ/cm 10以下 氯(C1) % 0.0001以下 铁(Fe) % 0.0001以下 硫酸根(SO4) % 0.0001以下 强热残分 % 0.001以下
3 r- Q% h# T8 X2 d其它 % 0.005以下
8 H ?; _* e) C# c+ L3.电解液中的不纯物与电池寿命
! ]5 X0 w- e9 n电解液中若含有硝酸、盐酸、亚硫酸、盐素、有机物等，则会腐蚀极板，加速缩短电池寿命，同时也会加速自我放电，此外，铜、镍、铁、锰亦会伤害电池导致自我放电量增加。 4 J8 g' L8 o8 t T0 U& f; h
蓄电池补充液位时，一定要使用纯水，用水冲洗电瓶时，一定要将电池帽盖紧以避免冲洗用水流入电瓶内。 3 {' |' |: a! N
4.补水过多所造成的弊端 ) w7 z: Z R2 B% k
补水时若超过最高液面（参照第4-1）则充电时就会发生满溢，而使稀硫酸成份流失，腐蚀电瓶箱,电解液比重偏低造成蓄电容量不足等。 1 A" Y; A' D5 J T6 N4 O
六、其它
h' r; z; ~8 l t3 k1.自我放电
4 S8 O3 b: u3 d7 o- `7 Y' n蓄电池当其内部发生纯化学反应，或因不纯物污染造成电化学反应，或长久不用皆会耗电，此即称为自我放电。自我放电之耗电程度乃视蓄电池构造温度、比重、不纯物，使用过等而有所不同，一般在一天内会放掉0.5~1%，蓄电池在使用前的保存期间就会自我放电，消耗蓄电量。
* ~# o% U7 ^5 q当蓄电池处于长期持续放电状态时，则一旦形成白色硫酸铅化，则即使再充电，也无法恢复其容量。库存期间务必每1个月就充电一次。 % K& o0 q' n0 C) m) y$ W6 q
' y# ?: W' i8 J5 B' Z7 O" k% i# Y
2.电瓶寿命终期的判定 % X" N# e$ s8 t) v/ d
蓄电池到寿命终期，其容量就会减少，至于其容量在数字上退减的程度为何？则可依容量试验测定之。
2 Y" ?' O3 ]9 p% ?放电前必须确定电池的比重与电压已达最高值，然后再持续充电1小时，才能完全充电。 : T8 H' T- x# J5 L
充电终期是将比重调整到1.28±0.01(20℃)液面亦维持在规定液面的标准。 , }4 Q; I7 O( D
放电开始时期：充电完全放置1小时后。 2 H/ K a4 M$ p' U& ~
放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A) $ u2 V# h. N( J8 @7 n' w
放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V) ' }5 D% ^3 i1 }) b6 A7 l
容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间
. a+ J" Y, }0 h- _2 d) r: V' S$ t% L F. f2 o& `: m% D
[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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