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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：
' O- T8 ?/ H) c i, z$ \阳极板(过氧化铅.PbO2)---> 活性物质 # n& Z2 d) b- [1 \+ w- |. \% ?
阴极板(海绵状铅.Pb) ---> 活性物质
) X" H/ w. N: p% ?" ~0 ]电解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O 7 L. K- l& Q# Y; q( g' Y
电池外壳
6 z, ]" l8 c- H1 \隔离板
7 R& k# B \: n; @1 e其它(液口栓.盖子等)
& r1 W' K* W3 c2 l# S一、铅蓄电池之原理与动作 * _4 h* H$ R) d9 y2 h
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： 4 G3 P& u* y) Q d1 C3 i
(阳极) (电解液) (阴极) ' @0 {0 ^# ~3 u$ I+ W
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)
X& }* q, b/ K0 X1 e2 m(过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) & z- Y3 l5 I, p0 P" ~, }9 H7 p5 |
(阳极) (电解液) (阴极) * M; [% ?% K& s$ c' n
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)
b* g! S3 k A6 S1 [" i(硫酸铅) (水) (硫酸铅) 0 Q9 x3 m- J& V) v% ^
1. 放电中的化学变化
: c( F# M: ^" q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。 + k, r' z. m( b% I6 [
2. 充电中的化学变化 4 _7 ?& }. F( Y( j- z1 I" V9 J
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。
1 Q+ z5 V& I* E+ P/ G# G二、电动车用蓄电池的构造 & G& O4 `# @# v5 f* S
电动车用蓄电池,必须具备以下条件: 4 k, A2 j; p% k r8 V) O4 G3 z
◎ 高性能 / `7 X5 u+ s$ B3 t9 k5 ~3 B! }
◎ 耐震.耐冲击
; ~1 \ V! \% ^ F! D- D◎ 寿命长
7 @* `% F) T' K# l8 [% g◎ 保养容易
* H1 Z8 M% g3 n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。 3 d! K" w6 D3 U; U1 F: d+ Y
1.极板 0 B" [( H6 S7 r3 b% W% A
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。 ' g% ]6 A. }# d+ u+ T
! @4 C6 q+ ]7 E" ?- T5 c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。 / T! L- @# ^. _* L4 Z
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。 : |( ^4 k" X& z/ n( B) w: p
2.隔离板 0 g( R3 t& I; Q; H8 j
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。
* o* Q# M5 X0 ~0 o5 K/ p3 O O$ k& ]3.电池外壳
# C9 ~3 s$ T2 }6 }' r) K$ _1 T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。 7 Y- R9 R& g" z& V5 g d8 i: a' [
4.电解液 5 h4 T- _3 I8 ^
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。
, F7 X+ W1 A& y { N3 @5.液口栓
3 P% m, s" p' y" n5 H l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。 ! R! `. M' t# i( n9 P
三、蓄电池的容量
3 Q& x; \$ G3 {) [" A电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之：
6 x$ o) _, J. ^* U" T% G% e◎ 电解液比值 1.280/20℃ 1 U# w" g# |& k# D2 f7 _
◎ 放电电流 5小时的电流
1 n% ]5 t, E) p; n: W4 K◎ 放电终止电压 1.70V/Cell 3 W* w2 m4 b: y3 n n( f3 J1 f3 m! L
◎ 放电中的电解液温度 30±2℃ 3 Y' y- e* C8 ?
1.放电中电压下降 . r+ r4 d: Z! m% c( \! q/ T* C' e
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：
! w! o4 G. ~9 M(1)V=E-I.R
- a, [, ]" G4 \" w# H1 XV：端子电压(V) I：放电电流(A) ( P, q' m3 {1 H
E：开路电压(V) R：内部阻抗(Ω)
& v1 X9 ~+ } o9 x! j(2)放电时，电解液比重下降，电压也降低。 - d. `) u2 J2 ~% D0 o
(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。 4 \7 V3 ~# u' q# f3 e0 X+ O4 c% S' b
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。
' c3 N: X9 G2 W3 N2.蓄电池之容量表示
2 Q8 o% S! ^: [2 b0 v8 O" Z在容量试验中，放电率与容量的关系如下：
0 ^5 F) H+ s) b- Q) f) p0 u& c5HR....1.7V/cell & ?- a7 f$ j8 O" r1 q- s
3HR....1.65V/cell
5 ^4 o5 m1 I! Q# N: x1 |6 ?' O! `! R1HR....1.55V/cell 8 I. M2 `9 p" {: A' v
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。
W0 x1 u( e8 Y( c- z! C+ d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。 v1 p5 g& @0 i+ v3 u
3.蓄电池温度与容量 ( D& k- p, H3 ~) g1 ~# m
当蓄电池温度降低，则其容量亦会因以下理由而显著减少。
# o( S s/ j9 |- \(A)电解液不易扩散，两极活性物质的化学反应速率变慢。
5 A, ]2 X& D3 {% T3 m8 W# H(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。
% q/ f- F6 P, P6 X( q因此: ' r( ~5 H/ C) F9 M+ F+ {
(1)冬季比夏季的使用时间短。
% e, Y& n1 Y4 x2 x. l" l- R(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。
~7 g) {. M6 s3 V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。
$ Q1 @. g6 l/ i% a. K$ z$ d4.放电量与寿命 1 u# h, ^& D5 |% Z$ n
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。
) z+ b5 o9 ]8 d5.放电量与比重 7 o+ a; J: f, [# a
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。
; h% K* j# m- ]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。 8 z; k7 @# X8 u) B) o5 O
6.放电状态与内部阻抗
( _# h+ Z# r0 B) z/ ?' u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。 $ }+ ?8 D, U; j. K* ^) p
★白色硫酸铅化
3 H7 r6 t. {* T/ ?! @- S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。
0 E$ s4 G+ ?( ~6 x) D- V7.放电中的温度
. Y; O" w! z6 Z4 c. t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。
: X+ z l% p2 o+ R四、充电的管理 # Y3 W, o! M/ q$ V* q0 P t! g# ]
1.蓄电池的充电特性
) C7 Z+ u8 p8 F- ^蓄电池充电的端子电压如下式表示
% U% `; v( O; e) n, DV= E+I.R，在此
; A9 S. i* B7 AE=电瓶电压(V) I=充电电流(A) R=内部阻抗(Ω)
$ s9 A, O/ v$ C% D3 j" n* J% Y! m2.蓄电池温度与寿命
7 s& h5 [, K% {6 j: 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：
8 ]' t6 ]% n# g0 l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。
4 \$ o! s" y% R* z7 p( D2 H9 F6 q3.充电量与寿命 ! G# z- x" }( f0 E2 e+ R% g+ |& Y
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：
% o% h7 e) @- ~- G# G1200回×120/150=960回(3．2年)
4 {! d7 O: Z! ?; H# i: `$ W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。 7 J$ ]1 @ G4 s
◎ 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。
0 |5 j8 L2 ^5 q, e+ ]1 ^6 {: g4.气体的产生与通风换气
9 A! f% ~! w" u$ b1 p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。 4 e+ E9 X" M3 _2 @6 m, ]
五、电解液之管理 ; E- R0 `& i" m+ s, w4 h3 F4 k! d Y* M; ?
1.比重测定 ' l5 [' A1 e7 z# b8 `; X6 a
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。
P {; _. M8 ^0 F, j$ c9 s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。
8 |8 Y" G4 |, w5 a9 |- @2 i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，
: p2 R4 F4 q" pS20=St+0.0007(t-20)
3 P/ o3 K* j( K9 K* L; R) A, ], pS20...为换算成20℃时的比重
, |9 b, o7 r6 V; P: h0 KSt....为t℃时所测之比重
" q( A, n9 |& H! f* U$ Q6 s3 ct.....为测得电解液之实际摄氏温度
$ ~" Q+ v& y4 O- J' {* i- n9 j例如：20℃时比重为1.280者，在10℃时变成1.287;30℃时，变成1.273。 s5 ~7 d7 I: o( ~/ {/ e4 t
2.纯水之补充 - q& Y0 v0 W9 d9 @' z
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： % D6 T. a, a. A1 t+ ~. R7 y
项目 4 Z0 n) S4 f% ]6 j7 ]
单位
/ {) L. f- w3 h# F0 X8 P规格
) ]7 u+ e! k, u2 Q% C% _* ^) F% C2 b5 J6 H
浊度
6 Z# I% I& D+ v' }0 T－ 4 ^$ d* M" `8 r: |
无色透明
. Z3 N; N' r& W8 N- K# N; E( O% G
$ @8 w4 m7 V) ~5 |5 l液性 0 }; j9 [5 w3 k3 G* C. d' {
－ * s6 @; T1 V8 h# p. N1 G) r
中性
5 |, ~4 p: J4 \6 c# B. ^% `
0 _1 d# U4 q$ R, f8 Y1 I. S! {' G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
0 x2 B2 }7 d( a8 `' L: w0 H# a其它 % 0.005以下 : i m6 V/ E0 j7 q% h$ Q
3.电解液中的不纯物与电池寿命 3 b# B2 F3 Z" ^# I9 _# 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。
/ ^& J8 y: l) J3 @! {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。 # T0 k2 y4 i0 p6 A8 W% y
4.补水过多所造成的弊端 , J( r5 M' U3 x
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。
; u, j) s! S6 W4 q0 I* x/ ? ^3 ~6 X六、其它 : O) A3 R k9 |: h7 |5 M; Q0 G) y* e
1.自我放电 8 _! A& [: q: R( R! @8 S
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。 6 L0 |# C$ m# _4 J: T( j6 x! V: B
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。
' w+ ?7 ^ m1 v7 d2 |: ^3 C3 G, \+ `! M# I3 G5 E
2.电瓶寿命终期的判定
$ T/ J, Q! g( B& O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。 6 s3 N3 x7 k$ G) D( f8 X
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。
, G8 ^. h7 |6 J- P3 `3 s! [ ^7 V) w- s- e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。 ' M4 p) E- Q# s& y6 r4 n" o- J7 Q
放电开始时期：充电完全放置1小时后。 + @1 O, x7 J1 b0 {( F" J/ J0 S7 p
放电电流：5HR规格容量的1/5(5HR400AH时固定电流为80A) & O# D3 _7 k! C
放电终止电压：平均1.7V/cell (24cell为40.8V，12cell 20.4V) # W' H$ Q2 p: j+ j
容量：放电电流×到达终止电压之前的放电时间5 k! k4 l9 x4 e' c# d' W+ m1 A9 Y
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[ 本帖最后由 cylzwx 于 2009-3-18 17:29 编辑 ] |
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