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蓄电池的工作特性与功能详解

来源:电工天下   编辑:小电工发布时间:2016-02-24 07:23:35

蓄电池的工作特性

蓄电池的工作特性包括蓄电池的电动势、内电阻以及充、放电特性。

1、静止电动势

静止电动势是指蓄电池在静止状态(不充电也不放电)下正负极板之间的电位差(即开路电压),用正表示。

它的大小与电解液的相对密度和温度有关,当相对密度在1、050~1、300的范围内时,由下述经验公式计算其近似值:
E0=0.85十25摄氏度的电解液相对密度(1—8)

汽车用蓄电池的电解液相对密度在充电时增高,放电时下降,一般在1、12~1、30之间波动。

因此,蓄电池的静止电动势也相应地变化在1、97~2、15V之间。

2、内电阻

蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力。在相同的条件下,内电阻越小,输出电流越大,带负载能力越强。蓄电池的内电阻为极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条和极柱电阻的总和,用R0表示。

极板电阻一般很小,并且随极板上的活性物质的变化而变化。充电后电阻变小,放电后电阻变大,特别是在放电终了,由于有效活性物质转变为硫酸铅,则电阻大大增加。

隔板电阻因所用的材料而异。木质隔板比微孔橡胶隔板、微子L塑料隔板的电阻大。另外,隔板越薄,电阻越小。

图1—5所示为电解液内阻随相对密度变化的关系曲线。相对密度为1.2时(15摄氏度),硫酸的离解度最好,粘度较小,电阻也最小。
 
蓄电池的工作特性 
连接条电阻与单体电池的连接形式有关。传统外露式铅连接条电阻比内部穿壁式、跨越式连接的电阻要大。

一般来说,起动型铅蓄电池的内电阻是很小的(单体电池的内电阻约为0、011欧姆),在小负荷工作时对蓄电池的电力输出影响很小,但在大电流放电时(如起动发动机时),如内阻过大,则会引起端电压大幅度下降而影响起动性能。

全充足电的蓄电池在温度为20'C时的内阻可按下述经验公式计算其近似值
R0=Ue/(17.1*C20)(1—10)

式中,Ue是蓄电池额定电压,单位为V;C20是蓄电池额定容量,单位A·h。

3、充电特性

蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中,蓄电池的端电压U,和电解液密度等参数随充电时间变化的规律。

图1—6所示为一只6-Q-105型蓄电池以10.5A的充电电流进行充电的特性曲线。
 
蓄电池的工作特性

充电时电源电压必须克服蓄电池的电动势正和蓄电池内阻产生的电压降ICR0,因此,充电过程中蓄电池的端电压总是大于蓄电池的电动势正,即:
UC=E+ ICR0 ?(1—11)

由于采用恒流充电,单位时间内所生成的硫酸量相等。所以,电解液相对密度随时间成直线上升,静止电动势正。也由于相对密度的不断上升而增加。

由图1—6还可看出,在充电开始后蓄电池的端电压U,便迅速上升,这是因为充电时活性物质和电解液的作用首先是在极板的孔隙中进行的,生成的硫酸使孔隙内的电解液相对密度迅速增大所致。以后随着生成的硫酸量增多,硫酸将开始不断地向周围扩散,当继续充电至极板孔隙内析出的硫酸量与扩散的硫酸量达到平衡时,蓄电池的端电压就不再迅速上升,而是随着整个容器内电解液相对密度的上升而相应地增高。

当充电接近终了时,蓄电池端电压将达到2.3~2.4V,这时极板上的活性物质最大限度地转变为二氧化铅(Pb02)和海绵状铅(Pb),再继续充电,电解液中的水将开始分解而产生氢气和氧气,以气泡的形式剧烈放出,形成所谓的“沸腾”状态。

由于氢离子在极板上与电子的结合不是瞬间完成而是缓慢进行的,于是靠近负极板处会积存有较多的正离子H+,使溶液和极板之间产生了附加电位差(也称氢过电位,约0.33V),因而使端电压急剧升至2.7V左右。此时应切断电路停止充电,否则,将造成蓄电池的过充电。

过充电时,由于剧烈地放出气泡,会在极板内部造成压力,加速活性物质的脱落,使极板过早损坏。所以,应尽量避免长时间的过充电。但在实际充电中,为了保证将蓄电池充足,往往需要2~3h的过充电才行。

全部充电过程中,极板孔隙内的电解液密度比容器中的电解液相对密度稍大一些。

因此,蓄电池的电动势E总是高于静止电动势Eo。充电停止后,由于Ic=0,端电压Uc立即下降,极板孔隙内电解液和容器中的电解液密度趋向平衡,因而蓄电池的端电压又降至2.1V左右。

蓄电池充电终了的特征是:
1)蓄电池内产生大量气泡,呈“沸腾”状。
2)端电压和电解液相对密度均上升至最大值,且2—3h内不再增加。

4、蓄电池的放电特性
蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中,蓄电池的端电压Uf和电解液相对密度p等参数随时间而变化的规律。图1—7所示为一只6一Q一105型蓄电池的放电特性曲线。

由于放电过程中电流是恒定的,单位时间内所消耗的硫酸量相同,所以,电解液的相对密度沿直线下降。相对密度每下降0.03~0.038,则蓄电池约放电25%。

放电过程中,由于蓄电池内阻R。上有压降,所以,蓄电池的端电压仍总是小于其电动势E,即
Uf=E-If*R(1—12)

式中, Uf是放电时蓄电池的端电压;E是放电时蓄电池的电动势;If是放电电流;R是蓄电池的内阻。

随着放电程度的增加,电解液相对密度不断下降,电动势E也下降,同时内阻R。增加,故端电压Uf将逐渐下降。放电时由于孔隙内的电解密度小于外部电解液密度,因此放电时的电动势E总是小于静止电动势E。
 
蓄电池的工作特性
 
由图1—7中可见,放电开始时,其端电压从2.1V迅速下降,这是由于极板孔隙中的硫酸迅速消耗,密度降低的缘故。这时容器中的电解液便向极板孔隙内渗透,当渗入的新电解液完全补偿了因放电时化学反应而消耗的硫酸量时,端电压将随整个容器内电解液相对密度的降低而缓慢地下降到1.95V。

接着电压又迅速下降至1.75V,此时应停止放电,如继续放电,电压将急剧下降。这是由于放电接近终了时,化学反应深入到极板的内层,而放电时生成的硫酸铅较原来活性物质的体积为大(是海绵状铅的2.68倍,是二氧化铅的1.86倍),硫酸铅聚积在极板孔隙内,缩小了孔隙的截面积,使电解液的渗入困难,因而极板孔隙内消耗掉的硫酸难以得到补充,孔隙内的电解液相对密度便迅速下降,端电压也随之急剧下降。

当端电压降至一定值时(20h放电率单格电压降至1.75V)再继续放电即为过度放电。过度放电对蓄电池是有害的,因为孔隙中生成的粗结晶硫酸铅,充电时不易还原,而使极板硫化,容量下降。
停止放电后,由于极板孔隙中的电解液和容器中的电解液相互渗透,趋于平衡,蓄电池的端电压将有所回升。

蓄电池放电终了的特征
1)电解液相对密度下降到最小许可值(约1.1)。
2)单体电池的端电压降至放电终止电压(以20h放电率放电,单格电压降至1.75V; 10h放电率放电,单格电压降至1.7V)。
容许的放电终止电压与放电电流强度有关,放电电流越大,则放完电的时间越短,而允许的放电终止电压越低,见表1—2。

蓄电池的工作特性

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