鉛酸蓄電池結構詳解鉛酸蓄電池結構詳解一、蓄電池的功用蓄電池種類較多，根據電解液不同，有酸性和堿性之分。由于鉛酸蓄電池內阻小，電壓穩定，在短時間內能供給較大的起動電流，而且結構簡單，價格較低，所以在汽車拖拉機上被廣泛采用。蓄電池為一可逆直流電源，在汽車拖拉機上及發電機并聯，它的主要作用是：（1）發動機起動時，蓄電池向起動機和點火裝置供電。起動發動機時，蓄電池必須在短時間內（5~10s）給起動機提供強大的起動電流（汽油機為200~600A。柴油機有的高達1000A）。（2） 在發電機不發電或電壓較低發動機處于低速時，蓄電池向點火系及其它用電設備供電，同時向交流發電機供給他激勵磁電流。（3） 當用電設備同時接入較多，發電機超載時，蓄電池協助發電機共同向用電設備供電。（4） 當蓄電池存電不足，而發電機負載又較少時，可將發電機的電能轉變為化學能儲存起來，即充電。（5） 蓄電池還有穩定電網電壓的作用。當發動機運轉時，交流發電機向整個系統提供電流。蓄電池起穩定電器系統電壓的作用。蓄電池相當于一個較大的電容器，可吸收發電機的瞬時過電壓，保護電子元件不被損壞。延長其使用壽命。二、蓄電池的構造車用12V蓄電池均由6個單格電池串聯而成，每個單格的標稱電壓為2V,串聯成12V的電源，向汽車拖拉機用電設備供電。蓄電池主要由極板、電解液、格板、電極、殼體等部分組成。1．極板極板分為正極板和負極板兩種。蓄電池的充電過程是依靠極板上的活性物質和電解液中硫酸的化學反應來實現的。正極板上的活性物質是深棕色的二氧化鉛（PbO2），負極板上的活性物質是海綿狀、青灰色的純鉛（Pb）。正、負極板的活性物質分別填充在鉛銻合金鑄成的柵架上，加入銻的目的是提高柵架的機械強度和澆鑄性能。但銻有一定的副作用，銻易從正極板柵架中解析出來而引起蓄電池的自行放電和柵架的膨脹、潰爛，從而影響蓄電池的使用壽命。負極板的厚度為1.8mm，正極板為2.2mm，為了提高蓄電池的容量，國外大多采用厚度為1.1~1.5mm的薄型極板。另外，為了提高蓄電池的容量，將多片正、負極板并聯，組成正、負極板組。在每單格電池中，負極板的數量總比正極板多一片，正極板都處于負極板之間，使其兩側放電均勻，否則因正極板機械強度差，單面工作會使兩側活性物質體積變化不一致，造成極板彎曲。2．隔板為了減少蓄電池的內阻和體積，正、負極板應盡量靠近但彼此又不能接觸而短路，所以在相鄰正負極板間加有絕緣隔板。隔板應具有多孔性，以便電解液滲透，而且應具有良好的耐酸性和抗堿性。隔板材料有木質、微孔橡膠、微孔塑料以及浸樹脂紙質等。近年來，還有將微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，防止活性物質脫落。3．殼體蓄電池的外殼是用來盛放電解液和極板組的，外殼應耐酸、耐熱、耐震，以前多用硬橡膠制成。現在國內已開始生產聚丙稀塑料外殼。這種殼體不但耐酸、耐熱、耐震，而且強度高，殼體壁較薄(一般為3.5mm，而硬橡膠殼體壁厚為10mm)，重量輕，外型美觀，透明。殼體底部的凸筋是用來支持極板組的，并可使脫落的活性物質掉入凹槽中，以免正、負極板短路，若采用袋式隔板，則可取消凸筋以降低殼體高度。4．電解液電解液的作用是使極板上的活性物質發生溶解和電離，產生電化學反應，它由純凈的硫酸及蒸餾水按一定的比例配制而成。電解液的相對密度一般為1.24~1.30(15°C)5．聯條車用12V蓄電池的6個單格電池之間的連接方法有兩種，一種是用裝在蓋子上面的鉛質聯條串聯起來，連條露在蓄電池蓋表面，這是一種傳統的連接方式，不僅浪費鉛材料，而且內阻較大，故這種連接方式正在逐漸被淘汰。第二種是采用穿壁式連接方式。蓄電池各單格電池串聯后，兩端單格的正負極樁分穿出蓄電池蓋，形成蓄電池極樁。正極樁標“+”號或涂紅色，負極樁標“-”號或涂藍色、綠色等。6．加液孔蓋加液孔蓋可防止電解液濺出。加液孔蓋上有通氣孔，便于排出蓄電池內的H2和02,以免發生事故，如在孔蓋上安裝氧過濾器，還可以避免水蒸汽的溢出，減少水的消耗。三、蓄電池的型號蓄電池的型號按我國機械工業部JB2599—85起動用蓄電池標準規定,其型號編制和含義由5個部分組成：1234 51表示串聯單格數,用阿拉伯數字表示。如：6表示有6個單格,12V的蓄電池。2表示蓄電池類型，用漢語拼音的第一個字母表示，如Q為起動型。3表示蓄電池特征,蓄電池的特征為附加說明,在同類用途的產品中具有某種特征需要在型號中加以區別時采用，特征也以漢語拼音字母表示（表1T），如“A”表示干式負荷電極板。如果產品同時具有兩種特征，原則上按表1-1的順序將兩個代號并列標示。而干封蓄電池一般略去不寫。4表示20h放電率額定容量，用阿拉伯數字表示，單位為A?h。5表示特殊性能，用漢語拼音第一個字母表示，如G――表示薄型極板，高起動率；S——表示塑料外殼；D——表示低溫起動性能好。例如：東風EQ140汽車用6—Q—105型起動蓄電池，即是由6個單格電池串聯，額定電壓為12V，額定容量為105Ah的干封式起動型蓄電池。解放CA141汽車用6—QA—100型蓄電池，即是由6個單格電池串聯，額定電壓為12V，額定容量為100Ah的干荷式起動型蓄電池。表1-1鉛酸蓄電池特征代號蓄電池特蓄電池特蓄電池特特征代號征特征代號征特征代號征膠體電解A干荷電J液D帶液式H濕荷電M密閉式Y液密式W免維護B半密閉式Q氣密式S少維護F防酸式I激活式四、蓄電池的工作原理蓄電池的充電過程和放電過程是一種可逆的化學反應，充放電過程中蓄電池內的導電是靠正、負離子的反向運動來實現的。1．放電過程當極板浸入電解液時，在負極板，有少量鉛溶入電解液生成Pb2+,從而在負極板上留下兩個電子2e,使負極板帶負電，此時負極板具有0.1V的負電位。在正極板處，少量PbO2溶入電解液，及水反應生成Pb(OH)4再分離成四價鉛離子和氫氧根離子。一部分Pb4+沉附在正極板上，使極板呈正電位，約為+2.0V。故當外路未接通時，蓄電池的靜止電動勢E0約為：E0=2.0—(-0.1)=2.1V若接通外電路，在電動勢的作用下，使電路產生電流f，在正極板處Pb4+和負極板來的電子結合，生成二價鉛離子Pb++，Pb++再及電解液中的SO42-結合，生成PbSO4而沉附在正極板上，使得正極板電位降低，則正極板上的總反應式為：在負極板處Pb2+及SO42-結合，生成PbSO4而沉附在負極板上。如果外電路不中斷，正、負極板上的PbO2和Pb將不斷地轉化為PbSO4。電解液中的H2SO4將不斷的減小，而H2O增多，電解液相對密度下降。理論上講，放電過程將進行到極板上的活性物質全部變為PbSO4為止。但由于電解液不能滲透到活性物質的最內層中去，在使用中，所謂放電完了的蓄電池，也只有20%~30%的活性物質變成了PbSO4。故采用薄型板，增加多孔率，有促于提高活性物質的利用率。2．充電過程鉛酸蓄電池結構詳解充電時，蓄電池接直流電源，因直流電源端電壓高于蓄電池電動勢，故電流從正極流入，負極流出。這時，正、負極板發生的反應及放電過程相反，如正極板處有少量PbS04溶于電解液變成Pb2+和S042-,Pb2+在電源力作用下失去兩個電子變成Pb4+,它又和電解液中OH—結合，生成Pb(OH)4,Pb(OH)4又分解成PbO2和H2O,PbO2沉附在正極板上，而SO42-及電解液中的H+結合成H2SO4,負極板上有少量PbSO4溶入電解液中，變成Pb2+和SO42-,Pb2+在電源作用下獲得兩個電子變成Pb,沉附在附報板上，SO42-則和電解液中H+結合變成H2SO4,。可見充電過程中消耗了水，生成了硫酸，故充電時電解液的相對密度是上升的,而放電時電解液相對密度是下降的。五、蓄電池的工作特性蓄電池的工作特性主要包括靜止電動勢、內阻、充放電特性和容量等。1．靜止電動勢和內阻在靜止狀態下(是指不充電不放電的情況),蓄電池正、負極板的電位差(即開路電壓)稱為蓄電池的靜止電動勢E0，其大小取決于電解液的相對密度和溫度。在相對密度為1.050~1.300范圍內,單格電池的靜止電動勢E0可用如下經驗公式來近似計算：E0=0.84+y15°C式中，Y15C為電解液在15C時的相對密度。實測所得電解液相對密度應按下式換算成15C時的相對密度：Y15°C=Yt+B(t—15)式中，Yt—實際測得的相對密度；t—實際測得的溫度；B—相對密度溫度系數，B=0.00075，即電解液溫度升高1C,相對密度下降0.00075。蓄電池電解液的相對密度在充電時增高，放電時下降，一般在1.12~1.38之間波動，因此蓄電池的靜止電動勢也相應的變化在1.97~2.15V之間。蓄電池的內阻包括極板、隔板、電解液、鉛質聯條等的內阻。充電后，極板電阻變小；放電后，由于生成的PbS04增多，極板電阻增大。隔板電阻因所用材料而異，木質隔板電阻比其他隔板電阻大。電解液的電阻隨相對密度、溫度而變化，電阻隨溫度的降低而增大，另外，當相對密度為1.2(15C)，因電解液離解最好，電阻最小。總之，蓄電池的內阻比較小，能獲得較大的輸出電流，適合起動的需要。2．充電特性蓄電池的充電特性是指在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓UC、電動勢E和電解液相對密度Y15C隨時間變化的規律。Ic.充電電流Uc.充電端電壓 E.電動勢E0.靜止電動勢R0.內阻t.充電時間AE.電位差Y15C.電解液在15C時的相對密度在充電過程中，電解液相對密度r15C，靜止動電勢E0及充電時間成直線關系增長。端電壓Uc也不斷上升，并總大于電動勢E0。充電開始階段，電動勢和端電壓迅速上升，然后緩慢上升到2.3~2.4V,開始產生氣泡，接著電壓急劇上升到2.7V，但不再上升，電解液呈現“沸騰”狀態，這就是充電終了。如果此時切斷電流，電壓將迅速降低到靜止電動勢E0的數值。端電壓Uc如此變化的原因是：剛開始充電時，在極板孔隙表層中，首先形成硫酸，使孔隙中電解液相對密度增大，Uc和E0迅速上升，當繼續充電至孔隙中產生硫酸的速度和向外擴散速度達到平衡時，Uc和E0隨著整個容器內電解液相對密度緩慢上升。當端電壓達到2.3~2.4V時，極板上可能參加變化的活性物質幾乎全部恢復為PbO2和Pb，若繼續通電，便使電解液中水分解，產生H2和02，以氣泡形式放出，形成“沸騰”現象。因為氫離子在極板及電子的結合不是瞬時的而是緩慢的，于是在靠近負極板處積存大量的正離子H+，使溶液和極板產生附加電位差(0.33V)，因而端電壓急劇升高到2.7V左右，此時應切斷電路，停止充電，否則不但不能增加蓄電池的電量，反而會損壞極板。由此可知，蓄電池充電終了的特征是：蓄電池內產生大量氣泡，形成“沸騰”現象；電解液相對密度，端電壓上升到最大值，且2~3h內不再增加。3．放電特性蓄電池的放電特性是指在恒流放電過程中，蓄電池的端電壓Uf、電動勢E和電解液相對密度rl5°C隨時間而變化的規律。

放電過程中，電流恒定，單位時間內所消耗的硫酸量是一定的，所以電解液的相對密度rl5°C沿直線下降，一般rl5°C每下降0.028~0.030,則蓄電池放電約為額定容量的25%。因靜止電動勢E0及r15C成正比，所以E0也是沿直線下降。放電過程中，因為蓄電池內阻只上有壓降，所以端電壓Uf總是小于電動勢E,放電剛開始時，端電壓Uf從2.1V迅速下降，這是因為極板孔隙中硫酸迅速消耗，相對密度降低的緣故。當滲透到極板孔隙的硫酸和消耗的硫酸達到平衡時，端電壓將隨著整個容器電解液的相對密度降低而緩慢下降到1.85V,接著迅速下降到1.75V,此時應停止放電，若繼續放電，端電壓將急劇下降，損壞極板，這是因為放電接近終了時，極板的活性物質大部分已轉變為PbS04而積聚在孔隙中，將孔隙堵塞，容器中電解液滲入極板內層比較困難，使極板孔隙中電解液相對密度迅速下降，從而使端電壓急劇下降。蓄電池放電終了的特征是：電解液相對密度降低到最小許可值(約1.11)；單格電池的端電壓降至放電終止電壓值1.75V。容許的放電終止電壓及放電電流強度有關，放電電流強度越大，則放完電的時間越短，而容許的放電終止電壓越低，見表1-2。0.050.1C0.25放電電流(A)0.050.1C0.25放電電流(A)C20C2020C20表1-2放電電流及終止電壓3連續放電時間(h)20103C200.5（30min）5min單格電池終止電壓1.751.701.651.551.5（V）注：表中C20為蓄電池的額定容量。4．蓄電池的容量及影響因素（1） 蓄電池的容量蓄電池的容量是指在放電容許的范圍內蓄電池輸出的電量，它標志蓄電池對外供電的能力。蓄電池的容量及放電電流大小、電解液的溫度有關，因此，蓄電池的標稱容量是在一定的放電電流、一定的終止電壓和一定的電解液溫度下確定的。標稱容量有兩種：額定容量和儲備容量。1）額定容量C20根據國標GB5008.1—91《起動型蓄電池技術條件》規定，額定容量是指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25°C,以20h的放電率放電至單格電壓降到1.75V（12V蓄電池端電壓下降至10.50土0.05V）時所輸出的電量。2） 儲備容量Cm 根據國標GB5008.1—9《起動型蓄電池技術條件》規定，Cm是指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25C時，以25A電流連續放電到單格電池電壓降至1.75V所持續的時間，其單位為min。蓄電池的儲備容量說明當汽車拖拉機充電系失效時，蓄電池尚能持續提供25A電流的能力。表示蓄電池在發動機起動時的供電能力，一般有常溫起動容量和低溫起動容量兩種。（2） 蓄電池容量的影響因素影響蓄電池容量的因素主要有：放電電流、電解液溫度、電解液相對密度和極板構造等。1）放電電流放電電流越大，則極板表面活性物質的孔隙很快被生成的PbS04所堵塞，使極板內層的活性物質不能參加化學反應，故蓄電池容量減小。2） 電解液的溫度溫度降低，則容量減小，這是因為溫度降低后，電解液的粘度增加，滲入極板內部困難，同時內阻增大，蓄電池端電壓下降所致。蓄電池電解液溫度對蓄電池容量的影響如圖l-9b所示。3） 電解液的相對密度適當增加電解液的相對密度，可以提高蓄電池的電動勢和容量，但相對密度過大又將導致粘度加和內阻增大，反而使容量減小。蓄電池電解液相對密度對蓄電池容量的影響如圖l-9c所示。4） 極板的構造極板有效面積越大，片數越多，極板越薄，蓄電池的容量也越大。四、蓄電池的充電1．充電種類（1）初充電對新電池或修復后的蓄電池的首次充電，叫初充電。初充電的特點是充電電流小，充電時間較長。首先按廠家的規定，加注一定相對密度的電解液，電解液加入蓄電池之前，溫度不能超過30°C。注入電解液后，靜置3~6h。此時，若液面因電解液的滲入而降低，應補充到高出極板上緣15mm，然后按表1-3蓄電池充電規范中初充電電流大小進行充電。初充充電常分為二個階段，第一階段充電至電解液中放氣泡，單格電池為2.4V為止；第二階段將電流減半，繼續充到電解液中劇烈放出氣泡（沸騰），電解液相對密度和電壓連續3h穩定不變為止。全部充電時間為60~70h。充電過程中應經常測量電解液溫度，當上升到40°C時應將充電電流減半，若繼續上升到45C，則應停止充電，待冷卻到35C以下再充電。充電臨近完畢時，應測量電解液相對密度，如不符合規范，應用相對密度為1.4的電解液或蒸餾水進行調整，然后再充電2h,直至相對密度符合規范為止。（2） 補充充電蓄電池在使用中，常有充電不足的現象，應根據需要及時進行補充充電，一般每月一次。如發現下列現象，必須隨時進行充電：1） 電解液相對密度下降到1.150以下。2） 冬季放電超過25％，夏季超過50％。3） 起動無力，燈光暗淡，單格電池電壓降至1.7V以下。補充充電電流值見表1—3，常分兩階段進行，方法和初充電相同，一般為13~16h。（3） 預防硫化過充電為預防蓄電池因充電不足而造成的硫化，每隔3個月進行一次預防硫化過充電，即用平時補充充電的電流值將電流充足，中斷1h，再用1/2的補充充電電流值進行充電至沸騰為止。反復幾次，直到剛接入充電，蓄電池立即“沸騰”為止。（4）鍛煉循環充電蓄電池在使用中常處于部分放電狀態，參加化學反應的活性物質有限。為了迫使相當于額定容量的活性物質參加工作，以避免活性物質長期不工作而收縮，可每隔三個月進行一次鍛煉循環充電，即在正常充電后，用20h的放電率放完電，再正常充足后送出使用。2．充電方法蓄電池的充電方法有定電流充電、定電壓充電、快速脈沖充電。（1） 定電流充電在充電過程中，充電電流保持一定的充電方法稱為定流充電。在充電過程中隨著蓄電池電動勢的提高，要保持電流恒定，充電電壓也須相應提高。當單格電池電壓上升到2.4V時，應將電流減半，直到蓄電池完全充足。采用這種方法充電，不論6V或12V蓄電池均可串聯在一起，但各個電池的容量應盡可能接近，否則充電電流的大小應按容量小的蓄電池來計算，待小容量電池充滿后，應隨時拿出，再繼續給大容量的蓄電池充電。定電流充電有較大的適應性，可任意選擇充電電流，適用初充電和去硫化充電，其缺點是充電時間長，且須不斷地調整充電電壓。（2） 定電壓充電在充電過程中，將充電電壓保持恒定的方法稱為定電壓充電，這種方法在充電過程中，蓄電池電動勢E，隨著電動勢的提高充電電流會逐鉛酸蓄電池結構詳解漸減小，如果充電電壓調節得當，就必然會出現充滿電的情況，即充電電流為零時，這就表示充電終了。采用定電壓充電，要選擇好充電電壓，若電壓過高，充電電流大，導致過充電，從而影響蓄電池的使用壽命，若電壓過低，則會使蓄電池充電不足，一般每單格電池約需2.5V。定電壓充電，充電電流較大，開始充電后4~5h內蓄電池就可獲得本身容量90％~95％，因而可大大縮短充電時間，比較適合于補充充電。定電壓充電中，各蓄電池必須并聯，且各蓄電池的額定電壓要相同。（3）脈沖快速充電上述的充電方法統稱“常規充電”，要完成一次初充電需60~70h，補充充電也需20h，由于充電時間較長，給使用帶來了不便。但是單純地加大充電電流來縮短充電時間是行不通的。因為這樣不僅使充電時蓄電池達不到額定容量，反而會使蓄電池溫升快，產生大量氣泡，造成活性物質脫落而影響使用壽命。近年來，我國的快速充電技術發展較快，并成功地研制了可控硅快速充電機，使新蓄電池初充電一般不超過5h，補充充電也只需0.5~1.5h，大大縮短了充電時間，提高了效率。五、其他類型蓄電池普通的鉛酸蓄電池也稱之為干封蓄電池，此種蓄電池啟用時需加電解液再經初充電后才能使用。通過結構、工藝和材料等方面的改進，使蓄電池使用性能、維護性能等均有所提高。因此，產生了多種新型蓄電池。1．干荷電鉛蓄電池干式荷電蓄電池，及普通干封式電池的區別是極板組在干燥狀態下能夠長期保存在制造過程中所得到的電荷，在規定的保存期內（兩年）如需使用，只要灌入符合規定相對密度的電解液，擱置30min,調整液面高度至規范值，不需要充電，即可使用。因此，它使用方便，是應急的理想電源，已成為近年來發展的方向。干荷電鉛蓄電池之所以具有干荷電性能，主要在于負極板的制造工藝及普通蓄電池不同。正極板的活性物質一一PbO2化學活性比較穩定,其荷電性能可以較長期的保持。而負極板上的活性物質鉛（Pb）,由于表面積大，化學活性高，容易氧化，所以在負極板的鉛膏中加入松香、油酸、硬脂酸等防氧化劑；并且在化成過程中有一次深放電循環，使活性物質達到深化。化成后的負極板，先用清水沖洗后，再放入防氧化劑溶液（硼酸、水揚酸混合液）中進行浸漬處理，讓負極板表面生成一層保護膜，并采用特殊干燥工藝（干燥罐中充入惰性氣體），這樣即可制成干荷電極板。對貯存期超過的干荷電鉛蓄電池，因極板部分氧化，使用前應進行補充充電。2．濕荷電蓄電池存放期極板呈濕潤狀態而保持其荷電性的蓄電池稱之為濕荷電蓄電池。濕荷電蓄電池較之干荷電蓄電池其工藝過程稍有些不同，存放保持荷電的時間也要短一些。濕荷電蓄電池在存放期（約6個月）內，加注標準密度的電解液至規定的高度即可使用，首次放電量可達到額定容量的80％。存放期在一年左右的濕荷電蓄電池加注電解液后立即放電，可放出額定容量的50％。濕荷電蓄電池使用前對其進行補充充電，就可以達到額定的容量。濕荷電蓄電池適宜于無需長期存放的場合。3．膠體電解質鉛蓄電池在膠體電解質蓄電池中，電解質用經過凈化的硅酸鈉溶液和硫酸水溶液混合后，凝結成稠厚的膠狀物質，故而得名