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1、蓄电池基础知识第一章 铅酸蓄电池的定义、结构及反应原理一、蓄电池基念知识：1、基本定义 电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。 放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。 放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。2、常用技术术语 充电：蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。 放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。 浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫做浮充放电。有不间断供电要求的设备，起备

2、用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。 电动势：外电路断开，即没有电流通过电池时在正负极间量得的电位差，叫电池的电动式。 端电压：电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电池的电压或端电压 安时容量：电池的容量单位为安时，即：电池容量Q（安时）=I放t放I放为放电电流（安）t放为放电时间（小时） 电量效率（安时效率）：输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率，也叫作安时效率。电量效率（%） =（Q放Q充）100% =（I放t放）（I充I充）100%Q放 和Q充 分别是放电和充电容量（安时 自由放电：由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗。容量损失搁置之前的容量之比，叫做蓄电池的自由放电率自由放电

3、率（%）= （Q1Q2）Q1100%Q1为搁置前放电容量（安时）Q2为搁置后放电容量（安时） 使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充放电循环，蓄电池在保持输出一定容量的情况下所能进行的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命。二、铅酸蓄电池1、定义铅酸蓄电池是是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。2、分类： 按蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式蓄电池。 按蓄电池盖和结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。 按蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。 按我国有关标准规定主要蓄电池系列产

4、品有： 起动型蓄电池（Q）：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和照明。 固定型防酸式蓄电池（GF）：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。 牵引型蓄电池（D）：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。 铁路客车用蓄电池（T）：主要用于铁路客车照明和车上电器设备。 内燃机车用蓄电池（N）：主要供内燃机车启动和照明用。 摩托车蓄电池（M）：主要用于各种规格摩托车起动和照明。 航空用电池（HK）：用于飞机启动、照明、通信。 潜艇用电池（JC）：用于潜艇水下航行的动力、照明、电器设备。 坦克用电池（TK）：用于坦克的启动、用电设备、照明。 矿灯用电池（K）：供井下矿工安

5、全帽上的矿灯照明。 航标用电池（B）：航道夜间航标照明。 其他用途电池：大小容量不一，放电率多样，如摄像机、闪光灯、应急灯、风力发电电能储存等。3、产品型号含义：根据JB2599-85部颁标准，我国铅酸电池型号分为三段，其安排和含义如下：串联的单体电池数电池的类型和特征额定容量当电池数为1时，称为单体电池，第一段可以省略。电池的类型是根据主要用途划分，代号用汉语拼音第一个字母，如下：汉语拼音字母含义汉语拼音字母含义表示电池用途的字母Q启动用表示电池特征的字母A干荷电式G固定用F防酸式D电池车FM阀控式N内燃机车W无需维护T铁路客车J胶体电液M摩托车用D带液式KS矿灯酸性J激活式JC舰船用Q气密

6、式B航标灯H湿荷式TK坦克B半密闭式S闪光灯Y液密式例：6QA-120 表示有6个单体电池（12伏），启动用电池，装有干式荷电击板，20小时率额定容量为120安时。4、基本构造：正负极板（1） 铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。 涂膏式极板（涂浆式极板）由板栅和活性物质构成的。 板栅的作用为支承活性物质和传导电流、使电流分布均匀。 板栅的材料一般采用铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。 正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为绒状铅。涂膏式板栅已涂好活性物质的板栅隔板（2） 电池用隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材

7、料制成的，它的主要作用是： 防止正负极板短路。 使电解液中正负离子顺利通过。 阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。 因此要求隔板要有孔率高，孔径小，耐酸不分泌有害杂质，有一定强度在电解液中电阻小，具有化学稳定性的特点电解液（3） 电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应 电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。 汽车用铅酸蓄电池采用电解液密度为1.2800.005g/cm(25)稀硫酸。电池壳、盖（4） 电池壳、盖是装正、负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成排气栓（5） 一般由塑料材料制成

8、，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。 使用前：必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿、以保证气体溢出通畅。其它：蓄电池除上述部件外，还有連条（6）、极柱（7）、鞍子（8）液面指示器等零部件。三、酸蓄电池生产工艺流程：零件锑铅合金冶板和膏切块固化开燥淋酸涂板铅粉净化水负极添加剂焊板群硫酸稀硫酸壳体焊链条浇封口剂封盖印商标装槽热封包装拧排气栓成品化成穿壁焊水洗干燥分板插隔板隔板四、铅酸蓄电池工作原理：1、铅酸蓄电池电动势的产生 铅酸蓄电池充电后，正极板是二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳

9、定物质氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb+4）留在正极板上，故正极板上缺少电子。 铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb+2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。 可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应 铅酸蓄电池放电时，在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。 负极板上每个铅原子放出两个电子后，

10、生成的铅离子（Pb+2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。 正极板的铅离子（Pb+4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb+2），与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在极板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H+）反应，生成稳定物质水。 电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。 放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池

11、电动势降低。 化学反应式为：正极活性物质电解液负极活性物质正极生成物电解液生成物负极生成物PbO2 2H2SO4 Pb PbSO4 2H2O PbSO4二氧化铅 稀硫酸铅 硫酸铅 水 硫酸铅3、铅酸蓄电池充电过程的电化反应 充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。 充电时在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb+2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb+2）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb+4），并与水继续反应

12、，最终在正极极板上生成二氧化铅（PbO2）。 充电后在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb+2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb+2）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。 电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H+）和硫酸根离子（SO4-2），负极不断产生硫酸根离子（SO4-2），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。 充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。 化学反应式为：正极物质 电解液 负极物质 正极生成物电解液生成物负极生成物PbSO4 2H2O P

13、bSO4 PbO2 2H2SO4 Pb硫酸铅 水 硫酸铅 氧化铅 硫酸 铅4、铅酸蓄电池充放电后电解液的变化 从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。 从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。 实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度。第二章 铅酸蓄电池使用维护一、蓄电池使用：1、电解液的配制：应使用符合蓄电池用硫酸和纯净水配制1 铅酸蓄电池电解液是用纯水和浓硫酸配制成的，汽车用起动电池电解液密度为1.2800.005g/cm(25)2 配制电解液的容器，必须是耐酸及耐温的有釉陶瓷，玻

14、璃缸，塑料槽或铅衬木槽，配制时，工作人员必须穿戴好防护用具。3 配制前将器皿洗刷干净，并用纯水清洗。4 配制电解液时，应先将需用的纯水，放入容器内，然后将浓硫酸缓慢注入纯水内，并不断搅拌，严禁将水注入硫酸内，以免发生飞溅灼伤。换算公式为d25=dt+0.0007(t-25)d25:25电解液浓度dt：温度为t时的电解液密度0.0007：温度系数t：实测电解液浓度电解液中纯水（或蒸溜水）与硫酸的比例如下表：解液比重20时（g/cm3）纯水（或蒸溜水）与硫酸的体积比纯水（或蒸溜水）焉、与硫酸的重量比1.109.80：16.28：11.118.80：15.84：11.128.00：15.40：11.

15、137.28：14.40：11.146.68：13.98：11.156.15：13.63：11.165.70：11.35：11.175.30：11.11：11.184.95：12.90：11.194.63：12.52：11.204.33：12.36：11.214.07：12.22：11.223.84：12.09：11.233.60：11.97：11.243.40：11.86：1电解液比重20时（g/cm3）纯水（或蒸溜水）与硫酸的体积比纯水（或蒸溜水）焉、与硫酸的重量比1.253.22：11.76：11.263.05：11.60：11.272.80：11.57：11.282.75：11.49：

16、11.292.60：11.41：11.302.47：11.34：1注：此表是根据在20时纯硫酸比重为1.83推算而得2、灌酸1 拧下排气栓，务必将栓上的透气孔穿透，栓下有密封垫和密封纸，灌酸后需去掉。2 电解液温度必须冷却到30以下，灌入电池。3 将配制好的电解液注入每个单格内，塑壳电池的液面与外壳标记“max”齐平，橡胶槽电池液液面应高出隔板1015mm。4 将排气栓拧紧，以防止漏酸。3、电池的充电（1）充电前的准备a、检测电解液或纯水是否符合规定要求。b、打开蓄电池上的排气栓。c、加液或补水至最高液面线。（2）充电连接a、充电机的正极与蓄电池正极相接，负极与蓄电池负极相接，切勿反接。b、对

17、多只电池充电可根据充电机功率大小确定。c、充电连接必须牢固。（3）充电方式通常充电的种类有恒流充电，恒压充电和快速充电三种。A、恒流充电又包括：初充电、补充充电、普通充电和均衡充电。1 初充电：初充电是非干荷电池使用之前的首次充电。a、非干荷电电池注入电解液后，静止16小时，待温度降至35以下时方可开始充电。b、首次充电电流一般为0.07C30A，充至单格电压为2.4V时，减半电流继续充电补充充电：针对存放时间较长，干荷电性能较差的干荷电池或灌酸充足电后停用一个月左右时间的电池而说的，补充充电流为0.1C30A，补充充电时间为5小时左右，或根据存放时间长短确定充电时间。普通充电普通充电是指电池

18、经初充电后使用后的充电。a、汽车电池普通充电第一阶段釆用0.1C20A，充电812小时至电压升到2.4伏/单格以上同，电流减半再充电10小时左右。b、充入电量一般为放电量的1.5倍以上，或者充入额定容量的1.31.5倍。均衡充电a用普通充电的方法将电池充足，然后用0.035C20A电流充电。b、当电池冒出均匀气泡，温度上升时，停止充电1小时，如此重复34次c、单格电池都能产生大量气泡，,并且电流电压、电解液密度趋于不变时结束。B恒压充电恒压充电是始终一定不变的电压对电池进行充电。开始时充电电流较大，然后逐渐减小，恒压充电电压通常在2.32.4伏，这种充电情况，气体产生很少，耗水量小，因此，恒压

19、充电常用于免维护密封铅酸蓄电池。C快速充电a、快速充电是采用大电流，脉冲充电，并采用短时间放电的间歇式充电方法，对电池进行充电。b、快速充电法用12倍C20A大电流充电。c、快速充电用特制的快速充电机完成。（4）电池充足电判断标志。a、电池单格内有大量气泡产生。b、电池单体电压在2.62.8V，且在2小时以上测定不变；（这是指新电池，用过的电池要低一些。）c、电液比重达1.280 g/cm0.01(25)且2小时以上测定不变。（5）充电主意事项a、液温不得超过45，否则应釆取降温措施（减少充电电流或停止充电或放入水槽中冷却）。b、通风性好。c、禁止火源。二、铅酸蓄电池的维护与保管铅酸蓄电池维护

20、与保管的好坏，不仅直接影响蓄电池质量和寿命，还影响起动设备安全用电和工作任务的完成。因此，蓄电池的维护、保管是蓄电池使用及销售人员的一项重要工作。1、蓄电池的维护铅酸蓄电池的维护分日常维护和定期维护。日常维护是指平时日常工作中的维护，这是蓄电池维护工作的最基本而有效的一项工作。定期维护是针对蓄电池的不同情况，在充电站进行一定项目的维护，只有在日常维护工作做好的基础上，结合定期维护，才能把蓄电池的维护工作做好。（1）、日常维护1 经常保持蓄电池表面的清洁。发现表面有灰尘和酸液时，应及时擦拭，擦拭时可先可先用沾有苏打水的擦布擦拭一遍，后用清水冲洗干净。2 经常用蒸馏水清洗排气栓，保持排气栓通气良好

21、。3 按照规定进行蓄电池的充电、放电和补充电工作。4 充电过程中，电解液的温度不得超过45，严防过量充电。5 放电过程中，严禁大电流放电和过量放电。6 充放电过程中，应开动通风装置排除酸雾，使室内空气较为新鲜，以减少酸性分子对人员和设备和侵蚀。7 发现故障应及时排除。8 蓄电池充电间应经常保持清洁、干燥、空气流通、光线充足。应用带湿的拖把擦净地面，在清洁、绝缘较好的情况下，可以在地面洒水，保持室内的湿度，以减少电池中水分的蒸发。9 做好各种充、放电记录工作。（2）、定期维护1 非起动用蓄电池每月应认真地用蒸馏水擦拭一次表面，直至表面（含外壳）不呈酸性为止。2 起动蓄电池每半月应认真地检查连接条

22、，极柱及输出接线的接触情况和牢固程度，彻底清除金属部位（如接线端子）的氧化物和锈蚀，更换金属部位的凡土林油。3 及时检查和排除蓄电池的故障。4 对蓄电池测量用的仪表（如密度计、温度计、电压表、电流表）进行检查和校验，以免由于仪表不准确导致蓄电池维护工作的质量受到影响。5 根据气候季节的变化，按说明书的要求，调整电解液密度（也称换季）。6 电池失水时应及时补充纯水，防止极板露出液面而氧化和降低利用率。切勿补充电解液。7 电池在使用过程中应调整好充电器的电压（13.814.4V）防止过充电。2、蓄电池保管（1）、保管规则1 蓄电池应保存在干燥、洁净、通风良好，并能防止灰尘，雨雪侵入，能避免阳光直射

23、与热源辐射的房间内，室温全日在530范围。2 绝对禁止酸性蓄电池与碱性蓄电池同存放在一个房间内3 新蓄电池保管期限不应超过二年，尤其干荷电蓄电池保管期限超过二年后，使用时应按一般电池补充充电（干荷电池在保管期限内启用时，灌入电解液后，不需进行初充电或只给予少量的补充充电即可使用）。4 蓄电池除带包装箱者外，不得重叠堆放。（2）、带电解液的保管方法1 对加有电解液的电池应充足电存放，且每1个月左右补充电一次。2 电解液密度低于1.18 g/cm(25)，或单格电压低于1.75V时，应及时补充电。3 蓄电池预计中断使用13个月时，应釆取带电解液封存保管的方法保管。其方法是：a、 蓄电池在保管前，应

24、排除蓄电池的故障缺陷，按规定进行过量充电，并将电解液密度调低为1.200 g/cm(25)以减少电解液对极板、隔板的腐蚀。b、 过量充电结束，待电解液冷却后，拧上排气栓，将蓄电池各部位擦拭干净，在连接条、极柱、提把等金属部位涂上一层凡士林油。c、 将蓄电池在台架上摆放整齐，不得重叠，盖好盖子。、带电解液封存保管的蓄电池，保管期内应做好以下的维护工作：a、 经常保持清洁。每隔57天擦拭一次蓄电池外壳和沥青表面的电解液，及时消除硫酸盐结晶，必要时，可更换涂在金属部位上的凡士林油。b、 每半月用第二阶段电流给蓄电池补充充电一次，若发现蓄电池的端电压低于规定时，应立即进行补充充电。充电结束后，电解液密

25、度仍保持1.200 g/cmc、 按照规定进行实有容量检验，检验前将电解液密度调到正常规定的数值。检查后如果需继续带电解液封存保管，则再按以上方法封存。d无论是补充充电、放电检查、均应将其情况填入覆历本。e带电解液封存保管的蓄电池需要使用的时候，应擦净金属部位的凡士林油按规定进行补充充电，并将电解液密度调到正常规定的数值。（3）、干封存保管方法1蓄电池预计中断使用46个月时，应当及时进行干封存保管（也叫油封存保管）。其方法是：a 排除蓄电池的故障缺陷，外壳应完整无缺，保管前，按规定进行实有容量检验。其额定容量应在85%以上。b 符合干封存保管的蓄电池，经正常充足电，再作半放电。c 把蓄电池的电

26、解液倒尽，用3035的蒸馏水灌入电池内部，轻轻摇动倒出，反复几次，直到倒出来的水溶液没有混浊物为止，把蓄电池倒置一昼夜，排尽水份，擦干净后，在连接条，接线柱等金属部分涂上凡士林油，并用密封螺塞把它拧紧。注液口密封。d 将蓄电池放在台架上摆放整齐，不得重叠。2、蓄电池在干封存保管期内，每月应拧下密封螺塞，将蓄电池倒置，检查其内部是否受潮。如发现有水滴出，应立即启封或者重新封存。3、启封检查后需要继续干封存保管蓄电池，用按照干封存期保管的方法进行。三、蓄电池的失效模式由于极板种类、制造条件、使用方式由差异，最终导致蓄电池失效的原因也各异，归纳起来，有如下几种失效模式。1、 正极板板栅的腐蚀变形目前

27、生产上使用的合金有3类，传统铅锑合金、低锑或超低锑合金、铅钙系列。上述三种合金铸成的板栅，在蓄电池的充电过程中都会被氧化成硫酸铅和二氧化铅，最后导致丧失支撑活性物质的作用而使电池失效；后由于二氧化铅腐蚀层的形成，使铅合金产生应力，使板栅线性长大变形，最后使极板整体遭到破坏，活性物质与板栅接触不良而脱落或在汇流排除短路。2、 正极活性物质脱落、软化除板栅长大引起活性物质脱落外，随着充放电的反复进行，二氧化铅颗粒之间的组合也松弛，软化，从极板上脱落下来。极板的制造，装配的松紧和充放电等一系列因素，都对正极活性物质的软化、脱落有影响。3、 不可逆硫酸盐化电池过放电、放电后长期存储、或在放电状态下存储

28、下，极板上将在硫酸铅的溶解、重结晶作用下生成一种粗大、难于接受充电的硫酸铅结晶，此现象称为不可逆硫酸盐化。严重时电极失效，无法充电。4、 容量过早的损失当用低锑或铅钙为板栅合金时，在蓄电池使用的初期（大约20个循环），出现容量突然下降的现象，使电池失效。5、 锑在活性物质上的严重积累正极板上的锑随着充放电循环，部分的被氧化成离子，随电解液到达负极并在负极活性物质上还原，由于电解液中的氢离子在锑上比在铅上更容易还原而生成氢气，因此锑积累后，电池充电时大部分电流均用于水分解，电池不能正常充电而失效。6、 热失控由于充电电压过高、电流过大，导致电池温度升高，最终使电池变形、开裂而失效。7、 负极汇流

29、排的腐蚀一般情况下，汇流排不存在腐蚀问题，但在阀控式密封蓄电池中，当建立氧循环时，电池上部空间基本充满氧气，隔膜中的电解液也可能沿极耳上爬到汇流排，汇流排的合金则会被氧化，生成硫酸铅，如果汇流排焊条合金选择不当，有杂质和缝隙，腐蚀会沿着这些缝隙加深，致使极耳与汇流排脱开，负极板失效。8、 隔膜穿孔造成短路个别品种的隔膜，孔径较大，使用过程中可能造成大孔，活性物质可在充放电过程中穿过大孔，造成微短路，使电池失效。四、电液比重的变化与电池容量的关系对于起动型蓄电池，密度每下降0.01，容量约损失额定容量的5%左右，电液密度下降与容量损失关系可参照下图：比重值与放电量之关系：良好1.280充电1.2601.281.241.201.161.121.08010203040506