蓄电池基础知识

蓄电池基础知识第一章概述自1860年普兰特用腐蚀的铅箔形成活性物质，首次实现了实用的铅蓄电池以来，已经经过了140余年。在这期间，虽然涌现了其它各种类型的电池，诸如：锌锰干电池、银锌电池、镉镍电池、锂离子二次电池等。但直到今天，在应用领域上，铅酸蓄电池仍然占主导地位，这是与它诸多的优点分不开的：1.铅酸蓄电池的历史及优点1）除了锂离子二次电池外，在常用的蓄电池体系中，铅酸蓄电池的电压最高，达到2.0V；2）成本低廉。在所有的蓄电池体系中，铅酸蓄电池的制造成本是最低的，所以可在全世界范围内生产。3）可以制造成小至1Ah大到几千Ah的各种尺寸和结构的电池。4）高倍率放电性能良好，可用于引擎起动，能以高达26～27倍率的电流放电。5）工作温度较宽，－40℃～60℃下工作。6）电池在充放电使用中的电能效率高达60％；7）易于浮充使用，没有镉镍电池特有的“记忆”效应；8）易于识别荷电状态。铅酸蓄电池具有广泛的用途，尤其是近三十年来，由于阀控式密封铅酸蓄电池的出现，在某些领域能取代碱性蓄电池和干电池，使得这一老产品又增添了新的生机。目前铅酸蓄电池已经广泛应用在起动、点火、照明、通信、牵引、铁路、摩托、航空等各个领域。2.铅酸蓄电池产品的型号和分类根据国家颁布的标准规定，我国的铅蓄电池型号分三段，其安排和含义如下：电池单体数固定型阀控密封额定容量为200铅蓄电池的分类可按两种方式进行：1）按极板结构分类：a.涂膏式。本公司生产的电池都是这种类型。b.管式。富斯特公司生产的胶体电池采用此方式。c.形成式。是一种最原始的极板。2）按电池荷电状态分类：a.干荷电态。电池出厂时极板处于干燥的充电态灌入电解液即可使用。b.免维护铅蓄电池。充电态带电解液电池，在规定的工作寿命期间不需要维护加水第二章化学电源的基本概念1．概述：电化学电源是一种把氧化还原反应所释放出来的能量直接变成低压直流电能的装置。双登电池GFM-800Ah1.1作用原理在化学电源的装置中，可实现氧化还原反应中还原剂失去电子的氧化过程和氧化剂得到电子的还原过程，从而得到电流，这一氧化还原反应称为电流反应。正极负极电子电解液隔膜离子电池要实现化学能转变成电能的过程，必须满足如下条件：（1）化学反应中失去电子的氧化过程（在负极进行）和得到电子的还原过程（在正极进行），必须分别在两个区域进行，这不同于一般化学反应的氧化还原反应。（2）两电极间具有离子导电性的物质(隔膜)。（3）化学变化过程中电子的传递必须经过外线路来实现。正极负极电子电解液隔膜离子1.2铅酸蓄电池的基本组成为了满足构成化学电源的条件，铅酸蓄电池电池需要包含以下基本组成：（1）正极活性物质：具有较高的电极电势，在电池中称为正极板,主要成分为二氧化铅。（2）负极活性物质：具有较低的电极电势，在电池中称为负极板，主要成分为海绵铅。（3）电解质（硫酸）：提供电池内部离子导电，有的电解质也参加电极反应而被消耗。（4）隔膜：为了保证正、负极不因直接接触而短路，又要使两极之间尽可能保持小的距离，以便使电池具有较小的内阻，而需要在正负极之间置以隔膜。（5）外壳：是电池的容器，电池的外壳材料必须能经受电解质的腐蚀，而且具有一定的机械强度,我们通常采用ABS工程塑料。除上述各主要组成外，还常常需要导电板栅、汇流排、端子等其它零件。1.3极板的组成化学电源中实际使用的极板除参加成流反应的活性物质外，还包含其它组成。（1）主要成分：参加成流反应的物质，称为活性物质（二氧化铅和海绵状金属铅）（2）次要成分：不参加反应，但在构成电极时绝不能缺少，如板栅。（3）添加剂：有膨胀剂、粘结剂等，这些对于电池性能有着很大的影响。2．蓄电池的电特性2.1什么是“开路电压”？双登GMF300AH2.160开路电压：电池在开路状态下的端电压，铅酸电池的开路电压一般为2.13V～2.18V。2.2什么是“工作电压（放电电压）”？工作电压：又叫放电电压，是指电池接通负荷后在放电过中显示的电压。工作电压与放电条件有关，放电电流越大，工作电压越低；环境温度越低，工作电压越低。双登GMF300AH2.1602.3电池的容量2.3.1容量分类。电池在一定放电条件下所能给出的电量称为电池的容量，用符号C表示。常用的单位为安培小时，简称安时（Ah）或毫安时(mAh)。电池的容量可分为理论容量、额定容量、实际容量。理论容量是活性物质的质量按理论计算而得的最高值。常用比容量的概念，即单位体积或单位质量电池所能所能给出的理论电量，单位为Ah/kg或Ah/L。实际容量是电池在一定条件下所能输出的电量，它等于放电电流和放电时间的乘积，单位为Ah。额定容量也叫保证容量，是按国家或有关部门颁布的标准，保证电池在一定的放电条件下应该放出的最低限度的容量。对于固定型通信用电池，通常以10小时率放电即C10来衡量，而电动车电池是以2小时率放电即C2来衡量。2.3.2影响实际容量的因素电池的实际容量主要与电池正、负极活性物质的数量及利用的程度（利用率）有关，而活性物质利用率主要受到下列因素的影响。（1）放电制度指放电速率、放电时间、终止电压和温度。高速率即大电流放电和低温条件下放电时，电池输出的容量将变小。（2）电极结构包括电极高宽比列，厚度，孔隙率以及导电栅网的形式。（3）制造工艺放电速率简称放电率，常用时率和倍率表示。时率是以放电时间表示的放电速率，即以某电流放电至规定终止电压所经历的时间。电池化成二放需要10个小时就是以时率来表达，例如300Ah电池二放电流就是300÷10＝30A。倍率是指电池放电电流的数值为额定容量数值的倍数。例如300Ah以5倍率放电的电流应该是5×C10＝5×30A＝150A。终止电压指电池放电时电压降到不宜再继续放电时的最低工作电压。一般在高倍率、低温条件下放电时，终止电压规定的低一些。通常1.0C10放电终止电压为1.80V，如果是5.0C10放电，终止电压要比1.80V低很多。2.4电池内阻电流通过电池内部时受到阻力，使电池的电压降低，此阻力称为电池的内阻。铅蓄电池的内阻较小，一般常常忽略不计，但当放电电流很大时，因内阻产生的压降损失可达数百毫伏，影响就比较大了。2.2.1欧姆内阻欧姆内阻主要有电极材料，电解液，隔膜的电阻以及各部分零件的接触电阻组成，它与电池的尺寸，结构，电极的成型方式以及装配的松紧度有关。我们希望尽可能减少电池的欧姆内阻，所以要求在焊接极群时不允许有任何的冷隔、夹生等增大内阻的因素产生。2.4.2极化内阻正、负极进行电化学反应是极化引起的内阻称为极化内阻。2.4.3隔膜电阻隔膜电阻是隔膜性能的重要参数，也是影响电池高倍率放电和低温性能的主要因素之一。隔膜材料是绝缘体，其内阻不是材料本身的电阻。隔膜微孔结构中充满电解液，电解液中的离子通过孔隙进行迁移而导电，隔膜电阻实际是表征隔膜的空隙率，孔径和孔的曲折程度对离子迁移产生的阻力。2.5电池的自放电电池的自放电指电池在存贮期间容量降低的现象。2.5.1自放电原因自放电通常主要在负极，因为负极活性物质多为活泼的金属粉末电极，和杂质组成腐蚀微电池，负极金属自溶解，从而容量减少，电解液中杂质起着同样有害的作用。2.5.2自放电速率自放电速率用单位时间容量降低的百分数表示。自放电率=(Ca-Cb)/Ca·T×100%Ca:电池贮存前的容量；Cb:电池贮存后的容量；T:电池贮存的时间2.6电池的使用寿命在规定条件下，某电池的有效寿命期限称为该电池的使用寿命。蓄电池发生内部短路或损坏而不能使用，以及容量达不到额定要求时蓄电池使用失效，这时电池的使用寿命终止。蓄电池的寿命有效期限包括所经受的循环寿命或使用期限。蓄电池寿命终止的主要原因有两点：①电池容量逐渐下降；②内部短路。