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任务二蓄电池的工作原理学习目标知识目标技能目标素养目标1.能说出蓄电池的工作原理2.能说出蓄电池的工作特性3.能进行蓄电池的状况检测1.具有团队协作精神2.能与客户建立良好的互信关系3.具有良好的职业道德和岗位责任感1.了解蓄电池的工作原理2.掌握蓄电池的工作特性3.掌握蓄电池技术状况的检测【任务描述】了解蓄电池的工作原理，充电和放电过程，以及它的工作特性，为蓄电池的检测提供理论基础。一、蓄电池的工作原理1.蓄电池的放电将蓄电池与电路上的负载接通时，电流从正极经过负载流往负极（电子从蓄电池负极经外电路流向正极），使正板电位降低，负极板电位升高，破坏了原有的平衡。放电时的化学反应过程如图2-2-1所示。图2-2-1蓄电池的放电过程一、蓄电池的工作原理1.蓄电池的放电如果电路不中断，化学反应不断进行，使正极板上的Pb02和负极板上的Pb都逐渐转变为PbS04，电解液中H2SO4逐渐减少而水逐渐增多，电解液相对密度减小。总的化学反应式如下：Pb02+2H2S04+PbPbS04+2H20+PbS04一、蓄电池的工作原理1.蓄电池的放电理论上，放电过程应进行到极板上的活性物质全部变为硫酸铅为止。而实际上是不可能的，因为电解液不能渗透到活性物质的最内层。使用中，所谓放完电的蓄电池实际上只有20%--30%的活性物质变成了硫酸铅，因此采用薄型极板，增加多孔率，提高极板活性物质的利用率是蓄目电池工业的发展方向。一、蓄电池的工作原理2.蓄电池的充电充电时将蓄电池的正负极与直流电源的正负极对应相接，当电源电压高于蓄电池的电动势时，在电源力的作用下，电流从蓄电池正极流入，负极流出（电源驱使电子从蓄电池正极经外电路流向负极）。这时，正负极板上发生的化学反应与放电过程正好相反，充电时的化学反应过程，如图2-2-2所示。一、蓄电池的工作原理2.蓄电池的充电图2-2-2蓄电池的充电过程一、蓄电池的工作原理2.蓄电池的充电在充电过程中，正负极板上的PbS04将逐渐恢复为Pb02和Pb，电解液中HSO4逐渐增多而水逐渐减少，电解液相对密度增大。总的化学反应式如下：2PbS04+2H20Pb02+2H2S04+Pb一、蓄电池的工作原理2.蓄电池的充电由蓄电池充放电时的化学反应过程，可以得出如下几点结论。蓄电池在放电时，电解液中的硫酸还渐减少，水逐渐增多，电解液密度减小，蓄电池在充电时，电解液中的硫酸逐渐增多，而水逐渐减少，电解液密度增大。因此，可以通过测量电解液密度的方法定性地判断蓄电池充放电程度。01一、蓄电池的工作原理2.蓄电池的充电由蓄电池充放电时的化学反应过程，可以得出如下几点结论。在充放电时，电解液密度发生变化，主要是由于正极板的活性物质发生化学反应的结果，因此要求正极板处的电解液流动性要好。所以在装配蓄电池时，应将隔板有沟槽的一面对着正板，以便电解液流通。蓄电池放电终了时，极板上尚有70%～80%的活性物质没有起作用。因此，要减轻铅蓄电池的质量，提高供电能力，应该充分提高极板活性物质的利用率，在结构上提高极板的多孔性，减小极板的厚度。0203【任务分析】蓄电池的工作特性【任务分析】蓄电池的工作特性是指蓄电池的静止电动势、电动势、端电压、电解液密度随充放电时间的变化规律。【任务分析】1蓄电池的静止电动势蓄电池的静止电动势是指蓄电池内部工作物质的运动处于静止状态（不充电也不放电）下的电动势，可用万用表直接测量。静止电动势的大小取决于电解液的密度和温度。【任务分析】2蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性是指恒电流放电时，蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度ρ25℃、随放电时间变化的规律。完全充足电的蓄电池以20h放电率恒流放电的特性曲线如图2-2-3所示。图2-2-3蓄电池放电特性【任务分析】由于恒（定电）流放电，单位时间内消耗硫酸量相同。所以，电解液的密度ρ25℃呈直线下降，静止电动势E也直线下降。一般电解液密度每下降0.04g/cm3，蓄电池放电量约为额定容量的25%。从放电特性曲线可以看出，蓄电池单格端电压变化规律可分为4个阶段。【任务分析】是开始放电阶段(2.11-2.OV)。这一阶段，蓄电池端电压Uf从2.11V迅速下降，这是由于放电之初极板孔隙内的H2S04迅速消耗，密度迅速下降的缘故。第一阶段【任务分析】是相对稳定阶段(2.0～1.85V)。这一阶，极板孔隙外的电解液向极板孔隙当渗透速度加快，当渗透速度与化学反应速度达到相对平衡，极板孔隙内的电解液密度的变化速率趋于一致，端电压将随整个容器内电解液密度的降低而缓慢下降到1.85V。第二阶段【任务分析】是迅速下降阶段(1.85～1.75V)。这时由于放电接近终了，化学反应渗入到极板内层，而放电时生成的硫酸铅较原来的活性物质的体积大(是Pb02的1.86倍，Pb的2.68倍)，硫酸铅聚集在极板孔隙内，缩小了孔隙的截面积，使电解液渗入困难，因而极板孔隙内消耗的硫酸难以补充，孔隙内的电解液密度便迅速下降，端电压也随之急剧下降。第三阶段【任务分析】是过度放电阶段(1.75V)。蓄电池单格的端电压下降至一定值时(20h，放电率降至1.75V），再继续放电即为过度放电。过度放电对蓄电池十分有害，易使极板损坏。此时如果切断电源，让蓄电池“休息”一下，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，蓄电池的端电压将会齐会有所回升。第四阶段【任务分析】由此可见，蓄电池在放电终了有如下特征。单格电压放电至终止电压(以20h放电率放电，单格电压降至1.75V)。电解液密度降至最至最小许可值（约1.1lg/cm3）。蓄电池允许的放电终止电压与放电电流有关，放电电流越大，则放完电所用的时间越短，而允许的放电终止电压越低。【任务分析】3蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性是指恒流充电时，蓄电池充电电压Uf、电动势E及电解液密度ρ25℃等随充电时间变化的规律。蓄电池以20h充电率恒电流充电时的特性曲线如图2-2-4所示。图2-2-4蓄电池的充电特性【任务分析】由于采用恒（定电）充电，单位时间内生成的硫酸量相同。所以，电解液的密度ρ25℃呈直线上升，静止电动势曲势也随之上升。【任务分析】从充电特性曲线可以看出，蓄电池单格端电压的变化规律也可分为4个阶段。【任务分析】第二阶段第一阶段是开始充电阶段（2.0～2.11V）。开始接通通电电源时，极板孔隙内表层迅速生成硫酸，使孔隙中电解液的密度增大，因此，蓄电池单格端电压迅速上升。是稳定上升阶段（2.11～2.3V）。蓄电池单格端电压上升到2.11V以后，孔隙内硫酸向外扩散，继续充电至孔隙内产生硫酸的速度和渗透的速度达到平衡时，蓄电池的端电压就不再上升，而是随着整个容器内电解液密度的上升而相应提高。【任务分析】第三阶段是迅速上升阶段（2.3～2.7V）。蓄电池单格电压达到2.3～2.4V时，极板外层的活性物质基本都恢复为Pb02和Pb了，继续通电，则使电解液中的水电解，产生H2和O2，以气泡形式出现，形成“沸腾”现象。由于产生的H以离子状态H集结在溶液中负极板处，来不及立即全部变成气泡放出，使得溶液与极板之间产生约0.33V的附加电压，因而使得蓄电池单格端电压U上升至2.7V左右。【任务分析】第四阶段是过充电阶段（2.7V）。蓄电池单格端电压U上升至2.7V时应切断电源，停止充电，否则将会造成“过充电”。长时间过充电易加速极板活性物质的脱落，使极板过早损坏，因此必须避免。【任务分析】在实际使用中，为保证将蓄电池充足电，往往在出现“沸腾”之后，再继续充电2～3h，注意测量端电压和电解液密度，如果不再增加，才停止充电。充电停止后由于充电电流为零，端电压迅速回落，极板孔隙内电解液和容器中的电解液密度趋于平衡，因而蓄电池端电压又降至2.11V左右。【任务分析】可见，蓄电池在充电终了时（充足电）有如下特征。蓄电池内产生大量气泡，即出现“沸腾”现象。端电压上升至最大值，且2h内不再增加。电解液密度上升至最大值，且2～3h内不再增加。【任务准备】电子教案、蓄电池。【任务实施】蓄电池技术状况的检测【任务实施】检测蓄电池的技术状况可分为外观的检查电解液液面高度的检测12电解液密度的检测端电压的检测34放电程度的检测5操作一蓄电池外观的检查1检查蓄电池外壳是否有裂纹、破损漏电解液。2检查蓄电池极柱是否松动、表面是否有氧化物。3检查蓄电池加液孔盖（普通铅蓄电池）是否畅通。4检查蓄电池单格小盖（普通铅蓄电池）密封胶是否干裂。操作二电解液液面高度的检测蓄电池电解液液面高度的检测可采用3种方法，在具体使用时根据蓄电池的结构形式而定。操作二电解液液面高度的检测玻璃管检测法1玻璃管检测法如图2-2-5(a)所示。(a)玻璃管检测法图2-2-5电解液液面高度的检测操作二电解液液面高度的检测玻璃管检测法1旋下蓄电池单格小盖，用一带刻度的空心玻璃管插入蓄电池电解液直到接触极板的上平面处。用大拇指按紧玻璃管上端，使管口密封。12操作二电解液液面高度的检测玻璃管检测法1提起玻璃管（不离开取液口），观察玻璃管内的液面高度，此高度即为蓄电池电解液液面高出极板的高度。标准值为10～15mm，过低应补充蒸馏水，使之符合标准。3操作二电解液液面高度的检测液面高度指示线检测法2通过观察液面高度指示线可以检测电解液的液面高度，如图2-2-5(b)所示。（b）液面高废指示线检测法图2-2-5电解液液面高度的检测操作二电解液液面高度的检测液面高度指示线检测法2对于使用透明塑料壳体的蓄电池，为检查电解液液面高度，在壳体壁上刻有两条高度指示线。正常液面高度应介于两线之间，低于下线则为液面过低，应加入蒸馏水补充。操作二电解液液面高度的检测液位镜检测法3如图2-2-5(c)所示，部分进口小汽车在电解液加液孔内侧的标准液面位置处开有检视液面高度的方孔，观察液面在方孔下面为液面过低：正好与方孔平齐时为标准；液面满过方孔而充满加液口底部以上为过多。(c)加液孔液位镜检测法图2-2-5电解液液面高度的检测操作二电解液液面高度的检测液位镜检测法3当发现电解液液面低于标准值时，应及时补充蒸馏水。除确知液面降低是由电解液溅出所致外，不允许补充电解液（或硫酸溶液）。这是因为电解液液面正常降低是由电解液中的蒸馏水电解和蒸发所致。要特别注意不能加注冷开水、自来水、河水及其它质地的水，这样会造成蓄电池自放电的故障。操作三电解液密度的检测1.吸式密度计检测打开蓄电池的加液孔盖。把密度计下端的橡皮管伸入单格电池的加液口内，如图2-2-6所示。用手将橡皮球捏一下，再慢慢松开，将电解液吸到玻璃管中。注意控制吸入时电解液不要过多或过少，以便将密度计浮子浮起而不会顶住为宜。使管内的浮子浮在玻璃管中央（不要相互接触），读出密度计的读数。要求读数时，使密度计刻度线与眼睛平齐。12354将所测量的密度值与上次充电终了的电解液密度值进行对比，根据密度下降的程度来判断蓄电池的放电程度。图2-2-6检测蓄电池密度操作三电解液密度的检测2.LCC3T型蓄电池比重计测试仪检测掀LC起盖板用柔软绒布交盖板及棱镜表面擦拭干净；将待测液体用吸管滴于棱镜表面，合上盖板轻轻按压，将折射计对向明亮处，旋转目镜使视场内刻度线清晰，读出明暗分界线在标示板上相应标尺上的数值即可；测试完毕，用绒布擦净棱镜表面和盖板，清洗吸管，将仪器放还于包装盒内；在测量电池液时，注意不要洒在皮肤和眼睛上，以防烧伤，测试后仔细擦净仪器。操作三电解液密度的检测2.LCC3T型蓄电池比重计测试仪检测(ETHYLENEGLYCOL)乙二醇型防冻液冰点(PROPYLENEGLYCOL)丙二醇型防冻液冰点中间标尺02(BATTERYFLUID)电池液比重1.10-1.20需充电RECHAGE1.20-1.25电量够用FAIR1.25-1.30电量充足GOOD左侧标尺01玻璃清洗剂冰点。右侧标尺03操作三电解液密度的检测2.LCC3T型蓄电池比重计测试仪检测注意对于刚进行过强电流放电或刚加过蒸馏水的蓄电池，不宜进行电解液密度测量。因为此时电解液混合不均会使测量结果不准。电解液密度应根据地区、季节不同来选择，过高、过低都将影响