关于铅蓄电池放电原理实质如放电时
一、铅蓄电池基本工作原理
铅蓄电池充放电反应原理如图3-6所示，当铅蓄电池接通外电路负载放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液的硫酸变成了水。充电时，正负极板上的PbSO4分别恢复原来的PbO2和Pb，电解液中的水变成了硫酸。 化学反应式为：
PbO2+ 2H2SO4+Pb=== PbSO4+2H2O+ PbSO4
+ - +
其中PbO2与Pb板之间的电动势E与直接参加反应的活性物质孔隙内的电解液相对密度ρ15℃成正比：
E=0。 84+ρ15℃
式中：ρ15℃为15℃时的电解液相对密度
ρ15℃=ρt+β（t-15）
式中：t——实际测量的电解液温...全部
一、铅蓄电池基本工作原理
铅蓄电池充放电反应原理如图3-6所示，当铅蓄电池接通外电路负载放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液的硫酸变成了水。充电时，正负极板上的PbSO4分别恢复原来的PbO2和Pb，电解液中的水变成了硫酸。
化学反应式为：
PbO2+ 2H2SO4+Pb=== PbSO4+2H2O+ PbSO4
+ - +
其中PbO2与Pb板之间的电动势E与直接参加反应的活性物质孔隙内的电解液相对密度ρ15℃成正比：
E=0。
84+ρ15℃
式中：ρ15℃为15℃时的电解液相对密度
ρ15℃=ρt+β（t-15）
式中：t——实际测量的电解液温度；
ρt——直接参加化学反应的电解液相对密度；
β——密度温度系数，为0。
00075g/cm3·℃。
二、铅蓄电池放电、充电特征
1、放电特性
铅蓄电池的放电特性就是指蓄电池的在恒定电流放电状态下的电解液相对密度ρ15℃、蓄电池端电压Uf随放电时间变化的规律，如图3-7是将6-Q-100的铅蓄电池以5A进行放电时测得的规律曲线。
电解液相对密度是随放电时间的延长按直线规律减小的。因为在恒流放电中，单位时间内的硫酸消耗量是一个定值的缘故。铅蓄电池的放电程度和电解液相对密度成正比。电解液相对密度每下降0。04，蓄电池约放掉25%额定容量 Qe的电量。
放电过程中，端电压的变化规律由三个阶段组成：
第一阶段 端电压由2。11V迅速下降到2。0V左右。这是因为放电前尖入极活性物质孔隙内部的硫酸迅速变为水，而极板外部的硫酸还来不及向极板孔隙内渗透；析板内部电解液相对密度迅速下降，端电压迅速下降。
第二阶段 端电压由2。0V下降到1。95V，基本呈直线规律缓慢下降。这是因为该阶段单位时间极板孔隙内部消耗的硫酸量与孔隙孔外部向极板孔隙内部渗透补充的硫酸量相等，处于一种动平衡状态的缘故。
第三阶段 端电压迅速由1。95V下降到1。75V。其原因是：极板表面已形成大量硫酸铅（其体积是海绵状铅的2。68倍，是二氧化铅的1。86倍），堵塞了了孙隙，渗透能力下降；同时单位时间的渗透量小于极板内硫酸的消耗量，极板内电解液相对密度迅速下降，此时应停止放电，如果继续放电，端电压在短时间内将急剧下降到零，致使蓄电池过度放电，导致蓄电池产生硫化故障，缩短其使用寿命。
蓄电池电到终止电压时应及进停止放电，极板孔隙中的电解液与整个容量中的电解液相互渗透，趋于平衡，电池的端电压会有所回升。
铅蓄电池放电终了特征是：
①单格电池电压下降到放电终止电压（以20h放电率放电时终止电压为1。
75V）；
②电解液相对密度下降到最小值。
放电终止电压与放电电流大小有关，放电电流越在，连续放电的时越短，允许的放电终止电压也越低。见表3-3。
起动型蓄电池的放电率与终止电压的关系 表3-3
放电情况
放电率
20h
10h
3h
30min
放电电流的大小(A)
0。
050Qe
0。10Qe
0。25Qe
Qe
单格电池终止电压(V)
1。75
1。70
1。65
1。55
2、充电特征
铅蓄电池的充电特征就是指蓄电池在恒定流充电状态下，电解液相对密度ρ15℃、蓄电池端电压UC随充电时间的变化规律。
图3-8是将6-Q-100型铅蓄电池以5A进行恒流充电时测得的规律曲线。
充电过程中，电解液相对密度基本以直线律逐渐上升。这是因为采用等流充电，充电机每单位时间向蓄电池输入的电量相等，每单位时间内电解液中的水变为硫酸的量也基本相等。
充电过程中，铅蓄电池端电压上升的规律由四个阶段组成：
第一阶段 充电开始，端电压上升较快。这是由于极板活性物质孔隙内部的水迅速变为硫酸，孔隙外部的水还未来得及渗透入补充，极板内部电解液相对密度迅速上升所致。
第二阶段 端电压上升较平稳，至单格电压2。4V。该阶段，每单位时间内极板内部消耗的水与外部渗入的水基本相等，处于动态平衡状态。
第三阶段 为2。4以端电压迅速上升至2。7V，该阶段电解液中的水开始电解，正极板表面逸出氧气，负极板处逸出氢气电解液中冒出气泡，出现 所谓的电解液“沸腾”现象。
第四阶段 为过充电阶段，该阶段端电压不再上升。为了观察端电压和电解液相对密度不再上升的现象，保证蓄电池充分充电，一般需要过充电2h～3h。
由于过充电时剧烈地放出气泡会导致活性物质脱落，造成蓄电池容量降低，使用寿命综短，因此应尽量避免长的时间过充电。
过充电时，蓄电池逸出的氢气、氧气混合气体易烯、易爆，充电的蓄电池附近应免明火出现。
铅蓄电池充电终了的特征是：
①端电压和电解液相对密度上升到最大值，且2h～3h内不再上升。
②电解液中产生大量气泡，呈现“沸腾”状态。
三、铅蓄电池性能指标
起动型铅蓄电池性能指标常见有额定容量、储备容量和低温起动电流。
1、额定容量（Qe）
GB5008。1-91《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定：将充足的新蓄电池在电解液温度为25±5℃条件下，以20h放电速率放电电流连续放电至单格电池平均电压降到1。
75V时输出电量称为蓄电池的额定容量，单位为“安·时”，记作A·h。
2、储备容量(tr)
GB5008。1-91《起动用铅酸蓄电池技术条件》规定,蓄电池在25±2℃条件下，以25A恒定电流放电到单格平均电压降到1。
75V时的放电时间，称为蓄电池的储备容量，单位为分钟(min)。
储备容量表达了在汽车充电系失效时，蓄电池能为照明及点火系等用电设备提供25A恒流放电的能力。
3、低温起动电流（Is）
在SAE（美国汽车工程师协会）标准下，蓄电池在电解液温度-18℃时放电30s，蓄电池单格电压下降到1。
2V所能释放的最大电流强度称低温起动电流，单位为安培（A）。
四、蓄电池性能影响因素
铅蓄电池的性能与结构因素、使用因素有关。
1、结构因素对铅蓄电池容量的影响
极板厚度越小，电解液渗透越容易，活性物质利用率越高，蓄电池的放电性能也就越好。
极板上活性物的实际表面积越大，同时参加化学反应的活性物质就越多，蓄电池的放电性能就越好。提高极板活性物质表面积的方法有两种：一是增加极板片数；二是提高活性物质的多孔率。
国产蓄电池极板面积已统一，每对极板面的容量为7。
5A·h。容量Qe与正负极板总片数N的关系可用下式进行计算：
Qe=7。5（N-1）
2、使用因素对铅蓄电池性能的影响
1）放电电流
放电电流越大，铅蓄电流的输出容量越小。因为放电电流增大，单位时间极板内电解液的消耗量增加，由于极板表面迅速生成颗粒较大的硫酸铅，堵塞孔隙，阻碍了电解液向极板向层渗透，使极板内电解液相对密度下降、端电压下降，蓄电池的容量减小。
起动机起动时，蓄电池要释放强大的起动电流，所以必须严格控制起动时间。每次起动时间不得超过5s再次起应间隔15s以上，以便电解液充分渗入极板内层，提高蓄电池的电动势和输出容量。
2）电解液温度
电解液温度降低，铅蓄电池的输出容量减小。
因为电解液温度降低时，其粘度增加，渗透能力减弱；同时电解液电阻增在，内部电压降增大。端电压在上述两个因素影响下迅速降低，容量减小。电解液温度每下降1℃，容量约下降1%。
冬季起动时，铅蓄电池的端电压会下降很多，往往导致点火困难，难以起动，因此冬季应注意蓄电池的保温工作。
温度升高时，分子运动速度增加，电解液渗透能力增强。电解液电阻减小。电化学反应增强，电池容量有所上升。但电解液温度超过40℃后，正负极板易供曲变形，同时会诱发蓄电池自放电。在炎热环境下工作的蓄电池应确保良好的通风条件。
3）电解液的相对密度
适当增大电解液的相对密度，可以提高电解液的渗透速度及蓄电池的电动势，并可使其容量增大。但电解液相对密度的增高，会使电解液粘度增大，使电解液向孙隙内渗透的速度下低，内阻增大，导致端电压和容量的减少。
当电解液相对密度过低时，电解液中离子数量少，也会减少铅蓄电池的实际放电容量。
电解液相对密度稍低有利于提高放电电流和放电容量，有利于延铅蓄电池的使用寿命。冬季，在不结冰的前提下，应尽可能采用稍低相对密度的电解液。
课后小结：本次课介绍了铅蓄电池的工作原理和充、放电特性，并了解它的性能指标和性能影响因素，重点掌握其原理和放、充电特性。
课后习题：
1、试述放电过程中端电压的变化规律？
2、影响蓄电池性能的因素有哪些？
。
收起
