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铅酸电池充电原理

2021-6-19 15:34:16 显示全部楼层

 铅酸电池(VRLA),是一种电极主要由铅及其氧化物制成,电解液是硫酸溶液的蓄电池铅酸电池放电状态下,正极主要成分为二氧化铅,负极主要成分为铅;充电状态下,正负极的主要成分均为硫酸铅。

  一个单格铅酸电池的标称电压是2.0V,能放电到1.5V,能充电到2.4V;在应用中,经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12V的铅酸电池,还有24V、36V、48V等。

  原理

  铅蓄电池内的阳极(PbO2)及阴极(Pb)浸到电解液(稀硫酸)中,两极间会产生2V的电力,这是根据铅蓄电池原理,经由充放电,则阴阳极及电解液即会发生如下的变化:

  (阳极) (电解液) (阴极)

  PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---》 PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放电反应)

  (过氧化铅) (硫酸) (海绵状铅)

  PbO2 中Pb的化合价降低,被还原,负电荷流动;海绵状铅中Pb的化合价升高,正电荷流动。

  (阳极) (电解液) (阴极)

  PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---》 PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应) (必须在通电条件下)

  (硫酸铅) (水) (硫酸铅)

  个硫酸铅中铅的化合价升高,被氧化,正电荷流入正极;第二个硫酸铅中铅的化合价降低,被还原,负电荷流入负极。

  1. 放电中的化学变化

  蓄电池连接外部电路放电时,稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应,生成新化合物『硫酸铅』。经由放电硫酸成分从电解液中释出,放电愈久,硫酸浓度愈稀薄。所消耗之成份与放电量成比例,只要测得电解液中的硫酸浓度,亦即测其比重,即可得知放电量或残余电量。

  2. 充电中的化学变化

  由于充电时在阳极板,阴极板上所产生的硫酸铅会在充电时被分解还原成硫酸,铅及过氧化铅,因此电池内电解液的浓度逐渐增加, 亦即电解液之比重上升,并逐渐回复到放电前的浓度,这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态,当两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时,即等于充电结束,而阴极板就产生氢,阳极板则产生氧,充电到阶段时,电流几乎都用在水的电解,因而电解液会减少,此时应以纯水补充之。

  放电后的蓄电池必须通过充电才能重新投入使用;

  新蓄电池和修复后的蓄电池在首次使用前必须进行初充电;

  蓄电池在正常使用过程中为了保持一定容量,延长其使用寿命,还要进行一些必要的补充充电、均衡充电等维护性充电作业。

  因此,充电作业是保证蓄电池在整个使用过程中技术性能良好、延长其使用寿命的一个重要环节。

  根据充电目的的不同,蓄电池的充电作业可分为初充电、补充充电、去硫充电等。

  铅酸电池如何充电  1.初充电

  新蓄电池或修复后的蓄电池在使用之前的首次充电称为初充电;

  目的:恢复蓄电池在存放期间,极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。

  初充电恰当与否,对蓄电池的使用性能极为重要。

  初充电的特点:充电电流小、充电时间长,电化学反应充分。

  2.补充充电

  蓄电池在车辆上使用时,常有充电不足的现象,尤其是短途运输车辆,应根据需要进行补充充电。

  一般每月,如有下列现象发生,必须随时进行补充充电:

  1)电解液相对密度下降到1.15以下;

  2)冬季放电超过25%,夏季放电超过50%;

  3)灯光暗淡、起动机运转无力,表明电力不足时。

  另外,蓄电池放置时间超过一个月时,也应进行补充充电;在大量补充蒸馏水后也应进行补充充电。

  3.循环锻炼充电

  蓄电池在使用中常处于部分放电的情况,参加化学反应的活性物质有限,为迫使相当于额定容量的活性物质都能参加工作,以避免活性物质长期不工作而收缩,可每隔3个月进行循环锻炼充电。

  即在电池正常充足电后,用20h放电率放完电,再正常充电后送出使用。

  4.去硫充电

  当极板硫化较严重时,可进行“去硫充电”。

  5.均衡充电

  蓄电池在使用过程中,由于制造、使用等因素,会出现各单体电池的端电压、电解液密度、容量等的差异,采用均衡充电的方法可消除这种差异。

  6.充电方法

  蓄电池充电,必须根据不同情况选择适当的方法,并且正确地使用充电设备。这样才能提高工作效率,并延长蓄电池和充电设备的使用期限。

  通常蓄电池的充电方法有定流充电和定压充电两种,近年来快速充电(脉冲充电)也逐步推广。

  (1)定流充电

  在充电过程中,充电电流保持一定的充电方法,称为定流充电,如图所示。

   161022640.png

  定流充电有较大的适应性,可以任意选择和调整充电电流,因此可对各种不同情况的蓄电池充电。

  如新蓄电池的初充电,补充充电,以及去硫充电均可采用这种方法。

  但它的缺点是充电时间长,并且需要经常调节充电电流。

  (2)定压充电

  充电过程中,电源电压U始终保持不变的充电方法称为定压充电,如图所示。

   161023531.png

  采用定压充电时,要选择好充电电压:若电压过高,不但充电初期充电电流过大,且会发生过充电现象,以致引起极板弯曲、活性物质大量脱落,蓄电池温升过高;若充电电压过低,则会使蓄电池不能充电。

  定压充电还要求被充电的蓄电池必须并联在充电电源之间,由于在汽车上蓄电池是和发电机并联的,所以蓄电池始终是在发电机的恒定电压(通过调节器调整)下进行充电的。

  上述的充电方法统称为“常规充电”,要完成初充电需60h一70h,补充充电也要20h左右。由于充电的时间太长,给使用带来很大不便。

  (3)脉冲快速充电

  脉冲快速充电,可极大地克服充电过程中所产生的极化现象,有效地提高充电效率。

  其充电电流波形如图所示:

   161024187.png

  脉冲快速充电的优点是:

  ① 充电时间大为缩短,一般初充电不多于5h,补充充电不多于1h。

  ②可以增加蓄电池的容量。由于脉冲快速充电能够消除极化。因此,充电时化学反应充分,加深了反应深度,使蓄电池容量有所增加,故新蓄电池初充电后不必放电不必放电即可使用,这样不仅节约了电能,又给使用带来了方便。

  ③具有显著的去硫化作用。由于脉冲快速充电具有上述优点,因此在电池集中、充电频繁或应急使用部门,其优点更为突出。但脉冲充电机控制电路复杂,价格高于普通充电机,使用中还不够理想,有待进一步改进。

  (4)充电时蓄电池正负极性的识别

  充电时应将蓄电池的正负极对应地和充电机的正负极相连。因此,需要正确判断蓄电池的极性。

  蓄电池的极柱上一般都标有“十”、 “—”记号;或正极柱上涂红色。如果标计模糊不清,可用下述方法进行识别:

  ①观察极柱的颜色,使用过的蓄电池正极柱呈深棕色,负极柱呈淡灰色。

  ②用直流电压表接蓄电池的两极,按照指针偏摆方向判断其正负极。

  ③利用电解液进行识别,将蓄电池的两极接上导线,分别插入电解液中(不要使两导线相碰),导线周围产生气泡多的为负极。

  常规充电方式

  铅酸蓄电池的常规充电方式有两种:浮充(又称恒压充电)和循环充电。

  浮充时要严格掌握充电电压,如额定电压为12V的蓄电池,其充电电压应在13.5~13.8V之间。浮充电压过低,蓄电池会充不满,过高则会造成过量充电。电压的调定,应以初期充电电流不超过0.3C(C为蓄电池的额定容量)为原则。

  循环充电,其初期充电电流也不宜超过0.3C,充电的安培小时数要略大于放电安培小时数。也可先以0.1C的充电速率恒流充电数小时,当充电安培小时数达到放电安培小时数的90%时,再改用浮充电压充电,直至充满。

  以上为目前常用的铅酸蓄电池充电方式,但这两种方式存在着一些不足之处。在充电过程中,电池电压逐渐增高,充电电流逐渐降低。由于恒压充电不管电池电压的实际状态,充电电压总是恒定的,充电电流刚开始比较大,然后按指数规律下降;采用快速充电可能使蓄电池过量充电,易导致电池损坏。对于循环充电而言,采用较小电流充电,充电效果较好。但对于大容量的蓄电池,充电时间就会拖得很长,时效低,造成诸多不便。


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