蓄电池充电系统

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1、蓄电池充电系统一•铅酸蓄电池简介:1.1充电电流、充电电压及蓄电池电动势的关系：铅酸蓄电池单体的额定电压为27,正极物质为二氧化铅，负极物质为海绵性纯铅，电解液为稀硫酸，放电终了正、负极板上的物质均为硫酸铅，典型化学反应式为：正极反应PbO2+4H++S0/+2e=PbS04+2H2O负极反应Pb+SO4^2e=PbSO4电池的总反应Pb02+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O(1)PbO2+Pb+2H2SO4«—2PbS0。+2H2O为使充电电流流过蓄电池，充电电源的电压&必须克服蓄电池的电动势E和内阻凡上的压降/次”,即：Uc=E

2、+IcRn则充电电流为：Uc-E(2)1.2充电完成的标志1.电池单格内有大量气泡产生，电解液出现沸腾现象；2.电池单体电压在2.6〜2.8V（标准2.7V）,且在2h以上测定不变。3.电液比重达1.285g/mI（25°C）,且在2h以上测定不变。1.3充电过程中的极化现象蓄电池电极上无电流通过时，电极上的电位称平衡电位。当电极上有电流通过时，电极原来的平衡状态被破坏，电极电位将偏离其平衡电位，这种现象叫做“极化”。产生极化的原因有电化学极化、浓差极化和欧姆极化等。电化学极化是由于电化学反应的迟缓性引起的，亦即电极上进行的化学反应速度落后于

3、电极上电子运动的速度造成的；浓差极化是由于发生化学反应时电极表面附近溶液的离子浓度发生变化引起的；欧姆极化则是正负离子在迁移过程中受到阻力而引起的。极化使充电电压升高，温度升高，充电过程中的气泡增多，是影响充电质量和充电时间的重要因素。1.4蓄电池最佳充电接受曲线上世纪60年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，提岀了以最低出乞率为前提的蓄电池最佳充电接受曲线（如图1所示），其充电接受电流与充电时间的指数关系是[1]:I=厶严⑶式中：％为当时，蓄电池可能接受的充电电流的最大值。a为最大充电电流随充电时间的变化系数，即

4、充电接受比。一般认为a=/°/C（即充电接受比等于蓄电池初始接受电流值与所需补充的容量之比）O实验表明，如果充电电流按图1曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命不会产生负面影响。当电流大于该曲线时，蓄电池出现极化现象（电流越大极化越严重），过电位增加，电解水加剧产生大量气泡，结杲不但不能提高充电速度，还会造成极板不同程度的损坏。如杲充电电流过小，虽然电流全部用于化学反应，但充电时间将延长。显然，要在较短的时间内得到较好的充电质量，选择适当的充电方法和良好的充电工艺是非常重要的。IA图1蓄电池最佳充电接受曲线二.铅酸蓄电池的主

5、要参数2.1蓄电池的电压2.1.1电动势电动势是指电池在开路时，正极平衡电极电势与负极平衡电极电势之差，蓄电池电动势是硫酸浓度的函数。其大小取决于电池中的化学反应，与电池的形状、尺寸无关。根据铅酸蓄电池的成流反应，按热力学原则，电池的电动势为E”九咋卑nFG(比0)其中E为电池电动势；岀为所有反应物的活度或压力等于1时的电动势，称为标准电动势(卩)；/?为摩尔气体常数，为8.31J/(Kmol);T为绝对温度(K);F为法拉第常数(96500C/mol);〃为电化学反应中的电子得失数目。电动势是电池在理论上输出能量大小的量度之一，如果其它条件

6、相同，电动势越高的电池，理论上能输出的能量就越大。2.1.2开路电压开路电压是电池在开路状态下的端电压，也是两极的电极电势之差，但不是平衡电势，而是稳定电势或混合电势之差。理论上，电池的开路电压并不等于电动势，但数值上可能很接近，一般小于蓄电池电动势，与蓄电池荷电状态直接相关。蓄电池组在线检测系统的设计及研究铅酸蓄电池的开路电压也是硫酸浓度的函数，其与电解液密度的关系可用如下的经验公式表示：开路电压=d+0.85(2.5),其中d为电解液的密度(g/cm3)o2.1.3工作电压工作电压是指有电流流过外线路时，电池两极之间的电位差。放电工作电压

7、总是低于开路电压。因为电流通过蓄电池内部时，必须克服极化电阻和欧姆电阻所造成的阻力。随着蓄电池放电的进行，正负极活性物质和硫酸逐渐消耗，水量增加，酸浓度降低，蓄电池的电压降低。2.2蓄电池的温度蓄电池内部温度对其性能影响很大，对铅酸蓄电池而言，更是如此，因为在充放电过程中其内部存在“氧循环”，产生的额外热量会使温度上升，因而影响更大，因此在判断蓄电池的性能时，要充分考虑温度的影响。当温度上升时，电解液的运动速度增大，获得动能增加，因此渗透力加强，电解液电阻减小，电化学反应增强，这些都使蓄电池容量增大。当温度降低时，电解液的粘度增大，使离子运动

8、受到较大阻力，扩散能力降低，渗入极板内部困难，活性物质深处由于酸的缺乏而得不到充分利用，导致容量下降。其次是电解液电阻随温度下降而增加，结果电池内阻增加，电压降增大