電動(dòng)車(chē)用蓄電池之作用原理與構(gòu)造
電動(dòng)車(chē)商情網(wǎng) 電動(dòng)車(chē)商情網(wǎng) 俠名 電動(dòng)車(chē)維修 2005-10-18
| 所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設(shè)備。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下： 陽(yáng)極板(過(guò)氧化鉛.PbO2)---> 活性物質(zhì) 陰極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質(zhì) 電解液(稀硫酸) ---> 硫酸.H2SO4 + 水.H2O 電池外殼 隔離板 其它(液口栓、蓋(Guy)子等) 一、 鉛蓄電池之原理與動(dòng)作 鉛蓄電池內(nèi)的陽(yáng)極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽(yáng)極及電解液即會(huì)發(fā)生如下的變化： PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應(yīng)) PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應(yīng)) 1、放電中的化學(xué)變化 蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì)與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，生成新化合物硫酸鉛。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測(cè)得電解液中的硫酸濃度，亦即測(cè)其比重，即可得知放電量或殘余電量。 2、充電中的化學(xué)變化 由于放電時(shí)在陽(yáng)極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸，鉛及過(guò)氧化鉛，因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復(fù)到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當(dāng)兩極的硫酸鉛被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽(yáng)極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會(huì)減少，此時(shí)應(yīng)以純水補(bǔ)充之。 二、 電動(dòng)車(chē)用蓄電池的構(gòu)造 電動(dòng)車(chē)用蓄電池，必須具備以下條件： ◎高性能 ◎耐震、耐沖擊(Impuise) ◎壽命長(zhǎng) ◎保養(yǎng)容易 由于玻璃纖維管式鉛蓄電池是累積多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果而制成，故具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。 1、極板 根據(jù)蓄電池容量選擇適當(dāng)規(guī)格極板及數(shù)量組合而成。于充放電時(shí),兩極活性物質(zhì)隨著體積的變化而反復(fù)膨脹與收縮。兩極活性物質(zhì)中，陰極板之海綿狀鉛的結(jié)合力較強(qiáng)，而陽(yáng)極板之過(guò)氧化鉛的結(jié)合力弱，因而在充放電之際，會(huì)徐徐脫落，此即為鉛蓄電池壽命受到限制的原因。若使蓄電池使用期限延長(zhǎng)，能耐震并耐沖擊(Impuise)，則陽(yáng)極板的改良即成當(dāng)務(wù)之急。 玻璃纖維管式的陽(yáng)極板：此乃以玻璃纖維制的軟管接在鉛合金制的櫛狀格子(蕊金)上，在軟管和蕊金間充填鉛粉之后，將軟管密封，使其發(fā)生變化，產(chǎn)生活性化物質(zhì)，由于活性化物質(zhì)不會(huì)脫落，與電解液接觸亦良好，是一種非常好的極板材料。使用具有這種極板的蓄電池是電動(dòng)車(chē)較好的選擇。編織式軟管以9microm(μ)的玻璃纖維編成管袋狀，彈性好，可耐膨脹或收縮，而且對(duì)電解液的滲透度也非常良好，此軟管乃是最佳產(chǎn)品，長(zhǎng)久以來(lái)，實(shí)用績(jī)效良好。 糊狀式極板：就是將稀硫酸煉制之糊狀鉛粉涂覆在鉛合金制的格子上，待其干燥后所形成之活性物質(zhì)。這種方式一直被采用在鉛蓄電池的陰極板上，同時(shí)亦使用在汽車(chē)、小貨車(chē)的蓄電池陽(yáng)極板上。 2、隔離板 能防止陰、陽(yáng)極板間產(chǎn)生短路，但不會(huì)妨礙兩極間離子的流通。而且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用，也不會(huì)劣化或釋放雜質(zhì)。鉛蓄電池一般都使用膠質(zhì)隔離板。 3、電池外殼 耐酸性強(qiáng)，兼具機(jī)械性強(qiáng)度。電動(dòng)車(chē)用的蓄電池外殼乃使用材質(zhì)強(qiáng)韌之合成樹(shù)脂經(jīng)特殊處理制成，其機(jī)械性強(qiáng)度特別強(qiáng)，上蓋(Guy)亦使用相同材質(zhì)，以熱熔接著。 4、電解液 電解液比重以20℃的值為標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)車(chē)用的蓄電池完全充電時(shí)電解液標(biāo)準(zhǔn)比重為1.280。 5、液口栓 液口栓的功能為排出充電時(shí)所產(chǎn)生的氣體及補(bǔ)充純水，測(cè)定比重。 三、 蓄電池的容量 電動(dòng)車(chē)用蓄電池的容量以下列條件表示之： ◎電解液比值 1.280/20℃ ◎放電電流 5小時(shí)的電流 ◎放電終止電壓 1.70V/Cell ◎放電中的電解液溫度 30±2℃ 1、放電中電壓下降 放電中端子電壓比放電前之無(wú)負(fù)載電壓（開(kāi)路電壓）低，理由如下： （1)V=E-I.R V：端子電壓(V) I：放電電流(A) E：開(kāi)路電壓(V) R：內(nèi)部阻抗(Ω) (2)放電時(shí)，電解液比重下降，電壓也降低。 (3)放電時(shí)，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強(qiáng)，完全充電時(shí)若為1倍，則當(dāng)完全放電時(shí)，即會(huì)增強(qiáng)2～3倍。 用于起重時(shí)電瓶電壓之所以比用于行走時(shí)的電壓低，是由于起重用油壓馬達(dá)比行走用驅(qū)動(dòng)馬達(dá)功率大，因此放電流大，則上式的I.R亦變大。 2、蓄電池之容量表示 在容量試驗(yàn)中，放電率與容量的關(guān)系如下： 5HR....1.7V/cell 3HR....1.65V/cell 1HR....1.55V/cell 嚴(yán)禁到達(dá)上述電壓時(shí)還繼續(xù)繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶?jī)?nèi)溫會(huì)升高，則活性物質(zhì)劣化愈嚴(yán)重，進(jìn)而縮短蓄電池壽命。 因此，電池電壓若已達(dá)1.75v/cell(24cell的42v，12cell的21v)，則應(yīng)停止使用，馬上充電。 3、蓄電池溫度與容量 當(dāng)蓄電池溫度降低，則其容量亦會(huì)因以下理由而顯著減少。 (A)電解液不易擴(kuò)散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率變慢。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降，蓄電池的5HR容量會(huì)隨蓄電池溫度下降而減少。 因此，蓄電池冬季比夏季的使用時(shí)間短。特別是使用于冷凍庫(kù)的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著減短。 若欲延長(zhǎng)使用時(shí)間，則在冬季或是進(jìn)入冷凍庫(kù)前，應(yīng)先提高其溫度。 4、放電量與壽命 每日反復(fù)充放電以供使用時(shí)，則電池壽命將會(huì)因放電量的深淺，而受到影響。 5、放電量與比重 蓄電池的電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時(shí)的比重及10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 測(cè)定鉛蓄電池電解液比重是得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測(cè)定使用后的比重，以避免過(guò)度放電，測(cè)比重的同時(shí)，亦測(cè)電解液的溫度，以20℃所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。 6、放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗 內(nèi)部阻抗會(huì)因放電量增加而加大，尤其放電終點(diǎn)時(shí)，阻抗最大，主要因?yàn)榉烹姷倪M(jìn)行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導(dǎo)體——硫酸鉛及電解液比重的下降，都導(dǎo)致內(nèi)部阻抗增強(qiáng)，故放電后，務(wù)必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(即硫化現(xiàn)象)，即使充電，極板的活性物資亦無(wú)法恢復(fù)原狀，而將縮短電瓶的使用年限。 7、放電中的溫度 當(dāng)電池過(guò)度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會(huì)上升。放電時(shí)的溫度高，會(huì)提高充電完成時(shí)溫度，因此，將放電終了時(shí)的溫度控制在40℃以下為最理想。 四、 充電的管理 1、蓄電池的充電特性 蓄電池充電的端子電壓如下式表示： V= E+I.R，在此 E=電瓶電壓(V) I=充電電流(A)R=內(nèi)部阻抗(Ω) 2、蓄電池溫度與壽命 蓄電池溫度（電解液溫度）升高，則陰陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)即會(huì)劣化，并腐蝕陽(yáng)極格子，而縮短電池壽命，相對(duì)的，電池溫度太低時(shí)，會(huì)使電池蓄電容量減少，容易過(guò)度放電，進(jìn)而使電池壽命縮短。此種關(guān)系也會(huì)因電池型式、極板材質(zhì)而有變化。故應(yīng)遵守下列之使用條件： 通常蓄電池的電解液溫度應(yīng)維持在15～55℃為理想使用狀態(tài)，不得已的情況下，也不可超過(guò)放電時(shí)-15～55℃，充電時(shí)0～60℃的范圍。實(shí)際使用時(shí)，由于充電時(shí)溫度會(huì)上升，因此，放電終了時(shí)電解液溫度以維持在40℃以下為最理想。 3、充電量與壽命 蓄電池所須充電量為放電量的110～120%。放電量與蓄電池壽命有密切關(guān)系，假設(shè)充電量為放電量120%時(shí)的電池，使用壽命為1200回（４年），則當(dāng)電池的充電量達(dá)放電量之150%時(shí)，則可推算該電池的壽命為： 1200回×120/150=960回(3.2年) 又，此150%的充電，迫使水被分解產(chǎn)生氣體，電解液遽減，將使充電終點(diǎn)的溫度上升，結(jié)果溫度上升造成耐用年限縮短。此外，充電不足即又重復(fù)放電使用，則會(huì)嚴(yán)重影響電池壽命。 4、氣體的產(chǎn)生與通風(fēng)換氣 充電中產(chǎn)生的氣體為氧與氫的混合氣，氫氣具爆炸性，若空氣中氫氣達(dá)3.8%以上，且又近火源，則會(huì)發(fā)生爆炸。充電場(chǎng)所必須通風(fēng)良好，注意遠(yuǎn)離火源，避免觸電。 五、 電解液之管理 1、比重測(cè)定 測(cè)量比重時(shí)，須使用吸取式比重計(jì)將電解液緩緩吸入外筒，從浮標(biāo)的刻度即可測(cè)知比重。 鉛蓄電池的電解液比重會(huì)隨溫度改變而變化，電解液比重以攝氏20度時(shí)的比重為標(biāo)準(zhǔn)，因此比重計(jì)上的讀數(shù)，必須換算為攝氏20度時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)比重。當(dāng)溫度變化攝氏一度時(shí)，則比重即變化0.0007，因此，在測(cè)量比重的同時(shí)，必須測(cè)量溫度，測(cè)溫時(shí)，請(qǐng)使用棒狀酒精溫度計(jì)。 該溫度t℃時(shí)所測(cè)之比重為St，則以下式換算標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的比重S20。 S20=St+0.0007(t-20) S20...為換算成20℃時(shí)的比重 St....為t℃時(shí)所測(cè)的比重 t.....為測(cè)得電解液之實(shí)際攝氏溫度 例如：20℃時(shí)比重為1.280，在10℃時(shí)變成1.287;30℃時(shí)，變成1.273。 2、純水的補(bǔ)充 重復(fù)放電時(shí)，電解液面會(huì)緩緩下降，因此定期檢視電解液液位，隨時(shí)補(bǔ)充純水，以維持適當(dāng)?shù)囊何�，若因忽略補(bǔ)水，而露出極板，則會(huì)傷害極板。蓄電池用純水的標(biāo)準(zhǔn)按日本蓄電池工業(yè)會(huì)SBA4001的規(guī)定如下表： 3、電解液中的不純物與電池壽命 電解液中若含有硝酸、鹽酸、亞硫酸、鹽素、有機(jī)物等，則會(huì)腐蝕極板，加速縮短電池壽命，同時(shí)也會(huì)加速自我放電，此外，銅、鎳、鐵、錳亦會(huì)傷害電池導(dǎo)致自我放電量增加。 蓄電池補(bǔ)充液位時(shí)，一定要使用純水，用水沖洗電瓶時(shí)，一定要將電池帽蓋(Guy)緊以避免沖洗用水流入電瓶?jī)?nèi)。 4、補(bǔ)水過(guò)多所造成的弊端 補(bǔ)水時(shí)若超過(guò)最高液面則充電時(shí)就會(huì)發(fā)生滿(mǎn)溢，而使稀硫酸成份流失，腐蝕電瓶箱，電解液比重偏低造成蓄電容量不足等。 |
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