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蓄电池的工作特性曲线

蓄电池的工作特性包括:静止电动势、内阻、充电特性和放电特性。


1.静止电动势

定义:蓄电池在静止状态下(充电或放电后静止2~3小时),正负极板间的电位差称静止电动势,用E0(Ej)表示.

测量方法:

(1)用直流电压表或万用表的直流电压档直接测得;

(2)测出电解液密度,然后用经验公式求得。

E0=0.85+ρ25℃

E0:蓄电池的静止电动势;ρ25℃:25℃时的电解液相对密度

在实际使用中,蓄电池电解的温度受环境温度的影响,不可能总保持在25℃,这样就必须将任意温度时的相对密度换算成25℃时的相对密度。换算公式如下:

ρ25℃=ρt+β(t—25)

ρt:电解液任意温度下的实测相对密度;β:相对密度温度系数, β=0.00075; t:实测相对密度时的电解液温度。


2.内电阻

铅蓄电池的内电阻包括:电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条电阻。

(1)极板电阻:正常使用条件下,极板电阻很小,只有极板发生硫化故障时,极板的电阻才明显增大;

(2)电解液电阻:电解液电阻与电解液的温度、密度有关。密度大、温度低,电解液的粘度增大,渗透力下降,电解液的电阻增大;

(3)隔板电阻:隔板电阻主要取决于隔板的材料、厚度及多孔性;

(4)联条电阻:采用穿壁式结构后,电阻可以忽略不计。


3.蓄电池的充电特性

定义:在恒流充电过程中,蓄电池的端电压V、电动势E和电解液密度随时间变化的规律。

蓄电池的充电过程可分为以下四个阶段:(图1-8)

(1)迅速上升阶段:充电开始,在极板的孔隙表层中首先形成硫酸,且来不及向外扩散,致使孔隙中的电解液密度增大.此阶段蓄电池的端电压和电动势迅速增大

(2)稳定上升阶段:充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外扩散硫酸速度相同时,蓄电池的端电压和电动势随整个容器内电解液密度的上升而缓慢上升.

(3)急剧上升阶段:端电压上升致2.3~2.4V时,极板上可能参加变化的活性物质大多恢复为二氧化铅和铅,若继续充电,则电解液中的水被电解成H2和O2,以气泡形式放出,形成“沸腾”。但是氢离子在负极板处与电子的结合不是瞬时完成的,于是在负极板处就积聚了大量的氢离子,使电解液与极板间产生了附加电位差(0.33V),因而端电压上升到了2.7V.

(4)急剧下降阶段:端电压上升到2.7V后应停止充电。若继续充电,则称为过充电。过充电会产生大量的气泡从极板孔隙中冲出,导致活性物质脱落,蓄电池的容量下降。

停止充电后,电源电压消失,积聚在负极板周围的氢离子形成氢气逸出,孔隙内的硫酸向外扩散,电解液混合均匀,端电压迅速下降到稳定值。

(5)充电终了:

充电终了的标志是:电解液呈沸腾状(氢气和氧气的溢出);电解液密度上升至最大值,且2~3小时内不再上升;单格电池的端电压上升至最大值(2.7V),且2~3小时内不再上升.


4.蓄电池放电特性

蓄电池的放电特性是指恒流放电时,蓄电池的端电压、电动势和电解液密度随时间变化的规律。ρ

蓄电池的整个放电过程可分为以下4个阶段:(图1-9)

(1)开始放电阶段

开始放电时,化学反应在极板孔内进行,首先消耗的是极板孔内的硫酸,而该范围内硫酸很有限,此时外围硫酸来不及向内补充,所以极板孔内电解液密度迅速下降(电动势迅速

下降) ,端电压迅速下降。


(2)相对稳定阶段

随着极板孔隙内电解液密度的不断下降,孔隙内外电解液的密度差不断增大,在密度差的作用下,硫酸向孔隙内的扩散速度也随之加快,从而使放电电压和放电电流得以维持。当孔隙外补充的硫酸和孔隙内部消耗的硫酸基本相等时,极板孔隙内外的密度差将基本保持一定。此时孔隙内电解液密度将随着孔隙外电解液密度一起下降,端电压也按近似直线规律缓慢下降。


(3)迅速下降阶段

以下3个方面的原因导致了端电压迅速下降。

①当放电接近终了时,孔隙外电解液密度已大大下降,孔隙外硫酸向孔隙内补充的速度减慢,离子的扩散速度下降;

②随着放电时间的延长,极板表面硫酸铅的数量增多,使孔隙变小,将极板活性物质与电解液隔开来;

③硫酸铅本身的导电性能差。放电时间越长,硫酸铅越多,内阻越大。通常把端电压急剧下降的临界点(端电压约为1.1.7V)称为放电终了。若此时仍继续放电,端电压会很快下降到0 ,所以必须停止放电。


(4)电压回升阶段

停止放电后,由于放电电流为0 ,故内阻上的压降为0 ;且因有足够时间让硫酸渗入到极板孔隙内,使电解液混合均匀,所以端电压回升到由此时电解液密度相对应的电动势数值。

蓄电池放电终了,停止放电后,端电压回升是一种表面现象,在没有充电前,若重新接通电路继续放电,电压急剧下降到0的现象又会出现。


(5)放电终了

放电终了的特征是:

单格电池电压下降到放电终止电压值(20h放电率放电时,此值为1.75V);

电解液的相对密度下降到最小许可值,约为1.11。

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