CSB铅酸电池：施工、工作、充电

铅酸电池结构

铅酸电池是最常用的蓄电池类型，以其在汽车中的应用而闻名。该电池由多个电池组成，每个电池由浸入稀硫酸电解液中的铅板组成。每个电池的电压通常为 2 V 至 2.2 V。对于 6 V 电池，三个电池串联，对于 12 V 电池，六个电池串联。

 

铅酸汽车型电池的结构如图1所示。电极是铅锑合金板，具有凹槽图案，因此它们呈网格形式[见图1(a)]。

盘子

氧化铅（称为活性材料）被压入极板的凹槽中。每个电极由几块平行连接的板组成，中间有多孔橡胶隔板，如图 1 (b) 所示。这种布置和板的形状在电池的尺寸限制内提供了最大可能的电极表面积。

图 1.铅酸电池极板排列

橡胶外壳

完整的 12 V电池如图 1 (c) 所示，具有硬橡胶外壳。该案件分为六个部分，分别用于六个独立的牢房。外壳底部内侧设有突起以支撑板。这些突出部分确保板的下边缘通常远高于落到电池底部的活性材料的水平。这种材料会使正极板和负极板短路并使电池失效。

图1（c）。铅酸蓄电池结构图

管盖;漏斗盖

每个电池都有一个螺纹填充盖，中心有一个小孔。加注口盖提供了添加电解质的通道，而孔则允许气体排放到大气中。

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电气连接

粗的电连接将电池串联起来，并提供了巨大的电池端子。由于电池可能需要提供非常大的电流，因此所有电气连接的电阻必须非常低，以最大限度地减少电压降，这一点很重要。对于驱动汽车起动机的电池来说，250 A 的电流并不罕见。

铅酸电池工作原理

当铅酸电池充电时，正极板上的氧化铅变成过氧化铅，负极板上的氧化铅变成海绵状或多孔铅。在这种情况下，正极板呈棕色，负极板呈灰色。

当电池放电时（即提供电流），负极板上海绵状铅的原子与硫酸盐分子结合形成硫酸铅和氢气。与往常一样，电子被留在负极板上，以便它们保持负电势。电解液中释放的氢气与正极板上的过氧化铅结合，从板上除去电子以保持正电位。过氧化铅和氢气在正极结合产生水和硫酸铅。水稀释了电解质，使其成为较弱的溶液，并且在正极板和负极板上产生的硫酸铅往往会填充活性材料的孔隙。这两种效应（电解质的稀释和硫酸铅的形成）都会降低每个电池的效率，并最终导致电池输出电压下降。

当电池充电时，电流（常规方向）流入每个电池的正极。该电流导致负极上的硫酸铅与氢离子重新结合，从而重新形成电解液中的硫酸和负极板上的海绵状铅。此外，正极上的硫酸铅与水重新结合，重新生成正极板上的过氧化铅和电解液中的硫酸。电池充电的最终结果是电极重新形成并且电解质恢复到原来的强度。如果保养得当，铅酸电池能够维持多次充电和放电循环，并在数年内提供令人满意的服务。

铅酸电池安培小时额定值

12 V 铅酸汽车电池的典型安培小时额定值范围为 100 Ah 至 300 Ah。这通常指定为 8 小时放电时间，它定义了在电压降至每节电池 1.7 V 左右之前可以从电池中提取的能量。

对于 240 Ah 额定值，电池预计可提供 30 A 电流 8 小时（见图 2）。负载电流越大，放电时间明显越短。然而，由于放电时间较短，安培小时额定值也可能会降低，因为电池在提供较大电流时效率较低。另一种对铅酸电池进行评级的方法是定义提供大约 250 A 电流约 5 秒后的端电压。这对应于电池在启动汽车时所经历的负载类型。重要的是要避免可能需要过多电流的电池过载。汲取比电池设计供电更大的电流可能会造成严重损坏。

图 2. 铅酸电池安培小时额定值

电池的额定值通常是在 25°C 左右的温度下规定的，并且必须针对在较低温度下运行进行修改。由于温度降低时化学反应发生得更慢，因此可用的输出电流和电压小于 25°C 时的输出电流和电压。在 -18°C 左右，充满电的电池可能只能提供其正常安培小时额定值的 60%。随着电池放电且电解质变弱，电解质更容易冻结。充满电的电池不太容易结冰，但即使是充满电的电池，当温度降至 -21°C 左右时也可能会出现故障。

铅酸电池示例1

铅酸电池的额定值为 300 Ah。

1. 确定电池可以提供 25 A 电流多长时间。
2. 如果在提供大电流时将电池额定值降低到 100 Ah，请计算预计可以提供 250 A 的电流多长时间。
3. 在非常寒冷的条件下，电池只能提供正常额定值的 60%。求它可以继续向汽车起动电机提供 250 A 电流的时间长度。

解决方案

A。从下面的等式中，

AH 右At我nG=我×t�� 右��我��=我×�

 所以

t=AH我=30025=12H�=��我=30025=12�

b. 提供 250 A 电流的时间

t=AH我=100250=0.4H=24分钟�=��我=100250=0.4�=24分钟

C。在 60% 额定值下提供 250 A 电流的时间

AH右At我nG=60%哦F100AH=60AH��右��我��=60%哦�100��=60��

t=AH我=60250=0.24H=14.4分钟�=��我=60250=0.24�=14.4分钟

铅酸电池充电

当电池充电时，必须在其端子上施加直流充电电压。充电电压的极性必须使得电流流入电池，与放电电流的正常方向相反。这意味着电池充电器的正极输出端子必须连接到电池的正极端子，充电器的负极端子必须连接到电池的负极端子。其布置如图 3 所示。电池充电器通常有一个电压表和电流表来监控充电电压和电流，以及一个调节充电速率的控制器。

图3.铅酸电池充电布置图

电池充电器的输出电压必须大于电池电压才能使电流流入电池正极端子。充电电流取决于电池电压与充电电压之间的差值以及电池的内阻。

应避免非常大的充电电流，因为它可能导致电池过热，并可能导致引线板变形。最大安全充电电流通常被视为电池以 8 小时速率放电时的最大输出电流。

铅酸电池示例2

需要对额定容量为 300 Ah 的电池进行充电。

1. 确定安全的最大充电电流。
2. If the internal resistance of the battery is 0.008 Ω and its (discharged) terminal voltage is 11.5 V, calculate the initial output voltage level for the battery charger.

Solution

a. Safe rate of charge at the 8h discharge rate:

I=Aht=3008=37.5A�=�ℎ�=3008=37.5�

b. Charging current:

I=Charger Voltage−Battery Voltager1�=Charger Voltage−������� ��������1

Therefore,

Charger Voltage=(I×r1)+Battery VoltageCharger Voltage=(�×�1)+������� �������

=(37.5×0.008)+11.5=11.8V=(37.5×0.008)+11.5=11.8�

Lead-Acid Battery Specific Gravity

When a lead-acid battery is in a nearly discharged condition, the electrolyte is in its weakest state. Conversely, the electrolyte is at its strongest (or greatest density) when the battery is fully charged. The density of electrolyte related to the density of water is termed its specific gravity.

电解液的比重（通过比重计测量）用于指示铅酸电池的充电状态。比重为1100至1150的电解质的密度是水的1.1至1.15倍。在 1100 至 1150 ℃时，电池完全放电。当比重为 1280 至 1300 时，可以假定电池已充满电。

铅酸蓄电池维护 

1. 应定期检查每个电池中的电解质水平，并根据需要添加蒸馏水，以保持板的顶部被约 1 厘米的液体覆盖。
2. 电池端子应保持清洁并轻轻涂上凡士林，以避免腐蚀。
3. 在寒冷的天气里，电池应始终保持在接近充满电的状态，以避免结冰。
4. 铅酸电池绝对不能长时间处于放电状态，因为硫酸铅可能会硬化并永久堵塞电极的孔隙。
5. 长期存放电池前应将电池充满电，然后排干电解液，使电池干燥存放。