CSB铅酸蓄电池的结构和工作原理

1 CSB铅酸蓄电池的结构和工作原理
1.1 CSB铅酸蓄电池的基本结构
CSB铅酸蓄电池主要由电池槽、正极板、负极板、隔板、联接条、极桩和电解液组成。蓄电池的主要电能转换部件是正、负极板和电解液。正、负极板采用具有较高强度和抗氧化性能的铅锑合金矩形框架, 框内布置有纵横交错的金属网格。正极板由棕色海绵状二氧化铅 (Pb O2) 活性物质填充在网格中, 负极板网格由青灰色海绵状纯铅 (Pb) 填充。正、负极板相互嵌合, 中间为防止短路, 插入由塑料或玻璃纤维制成的网状隔板。电池槽是由耐腐蚀的硬质塑料压铸而成, 用来盛装电解液和正、负极板, 12V蓄电池电解槽通常由6个单元格串联而成。蓄电池的电解液是由纯净的蒸馏水和硫酸按照一定的比例配制而成, 温度为20℃时, 我国南方地区电解液比重γ为1.20~1.25g/cm3, 北方地区其比重为1.28~1.30 g/cm3。
1.2 铅酸蓄电池的工作原理 铅酸蓄电池工作是电能和化学能反复转换的过程。蓄电池充电时, 在外电场的作用下, 在正负极板中的硫酸析出进入电解液, 电解液中的硫酸浓度增加, 同时正极板主要成分变为Pb O2, 负极板变为纯Pb。在放电时, 负极板Pb与电解液中的SO42-离子反应生成Pb SO4, 并释放电子经负载进入正极形成电流, 同时正负极Pb O2得到电子并与SO42-反应生成Pb SO4, 其反应可以用下式表示。
2 车用铅酸蓄电池常见的失效原因
2.1 极板的硫化 蓄电池过度放电或长期处于亏电状态时, 电池极板上就会有结晶粗大的Pb SO4存在, 电池内阻增加, 极板活性物质的孔隙会被其堵塞, 电解液难以渗入到活性物质内部, 并且Pb SO4长期存在也会导致其失去活性, 不能再参与化学反应, 造成电池容量降低, 甚至消失, 这一现象被称为活性物质的硫化。已经硫化的电池, 充电时电解液温度会迅速升高, 充电初期常出现大量气泡, 电压很高, 但是电解液密度上升缓慢, 充电结束后密度比正常电池低, 放电时电池电压下降较快, 电池不能正常使用。
2.2 蓄电池失水 铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解, 并以气体的形式从加液口排出。当充电达到一定电压时, 蓄电池正极放出氧气, 负极放出氢气, 造成蓄电池电解液中水分的减少。电池失水会使电解液比重增加, 过强的电解液酸性使正极板孔隙率增高, 导致电池正极栅板的腐蚀。同时电解液的相对变少, 使参与化学反应的活性物质减少, 硫酸比重也相对变高, 造成容量降低、电池的硫化相对严重, 因此失水会加剧蓄电池的硫化。
2.3 正极板腐蚀脱落 正极活性物质之间以及正极活性物质与板栅之间失去结合力, 并逐渐脱落, 是铅酸蓄电池的主要失效模式之一。放电过程中活性物质Pb O2还原成Pb SO4, 二者的形状和结构完全不同, Pb SO4的摩尔体积要高于Pb O2, 电池放电较少时, 正极板内部骨架仍然是结合力较强的Pb O2, 但是当深度放电后, 正极板内部的活性物质变成较为疏松的Pb SO4, 在充电时外部的Pb O2又会沉积在Pb SO4上, 如此反复, 活性物质的连接发生改变, 颗粒之间失去结合力, 造成了活性物质脱落的可能性增加, 正极出现软化, 伴随着车辆的颠簸, 加剧了活性物质的脱落。
2.4 热失控 热失控是指蓄电池在恒压充电时, 充电电流和电池温度发生一种积累性的相互增强促进作用, 并逐步损坏蓄电池的现象。热失控的直接后果是电池外壳鼓胀、漏气、电池容量下降, 最终导致电池失效。造成热失控主要因素是过充电压, 电池在过充电时会电解水产生氧气和氢气, 气体在负极复合时又会产生大量的热, 加剧电池的升温。
3 CSB铅酸蓄电池的正确使用与维护
3.1 蓄电池充电原则 蓄电池充电的方法一般有定电流充电、定电压充电和快速充电三种方法。对于深度放电的蓄电池一般采用定电流充电, 有利于少量硫化活性物质的恢复。深度放电蓄电池定电流充电初期采用电池容量的1/10A进行充电, 此时电流的大小和活性物质转换速度相适应, 电流利用率较高, 当充电达到容量75%左右时, 极板表面的活性物质转换基本完成, 未转化的Pb SO4大部分在极板深处, 转换速度变慢, 此时应将电流减半再进行充电。
3.2 蓄电池正确使用 蓄电池在使用中应保持外表清洁要防止金属杂物落入蓄电池盖上, 以免引起极柱短路而损坏蓄电池。不同的电池在串联使用时, 由于电压和容量的不同, 部分电池会发生过度放电, 因此在使用电池时不要将旧电池或不同型号、品牌的电池混用。 新CSB蓄电池加液后就应该使用, 电池一旦加入电解液后长期不用, 由于自放电特性, 电池就会逐渐硫酸化。车辆长期搁置不用, 应将蓄电池极柱上的电源线取掉一根, 使汽车整个直流电路断开, 防止暗电流对蓄电池的放电影响, 同时每三个月对电池进行一次充电。 蓄电池安装时应进行固定, 否则蓄电池接线柱易出现松动, 加剧蓄电池外壳的磨损, 同时由于蓄电池的颠簸晃动造成电解液的渗漏, 腐蚀车辆。在固定蓄电池时还应防止电池被挤压变形, 避免电池内部短路, 固定电池的衬垫、连接螺母、螺栓、垫圈和连接线应松紧适度、均匀, 避免螺栓松动或过紧。