汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池介紹廖建斌（廣州豐田汽車有限公司511445）［摘要］本文對(duì)汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)其特性進(jìn)行了分析，最后介紹了免維護(hù)鉛酸蓄電池的優(yōu)點(diǎn)。主題詞：鉛酸蓄電池、充電、放電LeadAcidBatteryforAutomobileStaringLiaoJianbin（GuangzhouToyotaMotorCO.,LTD.511455）［Abstract］：ThispaperpresentstheConstructionandworkingprincipleofLeadAcidBattery，AnalyzstheperformanceofLeadAcidBattery,FinallyintroducesthevirtueofMFBattery.Keywords:LeadacidBattery，Charge，Discharge前言：鉛酸蓄電池是將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，又能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能釋放出來(lái)的一種電化裝置。廣泛地應(yīng)用于汽車中的起動(dòng)用鉛酸蓄電池是供汽車起動(dòng)、點(diǎn)火、照明的電源，其性能的好壞直接關(guān)系到汽車是否可以順利地起動(dòng)。鉛酸蓄電池分類：汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池主要分為以下三類：1） 濕荷電蓄電池：極板是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是比能低（即每公斤蓄電池存儲(chǔ)的電能）、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。2） 干式荷電蓄電池：負(fù)極板有較強(qiáng)的儲(chǔ)電能力，在完全干燥狀態(tài)下，能在兩年內(nèi)保存所得到的電量，使用時(shí)只需加入電解液，等半小時(shí)左右即可使用。3） 免維護(hù)蓄電池：免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電小的特點(diǎn)，使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由外殼、正負(fù)極板、隔板、電解液等部分組成?；締卧菃误w電池，將不同數(shù)量的單體電池按使用要求串聯(lián)組合，即可獲得不同電壓和容量的鉛酸蓄電池總成。1） 外殼：即電槽，是容納正負(fù)極板和電解液的容器，要求耐酸性強(qiáng)，并有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，通常使用聚丙烯材料。2） 正負(fù)極板：是與電解液反應(yīng)產(chǎn)生電能的主體部分，由板柵與活性物質(zhì)構(gòu)成。極板在鉛酸蓄電池中的主要作用是：電化反應(yīng)的母體；電壓形成的電極；電流形成的轉(zhuǎn)換體。3） 隔板：由微孔橡膠或塑料或玻璃纖維材料制成。主要作用是：防止正負(fù)極板接觸短路；保證電解液中的正負(fù)離子順利通過(guò)參加電極反應(yīng)；阻緩正負(fù)極扳鉛膏物質(zhì)的脫落及極板受震損傷。4） 電解液：由硫酸與去離子水或蒸餾水配制而成，起動(dòng)用鉛酸蓄電池一般采用1.28g/cm3的電解液，其主要作用是：參加電化反應(yīng)；溶液正負(fù)離子的傳導(dǎo)體；極板產(chǎn)生熱量的擴(kuò)散體。

圖2-1鉛酸蓄電池的構(gòu)造隔板-正極板、、外殼匯流排H負(fù)極板圖2-1鉛酸蓄電池的構(gòu)造隔板-正極板、、外殼匯流排H負(fù)極板、鉛酸蓄電池工作原理:不同的電池因?yàn)槭褂玫姆秶煌龀啥喾N規(guī)格和形式，但其內(nèi)部基本單元的構(gòu)造是一樣的。如圖3-1所示，鉛酸蓄電池（Leadacid）內(nèi)的正極（PbO2）及陰極（Pb）浸到電解液（稀硫酸）中，兩極間會(huì)產(chǎn)生2V的電壓。正極板圖3-1正極板圖3-1蓄電池單體構(gòu)造鉛酸蓄電池在充放電時(shí)，正負(fù)極和電解液會(huì)發(fā)生如下的變化：1） 放電中的化學(xué)變化：（正極）（電解液）（負(fù)極）PbO2+2H2SO4+Pb一PbSO4+2H2O+PbSO4 （放電反應(yīng)）（二氧化鉛）（硫酸）（海綿狀鉛）蓄電池連接外部電路放電時(shí)，正極板活性物質(zhì)（二氧化鉛和鉛）和負(fù)極板活性物質(zhì)（海綿狀純鉛）在電解液（稀硫酸溶液）的作用下反應(yīng)生成新的化合物（硫酸鉛），硫酸成分會(huì)從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀。2） 充電中的化學(xué)變化：（正極）（電解液）（負(fù)極）PbSO4+2H2O+PbSO4一PbO2+2H2SO4+Pb （充電反應(yīng)）（硫酸鉛）（水）（硫酸鉛）放電時(shí)在正極板、負(fù)極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛（PbSO4）會(huì)在充電時(shí)被分解還原成硫酸、過(guò)氧化鉛及鉛，電池內(nèi)電解液的濃度會(huì)逐漸增加恢復(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)正負(fù)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。充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，負(fù)極板產(chǎn)生氫，正極板則產(chǎn)生氧，因而電解液會(huì)減少，此時(shí)應(yīng)補(bǔ)充純水。鉛酸蓄電池的特性：1）鉛酸蓄電池的開(kāi)路電壓與電解液濃度關(guān)系：鉛酸蓄電池的開(kāi)路電壓與電解液H2SO4濃度關(guān)系曲線如圖4-1所示.鉛酸蓄電池在放電過(guò)程中,H2SO4濃度會(huì)逐漸減少,如果的H2SO4密度下降到1.2g/cm3時(shí)就必須充電。1.8 1.9 2.0 2.1 2.2開(kāi)路電壓（V）圖4-1開(kāi)路電壓與電解液濃度關(guān)系2） 鉛酸蓄電池的內(nèi)阻：極板的面積越大，正負(fù)極板間的距離越小，則內(nèi)阻越小，同時(shí)正負(fù)極板的有效物質(zhì)、電解液密度、溫度等也會(huì)影響其內(nèi)阻。放電時(shí)，電解液H2SO4濃度減少使電阻增加，特別是隨放電時(shí)間增長(zhǎng)，有效物質(zhì)變成硫酸鉛為不良導(dǎo)體，內(nèi)阻逐漸增大。溫度對(duì)鉛酸蓄電池內(nèi)阻的影響也是較明顯的，溫度低于+25。時(shí)，每降低1°，內(nèi)阻增加1.7?2.0%。3） 鉛酸蓄電池充電特性：如圖4-2所示，在蓄電池充電初期，端電壓迅速上升（A-B段），這是由于極板的硫酸鉛變?yōu)殂U和二氧化鉛時(shí)，在極板細(xì)孔內(nèi)形成的硫酸驟增的緣故。當(dāng)?shù)竭_(dá)B點(diǎn)后，電壓上升逐漸緩慢（B-C段），是由于極板細(xì)孔中的硫酸密度的增加和向外擴(kuò)散的速度漸趁平衡。達(dá)到充電量90%左右時(shí)，極板表面的PbSO4大部分變?yōu)镻bO2和Pb，如果繼續(xù)充電，水的分解比較明顯，負(fù)極板上有很多氫氣，氫為不良導(dǎo)體使內(nèi)電阻增加，同時(shí)正極板有氧氣形成過(guò)氧電極，提高了正極電位，內(nèi)阻增加和電極電位提高使端電壓再次快速上升（C-D段）。當(dāng)上升到D點(diǎn)時(shí)，極板表面的PbSO4基本上全部變?yōu)镻bO2和Pb，蓄電池兩極開(kāi)始析出氣體，圖4-2鉛酸蓄電池充電特性時(shí)間（h）4）鉛酸蓄電池恒電流放電特性：如圖4-3所示，蓄電池開(kāi)始放電時(shí)，在較短時(shí)間內(nèi)端電壓下降很快（A-B段），這是由于極板的活性物質(zhì)與硫酸發(fā)生作用，細(xì)孔內(nèi)的硫酸減少，形成水驟增，使細(xì)孔內(nèi)的電解液密度驟減的緣故。然后到（B-C段）下降緩慢，是由于細(xì)孔內(nèi)中的水分與極板外密度較高的電解液的滲透達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，使細(xì)孔內(nèi)的電解液密度下降減緩的緣故。到C點(diǎn)時(shí)，極板上的有效物質(zhì)大部分變?yōu)榱蛩徙U，隨著極板表面和細(xì)孔中形成的硫酸鉛體積增大，使極板外的電解液很難向內(nèi)滲透，所以端電壓下降很快。到D點(diǎn)時(shí)，蓄電池電壓下降到1.75V左右，放電終止。超過(guò)D點(diǎn)時(shí)，蓄電池呈“過(guò)放”狀態(tài)，繼續(xù)放電將損壞蓄電池。

1.6* B一一C 1.6* B一一C - :2.01.9壓1.8電1.710 12時(shí)間(h)0 2 4 6 8圖4-3鉛酸蓄電池放電特性汽車起動(dòng)用鉛酸蓄電池的主要參數(shù)：1） 額定電壓：轎車用鉛酸蓄電池的額定電壓為12V。2） 20小時(shí)率容量（A?h）：蓄電池以I20放電到端子電壓降到10.5V（每個(gè)1.75V）時(shí),放電持續(xù)的時(shí)間和電流的乘積算出。蓄電池外殼標(biāo)稱的容量為20小時(shí)率容量。3） 充電接受能力（A）：完全充電的蓄電池以電流I0（20小時(shí)率容量/10）放電5小時(shí)，然后用電壓14.4±0.1V進(jìn)行充電，測(cè)試10分鐘時(shí)的充電電流。其與電流I0的比值不應(yīng)小于2.0。4） 定電壓水損耗（適用于免維護(hù)蓄電池：g）：蓄電池在溫度40±2°C（水中）以電壓14.40V±0.05V充電500h后，質(zhì)量的減少量，12V蓄電池的質(zhì)量損失不得大于6g/A?h。4）低溫起動(dòng)能力：蓄電池完全充電后，在溫度-18±1C時(shí)，以IS（起動(dòng)電流）放電60s時(shí)的電壓。單體蓄電池平均電壓不得低于1.40V。6）荷電保持能力：蓄電池完全充電后，在溫度-18±1C時(shí)，以IS（起動(dòng)電流）放電30s時(shí)的電壓。單體蓄電池平均電壓不得低于1.20V。免維護(hù)鉛酸蓄電池：現(xiàn)在汽車中普遍使用免維護(hù)鉛酸蓄電池（如圖2-1，外殼上有“MF”標(biāo)識(shí)），其與傳統(tǒng)蓄電池相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1） 極板的板柵使用鉛鈣合金。傳統(tǒng)蓄電池板柵用的是鉛銻合金，銻會(huì)污染負(fù)極板上的海綿狀純鉛，減弱了完全充電后蓄電池內(nèi)的反電動(dòng)勢(shì)，造成水的過(guò)度分解，大量氧氣和氫氣分別從正負(fù)極板上逸出，使電解液減少。用鈣代替銻，就可以改變完全充電后的蓄電池的反電動(dòng)勢(shì)，減少過(guò)充電流，液體氣化速度減低，從而減低了電解液的損失，另外鉛鈣合金板柵使自放電量減少，延長(zhǎng)了蓄電池的存放時(shí)間。2） 隔板采用超微細(xì)纖維，把電解液吸收保護(hù)在其中，實(shí)現(xiàn)了完全密閉構(gòu)造。免維護(hù)鉛酸蓄電池的以上優(yōu)點(diǎn)，消除了較麻煩的液面線的日常檢查和補(bǔ)水的保養(yǎng)作業(yè)。總結(jié)：現(xiàn)在大量生產(chǎn)的氫鎳電池和鋰離電池由于價(jià)格高以及低溫性能不如鉛酸蓄電池，所