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
(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)
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。