動(dòng)車組裝備 其次章

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動(dòng)車組裝備其次章_第三節(jié)_蓄電池與充電機(jī)

其次章動(dòng)車組輔助供電系統(tǒng)

第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)一、蓄電池的用途與分類二、鉛酸蓄電池工作原理三、鎘鎳蓄電池工作原理與使用四、蓄電池供電容量的計(jì)算五、充電機(jī)工作原理

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)一、蓄電池的用途與分類(一)蓄電池的用途電池是將化學(xué)能變?yōu)殡娔艿墓ぞ?。由于電池是用化學(xué)轉(zhuǎn)換方法得到電能，所以又叫化學(xué)電池。常用的化學(xué)電源有原電池和蓄電池，如手電筒用干電池等屬于原電池，酸性蓄電池和堿性蓄電池等屬于蓄電池。原電池是利用化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N不可逆電池。當(dāng)化學(xué)變化的活性物質(zhì)(即有效物質(zhì))全部作用完后，它的壽命便告終了。所以又稱為一次電池。2

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)一、蓄電池的用途與分類(一)蓄電池的用途蓄電池顧名思義就是儲(chǔ)蓄起來(lái)，使用時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊懦鰜?lái)，變換的過(guò)程是可逆的。就電能作用來(lái)說(shuō)，當(dāng)蓄電池已完全放電或部分放電后，兩電極表面形成了新的化合物，這時(shí)假使用適當(dāng)?shù)姆聪螂娏魍ㄈ胄铍姵?，可以使已形成的新化合物還原成原來(lái)的活性物質(zhì)，又可供下次放電之用。這種用反向電流能輸入蓄電池的做法，叫做充電；電池供給電流處電路使用，叫做放電。換句話說(shuō)，放電就是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，供外電路使用；充電就是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)蓄起來(lái)。蓄電池的充電和放電過(guò)程，可以重復(fù)循環(huán)屢屢，所以蓄電池又稱為二次電池。3

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)一、蓄電池的用途與分類(二)蓄電池的分類根據(jù)電極和電解液所用物質(zhì)的不同，蓄電池一般分為酸性蓄電池和堿性蓄電池。酸性蓄電池的電解液是濃度為27~37%的硫酸(H2SO4)水溶液，即稀硫酸，硫酸是酸性化合物。酸性蓄電池正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2),負(fù)極板的活性物質(zhì)是絨狀鉛(Pb),所以酸性蓄電池又叫做鉛蓄電池。堿性蓄電池的電解是濃度為20%的氫氧化鉀(KOH)水溶液，氫氧化鉀是堿性化合物。在堿性蓄電池中，用氟氧化鎳[Ni(OH)3]做正極板，用鐵(Fe)做負(fù)極板的叫做鐵鎳蓄電池；用鎘(Cd)做負(fù)極板的叫做鎘鎳蓄電池。用銀(Ag)做正極板，用鋅(Zn)做負(fù)4極板的，叫做鋅銀蓄電池。

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)一、蓄電池的用途與分類

(二)蓄電池的分類根據(jù)工作狀態(tài)的放電電流，蓄電池分為供電電池和起動(dòng)電池：供電電池一般以額定放電率下的放電電流提供電能；起動(dòng)電池以短時(shí)間內(nèi)的大電流提供電流。動(dòng)車組主要采用鎘鎳蓄電池。

(三)蓄電池的基本名詞1.額定容量蓄電池從額定電壓放電到終止電壓所提供的電

能，一般用Ah表示。額定容量(Ah)=放電電流(A)放電時(shí)間(h)5

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)(三)蓄電池的基本名詞

2.放電率蓄電池在一定電流下，放電所能持續(xù)的時(shí)間稱放電率1小時(shí)率以下為高放電率，用字母“G〞表示；1—5小時(shí)率(包括1小時(shí))為中放電率，用字母“Z〞表示；5小時(shí)率以上(包括5小時(shí)率)為低放電率，不用字母表示。如TG350型蓄電池的額定容量為350Ah:在10h放電率下，放電電流為35A,容量為350Ah在6h放電率下，放電電流為52.5A,容量為315Ah在3h放電率下，放電電流為85.7A,容量為252Ah3.放電最終電壓蓄電池應(yīng)中止放電，進(jìn)行充電的電壓為最終電壓。TG型蓄電池6一般為1.75V

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)蓄電池的基本名詞4.影響蓄電池容量的因素蓄電池是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能，因此，電池容量取決于電極里所含活性物質(zhì)的量。一般(1)放電電流越大，電池容量越小原因：放電過(guò)程產(chǎn)生的化合物如硫酸鉛形成速度過(guò)快，影響電解液向極板內(nèi)層滲透，使極板活性物質(zhì)利用率降低。(2)電解液溫度越低，電池容量越小原因：隨著溫度的降低，電解液粘度增加，影響化學(xué)反應(yīng)的效率。(3)連續(xù)放電比間歇放電容量小原因：連續(xù)放電使得電解液向極板內(nèi)擴(kuò)散不充分。7

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理

工作原理鉛酸蓄電池大體上分三種。一種是固定型防酸鉛酸蓄電池(普通型)。這種電池存在著許多缺點(diǎn)，如電池體積大，電解液易濺出傷人和損物，而且充電過(guò)程中不斷產(chǎn)生氫氣和氧氣，在氣體析出過(guò)程中伴隨著酸霧的產(chǎn)生，常使防酸帽堵塞，極易發(fā)生安全事故，并且充電過(guò)程中能耗大，充電手續(xù)煩雜、維護(hù)操作困難。所以這種電池將逐步淘汰。由于固定型防酸鉛酸蓄電池使用硫酸電解液，運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)有酸液流出，充電時(shí)會(huì)有酸霧析出來(lái)，對(duì)環(huán)境和設(shè)備造成損害，人們就試圖將電解液“固定〞起來(lái)，將電池“密封〞起來(lái)，于是使用膠體電解液的鉛酸蓄電池應(yīng)運(yùn)而生。8

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理

工作原理初期的膠體鉛蓄電池使用的膠體電解液是由水玻璃制成的，然后直接加到干態(tài)鉛蓄電池中。這樣雖然達(dá)到了“固定〞電解液或減少酸霧析出的目的，但卻使電池的容量較原來(lái)使用自由電解液時(shí)的電池容量要低20%左右，因而沒有被人們所接受。幾乎在研制膠體電池的同時(shí)，采用玻璃纖維隔膜的陰極吸收式密封鉛蓄電池(簡(jiǎn)稱AGM密封鉛蓄電池)誕生了，它不但使鉛蓄電池消除了酸霧，而且還表現(xiàn)出內(nèi)阻小、大電流放電特性好的優(yōu)點(diǎn)。因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，特別

是原來(lái)使用固定型鉛蓄電池的場(chǎng)合，得到了迅速的推廣和應(yīng)用。9

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理

工作原理閥控式密封鉛酸電池：由于它的產(chǎn)生，替代了以往的普通型鉛酸蓄電池，它在維護(hù)中不需要添加蒸餾水和測(cè)量電解液的比重、溫度，維護(hù)便利，能量密度高，基本無(wú)酸霧逸出，可任意放置等優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛的采用。它的工作原理是：鉛酸蓄電池在充電過(guò)程中PbS04接近全部轉(zhuǎn)化為PbO2和Pb,充電后期，當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，隨著電極電壓的升高，水被電解，會(huì)發(fā)生氣體析出。正極板析出氧氣，負(fù)極板析出氫氣。10

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理正極析氧是在正極充電量達(dá)到70%時(shí)就開始了；負(fù)極析氫則要在充電到90%時(shí)開始。氧達(dá)到陰極的通道：對(duì)AGM密封鉛蓄電池而言，AGM隔膜中雖然保持了電池的大部分電解液，但必需使10%的隔膜孔隙中不進(jìn)入電解液。正極生成的氧就是通過(guò)這部分孔隙到達(dá)負(fù)極而被負(fù)極吸收的。對(duì)膠體密封鉛蓄電池而言，電池內(nèi)的硅凝膠是以SiO質(zhì)點(diǎn)作為骨架構(gòu)成的三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它將電解液包藏在里邊。電池灌注的硅溶膠變成凝膠后，骨架要進(jìn)一步收縮，使凝膠出現(xiàn)裂縫貫穿于正負(fù)極板之間，給正極析出的氧提供了到達(dá)負(fù)極的通道。11

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理

工作原理陰極吸收原理與電池的密封。上述電池實(shí)現(xiàn)密封是利用陰極吸收再化合的原理，使正極板析出的氧氣迅速到達(dá)負(fù)極板生成氧化鉛，氧化鉛再與硫酸發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鉛和水；硫酸鉛再與氫氣反應(yīng)，生成鉛和硫酸?；瘜W(xué)反應(yīng)式：2Pb+O2+2H2SO4=2PbSO4+2H2OPbSO4+2H+2e=Pb+H2SO412

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理對(duì)于陰極產(chǎn)生的氫，一方面可以跟硫酸根結(jié)合，也可以跟上氧結(jié)合，從而避免了大量析氫反應(yīng)它們之所以叫閥控電池，由于它的安全閥有以下作用：(1)使電池保持一定的內(nèi)壓以提高密閉反應(yīng)效率。(2)在電池內(nèi)部壓力正常的條件下，防止外界空氣進(jìn)入電池。(3)當(dāng)產(chǎn)生過(guò)量氣體時(shí)，閥門開啟，防止發(fā)生爆炸。(4)防止電解液蒸發(fā)，避免電池枯燥。

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)二、鉛酸蓄電池工作原理

工作原理閥控式密封鉛酸電池不是免維護(hù)電池，每年要以實(shí)際負(fù)荷做一次核對(duì)性容量試驗(yàn)，一般放出額定容量的30%40%。

富液式膠體電池：它是把電解質(zhì)進(jìn)行糊化，膠化，以便電池能以各種方式放臵而正常運(yùn)行，無(wú)電解液溢出。由于這種電池性能指標(biāo)較好，所以日常維護(hù)以測(cè)電池的電壓為主，來(lái)發(fā)現(xiàn)各電池間電壓是否均

勻和有沒有落后電池。

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)(二)鉛酸蓄電池使用方法1、充電(1)初充電：初充電用于新電池，目的是以恢復(fù)其容量，充電電流小于0.25C20A(2)電池在安裝后，要求進(jìn)行必要的補(bǔ)充電充電方法：以0.25C20A初充電流，限壓2.40~2.45V/cell(12V系列)進(jìn)行充電，在充電末期4h內(nèi)，電流無(wú)明顯的變化，確認(rèn)為電池已完全充電。當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)255℃時(shí)，要進(jìn)行溫度補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償系數(shù)為每攝氏度0.003V。即當(dāng)環(huán)境溫度每升高1℃,充電電壓向下調(diào)整0.003V。15

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)鉛酸蓄電池使用方法1、充電(3)浮充電浮充電是將蓄電池組與整流設(shè)備并接在負(fù)載回路上，由整流設(shè)備供負(fù)載工作并向蓄電池保持微小的充電電流。浮充電壓的設(shè)定(25℃):以2.25~2.30V/cell進(jìn)行設(shè)定。(4)均衡和循環(huán)使用電壓的設(shè)定(25℃):以2.40~2.45V/cell進(jìn)行設(shè)定。

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)2、放電(1)放電試驗(yàn)放電試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)新電池初充電的容量。試驗(yàn)步驟一般是在初充電完成30分鐘后，接上負(fù)載，依照10h放電率對(duì)應(yīng)的放電電流進(jìn)行放電，計(jì)算電池電壓由2.04v下降到1.75v的放電時(shí)間。根據(jù)放電時(shí)間和放電電流計(jì)算電池容量，當(dāng)計(jì)算容量大于70%標(biāo)準(zhǔn)容量時(shí)，電池可以裝車運(yùn)用。(2)準(zhǔn)放電準(zhǔn)放電是在蓄電池修理前進(jìn)行的放電，目的是使得極板表面生成一層硫酸鉛薄模，防止極板被空氣氧化。放電步驟是，依照10h或者6小時(shí)放電率對(duì)應(yīng)的放電電流進(jìn)行放電，使電池端電壓降到1.95v。17

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第三節(jié)蓄電池與充電機(jī)鉛酸蓄電池使用方法2、放電(3)過(guò)放電過(guò)放電是指電池電壓低于1.75v,電解液比重小于1.20時(shí)依舊放電的現(xiàn)象。這時(shí)由于極板物質(zhì)全部變成堅(jiān)硬的硫酸鉛，會(huì)造成充電困難，電池容量顯著下降，也稱為極板硫化。(4)電池的定期保養(yǎng)為了保證電池系統(tǒng)的最正確可靠性，推薦用戶每半年檢查電池組系統(tǒng)。檢查的項(xiàng)目包括：電池組系統(tǒng)的充電電壓，單只電池的浮充電壓，均衡充電電壓，電池間連