模塊4 TG型鉛蓄電池《客車電氣裝置》教學課件

《客車電氣裝置》?精品課件合集TG型鉛蓄電池客車電氣裝置/BUSELECTRICALINSTALLATIONTG型鉛蓄電池TG型鉛蓄電池蓄電池是一種化學電源，它可以把電能轉變?yōu)榛瘜W能儲存起來，使用時再把化學能轉變?yōu)殡娔芊懦鋈?，前者稱作充電，后者稱作放電。蓄電池根據極板所用材料和電解液性質的不同，一般可分為酸性（鉛）蓄電池和堿性（鐵鎳或鎘鎳）蓄電池兩種。蓄電池的充、放電是可逆的，可以反復使用，這是蓄電池和其它化學電源的主要區(qū)別之一。在我國鐵路客車上使用的酸性鉛蓄電池為TG型（T表示鐵路用，G為本型電池采用管式正極板）。TG型鉛蓄電池TG型鉛蓄電池的結構如圖1-1所示。示意圖，不是TG型電池TG型鉛蓄電池TG型鉛蓄電池示意圖，不是TG型電池極柱負極板群正極板群

負極板(深灰色）

正極板(暗棕色）CONTENTS01引言Theintroduction02電解液Theelectrolyte03鉛蓄電池的特性Thecharacteristicsoflead-acidbatteries01引言引言1.正極板群為增大蓄電池的容量，獲得較大的放電電流，蓄電池的極板由10片組成。每片正極板又由板柵鉛芯、套管和作用物質三部分構成。板柵鉛芯：含銻5~10%的鉛銻合金澆鑄而成。套管：用玻璃纖維編織，套在板柵鉛芯外面。作用物：灰丹粉（PbO2）、硫酸鎂、活性炭。1881年，富爾(Faure)發(fā)明了涂膏式極板，但它的一個嚴重缺陷是鉛膏容易從鉛板上脫落。1881年末，有人提出了柵形板柵的設計，即將整體的平面鉛板改成多孔板柵，將鉛膏塞在小孔中。這種極板在保持活性物質不脫落方面比整體平面鉛板好）負極板群是由11片涂膏式負極板組成，每片負極板由柵格狀基板和鉛膏兩部分構成。引言2.負極板群基板：含銻量小于12%的鉛銻合金鑄成柵格狀基板。鉛膏：灰丹粉、稀硫酸、硫酸鋇、腐植酸、碳黑、純水。在蓄電池極板群的制作中，均令負極板片數比正極板片數多一片，這是由于蓄電池在放電時正極板上的二氧化鉛要變成硫酸鉛，作用物質體積發(fā)生膨脹，如果正極板和負極板數量相同，放電時最外側的一塊正極板只一面發(fā)生作用，易產生單面膨脹造成極板彎曲。引言新造蓄電池在工廠內要進行化成充電，其目的是要使兩極板上的作用物質（此時的極板為生板）電化成有用的作用物質，即正極板上為多孔性的PbO2，負極板上為海綿狀鉛，同時具有疏松適度的結構。（在化成過程中，負極被氧化，正極被還原，負極板一般為深灰色，正極板為暗棕色）。經化成后的正、負極板群，在其極板表面不僅積聚了有效的作用物質，而且也構成了電池在充放電過程中的電流通路。引言3.隔板隔板用來隔離正、負極板，防止它們互相短接。隔板有水隔板、玻璃纖維隔板、微孔橡膠隔板、塑料隔板等隔板的作用是儲存電解液，氣體通道，使正、負極間的距離縮到最小而互不短路；隔板可以防止極板的彎曲和變形，防止活性物質的脫落，要起到這些作用，就要求隔板具有高度的多孔性、耐酸、不易變形、絕緣性能要好，并且有良好的親水性及足夠的機械強度。引言4.電池槽電池槽是盛裝極板群和電解液的容器，用硫化硬橡膠制成，槽底部做有支持極板的墊腳用以防止作用物脫落造成極板底部短連。殼體的底部有凸起的筋，用來支撐極板組，并使極板上脫落下來的活性物質落入凹槽中，防止極板短路。引言5.電池蓋及浮標電池蓋及浮標。電池蓋上有極柱孔、注液孔及浮標孔，浮標孔蓋中央處裝有浮標套、浮標和浮標孔蓋。是指示電解液液面高度的裝置，它的上部有三條指示線，中間為藍色，其它兩條為紅色。浮標當藍色指示線與浮標孔蓋頂面在同一水平時，表示液面高度合適，當上端或下端紅線與浮標孔蓋頂面在同一水平線時,表示液面高度已達到最低或最高限，遇此情況應對液面高度進行調整。注液孔注液孔蓋旋下后可以給電池補液，充電時電池內產生的氣體可從排氣孔排出。蓄電池全部組裝好后，用瀝青將蓋與槽封固，防止進入灰塵和電解液溢出。上旋有注液孔蓋，其側面有排氣孔。引言6.鉛蓄電池的工作原理（簡化）(1)放電過程Pb2++

SO42--2e-Pb4++

SO42-+2e-PbSO4PbSO4PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4正極活性物負極活性物負極生成物正極生成物電解液電解液生成物放電過程是化學能變成電能的過程，這時正極的活性物質PbO2變?yōu)镻bSO4，負極的活性物質海綿鉛變?yōu)镻bSO4，電解液中H2SO4分子不斷減少，逐漸消耗生成H2O，H2O分子相應增加，電解液的相對密度降低。(2)充電過程引言6.鉛蓄電池的工作原理（簡化）充電過程即將電能變成化學能。正、負極板上的有效物質逐漸恢復，電解液H2SO4比重逐漸增加，所以從比重升高的數值也可以判斷它充電的程度。電解液中，正極不斷產生游離的H+和SO42-，負極不斷產生SO42-，在電場的作用下，H+向負極移動，SO42-向正極移動，形成電流。PbSO4+

2e-Pb+SO42-PbSO4+2H2O-2e-PbO2+4H++SO42-PbO2+2H2SO4+PbPbSO4+2H2O+PbSO4正極物質負極物質負極生成物正極生成物電解液電解液生成物引言當蓄電池放電時，蓄電池的放電應放到規(guī)定的終止電壓而停止，即蓄電池不宜過度放電(簡稱過放電)

蓄電池過放電時，容易使和有效作用物質混在一起的微小硫酸鉛結晶形成較大的晶粒，增大極板電阻，再充電時就很難還原，甚至結晶到一定程度后，將導致蓄電池容量嚴重下降。當蓄電池充電終期時，由于正負極板上的硫酸鉛(PbSO)大部分已被還原成二氧化鉛(PbO)和海綿狀鉛(Pb)，若再繼續(xù)充電，充電電流只能起到分解水的作用，結果在負極板上有氫氣(H↑)逸出，在正極板上則有氧氣(0↑)逸出，造成強烈的冒氣現象。因此，蓄電池充電終期應注意充電電流不宜過大，否則，產生強烈氣泡，造成極板上的作用物質脫落，影響蓄電池的壽命。蓄電池不宜過度放電蓄電池不能過充電2H2O2H2+O2應注意02電解液電解液鉛蓄電池的電解液是用濃硫酸和純水按一定比重調制而成的稀硫酸。所用的濃硫酸含硫酸量為93.2%。所用的水必須是經過凈化的水（如蒸餾水），不能用自來水和其他天然水代替。電解液它是電池進行電化學反應的參加物和內部導電的條件。其中蒸餾水中氯離子含量不得大于5.5mg/L，鐵離子含量不得大于5.0mg/L，蓄電池用蒸餾水作電導實驗時，其絕緣值應大于或等于0.3MΩ。03鉛蓄電池的特性鉛蓄電池的特性鉛蓄電池的特性1.電動勢鉛蓄電池的電動勢，是電池在外電路開路時測得的端電壓，亦稱開路電壓。式中d是電解液在極板有效物質細孔中的比重值（15℃），不是極板間電解液的比重。（故測量蓄電池比重值時應讓蓄電池靜置2h，此時可認為極板作用物質細孔中和電池槽中電解液的比重大致相同。）在充電或放電終了后的一段不長的時間內，蓄電池的電動勢在充電后略有降低，在放電后則略有升高。蓄電池的電動勢在靜態(tài)時均為2．00～2．06V，一般按2V左右計算。說明：（1）鉛電池電動勢主要由正極板決定。（2）電動勢大小只與電池極板上有效物質的電化性質和電解液的濃度（或離子濃度）有關。E=0.85+d（V）在實際運用中，可按下式計算：（1）充電過程鉛蓄電池的特性2.端電壓蓄電池的端電壓，是指它在閉路時兩極間的電壓。蓄電池的端電壓與電池的充放電狀態(tài)有關，放電時端電壓降低，充電時端電壓升高，相差的數值等于放電電流或充電電流在電池內阻上的電壓降。充電過程中端電壓的變化鉛蓄電池以定電流進行充電時，其端電壓的變化如圖所示。在充電初期（0-a段），電池的端電壓升得很快，時間較短；充電中期（a-b段），端電壓緩慢升高，時間長；到d點后，電解液沸騰，電壓穩(wěn)定在2.7V左右，故應停止充電，蓄電池的端電壓最后慢慢降到2.06V左右的穩(wěn)定狀態(tài)。充電終期（b-c-d段），端電壓很快上升，大量水被電解，在兩極板上有很多氣泡產生。（2）放電過程鉛蓄電池的特性放電過程端電壓的變化充電后的電池，如用穩(wěn)定不變的電流進行連續(xù)放電，則端電壓的變化情況，如圖所示。放電初期（0-a段），電壓下降很快；放電中期（a-b段），端電壓緩慢的降低；曲線中的c點，是電池電壓急劇下降臨界點，稱為蓄電池放電終止電壓，是放電時電壓的最低限度，超過這個限度，繼續(xù)放電被稱為過放電，會造成電勢急劇下降（c-d段的虛線），這時由于極板物質全部變成堅硬的硫酸鉛，會造成充電困難，電池容量顯著下降，也稱為極板硫化，影響電池壽命。放電末期（b-c段），端電壓很快下降。至c點（電壓為1.8V左右），放電便告終了，則蓄電池電壓將回升到2V左右（c-e段）。鉛蓄電池的特性蓄電池由充電充足狀態(tài)，放電至規(guī)定的終止電壓時所放出的總電量稱為蓄電池的容量，它表現出蓄電池的貯電能力。當蓄電池以恒定電流放電時，它的容量C等于放電電流I放和放電時間T放的乘積，單位為A?h，即：C=I放×T放3.容量鉛蓄電池的特性（1）放電電流越大，電池容量越小（2）電解液溫度越低，電池容量越小原因：放電過程產生的化合物如硫酸鉛形成速度過快，影響電解液向極板內層滲透，使極板活性物質利用率降低。原因：隨著溫度的降低，電解液粘度增加，影響化學反應的效率。蓄電池是通過化學反應產生電能，因此，電池容量取決于電極里所含活性物質的量。一般影響蓄電池容量的因素：（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擴散不充分。（1）放電率鉛蓄電池的特性蓄電池在一定電流下，放電到終止電壓所能持續(xù)的時間稱放電率。例如一只315Ah容量的蓄電池，以52.5A電流放電，6h后到達終止電壓。此時，如用電流表示放電率，稱為52.5A；如以時間表示則稱為6小時率。一般蓄電池放電率多用時間表示。同一蓄電池放電率不同時容量不同，放電電流大時放出的電量少，放電電流小時放出的電量多。一般電池的標稱容量，均指在規(guī)定的放電率下所放出的電量?？蛙囆铍姵乜紤]到停車時放電電流較大，采用了6小時放電率。（2）電解液溫度鉛蓄電池的特性蓄電池電解液溫度不同時容量不同。當電解液溫度高時，蓄電池容量增大，當電解液溫度低時，電池容量下降。因此，確定蓄電池的容量時，應注意到電解液的溫度條件?？蛙囉肨G型蓄電池的標稱容量是以電解液平均溫度30℃（6小時率）時的放電容量作為標準。鉛蓄電池的特性4.內阻主要是作用物質的電阻和電解液的電阻。影響電池內阻的因素有兩個與溫度有關：t↑→內阻r↓與充放電程度有關：充電時減少，放電時增加。造成鉛蓄電池自放電的因素很多，如負極板海綿狀鉛的自動溶解，正極板二氧化鉛的自動還原和電解液中混有有害雜質等，都能引起自放電的產生。在電解液中添加一些添加劑，可