模塊4 TG型鉛蓄電池《客車電氣裝置》教學(xué)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(xué)電源，它可以把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來，使用時(shí)再把化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊懦鋈?，前者稱作充電，后者稱作放電。蓄電池根據(jù)極板所用材料和電解液性質(zhì)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(fù)使用，這是蓄電池和其它化學(xué)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(jié)構(gòu)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(fù)極板群正極板群

負(fù)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(zhì)三部分構(gòu)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(gè)嚴(yán)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(shè)計(jì)，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(zhì)不脫落方面比整體平面鉛板好）負(fù)極板群是由11片涂膏式負(fù)極板組成，每片負(fù)極板由柵格狀基板和鉛膏兩部分構(gòu)成。引言2.負(fù)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(fù)極板片數(shù)比正極板片數(shù)多一片，這是由于蓄電池在放電時(shí)正極板上的二氧化鉛要變成硫酸鉛，作用物質(zhì)體積發(fā)生膨脹，如果正極板和負(fù)極板數(shù)量相同，放電時(shí)最外側(cè)的一塊正極板只一面發(fā)生作用，易產(chǎn)生單面膨脹造成極板彎曲。引言新造蓄電池在工廠內(nèi)要進(jìn)行化成充電，其目的是要使兩極板上的作用物質(zhì)（此時(shí)的極板為生板）電化成有用的作用物質(zhì)，即正極板上為多孔性的PbO2，負(fù)極板上為海綿狀鉛，同時(shí)具有疏松適度的結(jié)構(gòu)。（在化成過程中，負(fù)極被氧化，正極被還原，負(fù)極板一般為深灰色，正極板為暗棕色）。經(jīng)化成后的正、負(fù)極板群，在其極板表面不僅積聚了有效的作用物質(zhì)，而且也構(gòu)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(fù)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(fù)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(zhì)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(jī)械強(qiáng)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(zhì)落入凹槽中，防止極板短路。引言5.電池蓋及浮標(biāo)電池蓋及浮標(biāo)。電池蓋上有極柱孔、注液孔及浮標(biāo)孔，浮標(biāo)孔蓋中央處裝有浮標(biāo)套、浮標(biāo)和浮標(biāo)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(lán)色，其它兩條為紅色。浮標(biāo)當(dāng)藍(lán)色指示線與浮標(biāo)孔蓋頂面在同一水平時(shí)，表示液面高度合適，當(dāng)上端或下端紅線與浮標(biāo)孔蓋頂面在同一水平線時(shí),表示液面高度已達(dá)到最低或最高限，遇此情況應(yīng)對液面高度進(jìn)行調(diào)整。注液孔注液孔蓋旋下后可以給電池補(bǔ)液，充電時(shí)電池內(nèi)產(chǎn)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(jìn)入灰塵和電解液溢出。上旋有注液孔蓋，其側(cè)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(fù)極活性物負(fù)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(xué)能變成電能的過程，這時(shí)正極的活性物質(zhì)PbO2變?yōu)镻bSO4，負(fù)極的活性物質(zhì)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(yīng)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(xué)能。正、負(fù)極板上的有效物質(zhì)逐漸恢復(fù)，電解液H2SO4比重逐漸增加，所以從比重升高的數(shù)值也可以判斷它充電的程度。電解液中，正極不斷產(chǎn)生游離的H+和SO42-，負(fù)極不斷產(chǎn)生SO42-，在電場的作用下，H+向負(fù)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(zhì)負(fù)極物質(zhì)負(fù)極生成物正極生成物電解液電解液生成物引言當(dāng)蓄電池放電時(shí)，蓄電池的放電應(yīng)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(shí)，容易使和有效作用物質(zhì)混在一起的微小硫酸鉛結(jié)晶形成較大的晶粒，增大極板電阻，再充電時(shí)就很難還原，甚至結(jié)晶到一定程度后，將導(dǎo)致蓄電池容量嚴(yán)重下降。當(dāng)蓄電池充電終期時(shí)，由于正負(fù)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(jié)果在負(fù)極板上有氫氣(H↑)逸出，在正極板上則有氧氣(0↑)逸出，造成強(qiáng)烈的冒氣現(xiàn)象。因此，蓄電池充電終期應(yīng)注意充電電流不宜過大，否則，產(chǎn)生強(qiáng)烈氣泡，造成極板上的作用物質(zhì)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(yīng)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(diào)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(jīng)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(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的參加物和內(nèi)部導(dǎo)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(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，其絕緣值應(yīng)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(shí)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(zhì)細(xì)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(shí)應(yīng)讓蓄電池靜置2h，此時(shí)可認(rèn)為極板作用物質(zhì)細(xì)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(shí)間內(nèi)，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(shí)均為2．00～2．06V，一般按2V左右計(jì)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(zhì)的電化性質(zhì)和電解液的濃度（或離子濃度）有關(guān)。E=0.85+d（V）在實(shí)際運(yùn)用中，可按下式計(jì)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(shí)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(guān)，放電時(shí)端電壓降低，充電時(shí)端電壓升高，相差的數(shù)值等于放電電流或充電電流在電池內(nèi)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(jìn)行充電時(shí)，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(shí)間較短；充電中期（a-b段），端電壓緩慢升高，時(shí)間長；到d點(diǎn)后，電解液沸騰，電壓穩(wěn)定在2.7V左右，故應(yīng)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(chǎn)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(jìn)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(diǎn)，是電池電壓急劇下降臨界點(diǎn)，稱為蓄電池放電終止電壓，是放電時(shí)電壓的最低限度，超過這個(gè)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(shí)由于極板物質(zhì)全部變成堅(jiān)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(diǎn)（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(shí)所放出的總電量稱為蓄電池的容量，它表現(xiàn)出蓄電池的貯電能力。當(dāng)蓄電池以恒定電流放電時(shí)，它的容量C等于放電電流I放和放電時(shí)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?。?）電解液溫度越低，電池容量越小原因：放電過程產(chǎn)生的化合物如硫酸鉛形成速度過快，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。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。蓄電池是通過化學(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(nèi)擴(kuò)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(shí)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(dá)終止電壓。此時(shí)，如用電流表示放電率，稱為52.5A；如以時(shí)間表示則稱為6小時(shí)率。一般蓄電池放電率多用時(shí)間表示。同一蓄電池放電率不同時(shí)容量不同，放電電流大時(shí)放出的電量少，放電電流小時(shí)放出的電量多。一般電池的標(biāo)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(shí)放電電流較大，采用了6小時(shí)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(shí)容量不同。當(dāng)電解液溫度高時(shí)，蓄電池容量增大，當(dāng)電解液溫度低時(shí)，電池容量下降。因此，確定蓄電池的容量時(shí)，應(yīng)注意到電解液的溫度條件?？蛙囉肨G型蓄電池的標(biāo)稱容量是以電解液平均溫度30℃（6小時(shí)率）時(shí)的放電容量作為標(biāo)準(zhǔn)。鉛蓄電池的特性4.內(nèi)阻主要是作用物質(zhì)的電阻和電解液的電阻。影響電池內(nèi)阻的因素有兩個(gè)與溫度有關(guān)：t↑→內(nèi)阻r↓與充放電程度有關(guān)：充電時(shí)減少，放電時(shí)增加。造成鉛蓄電池自放電的因素很多，如負(fù)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(zhì)等，都能引起自放電的產(chǎn)生。在電解液中添加一些添加劑，可