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电动车蓄电池构造及其充电、放电特性

电动车蓄电池构造及其充电、放电特性

点击数:7458 次   录入时间:03-04 11:55:02   整理:http://www.55dianzi.com   电池技术

  目前电动车使用的电池主要有铅酸蓄电池、镍一金属氢化物蓄电池(ni—mh电池)、锂离子蓄电池、燃料电池及锌空电池。其中,铅酸蓄电池价格便宜,材料来源丰富,技术和制造工艺比较成熟,是目前商品化电动车主要采用的电池。电动车充屯器的作用是对电动车的车载铅酸蓄电池进行补充充电,要熟知充电器的原理,首先必须了解铅酸蓄电池的一些关键特性,所以,本期先介绍一下电动车铅酸蓄电池。

  一.电动车蓄电池的基本构造

  电动车蓄电池是一种可以将电能转化为化学能,也可以将化学能转化为电能的设备。给蓄电池充电时,蓄电池将电能转化为化学能,存储在蓄电池中。电动车工作时,蓄电池将存储的化学能转化为电能,用于驱动电动车的电动机转动,带动电动车行驶。

  因为蓄电池极板的主要材料是铅和铅的氧化物,同时蓄电池的电解液是硫酸的水溶液,所以,电动车使用的蓄电池通常被称为铅酸蓄电池。电动车蓄电池和其他蓄电池一样,通常由几个独立的单元组成,我们常称一个单元为一格,每格蓄电池的额定端电压为2V,大多数的蓄电池由六格串联而成,所以每个蓄电池的端电压为12V。电动车通常采用三个或者四个12V的蓄电池串联使用,总电压为36V或48V。蓄电池的基本构造示意图

  上图是蓄电池的基本构造示意图,它主要由正、负极板,隔板和电解液,电池槽及连接条(或铅零件),接线端子和排气阀等组成。

  蓄电池的单格由若干片正极板与若干片负极板(负极板比正极板多一片)间隔重叠而成,中间用超细玻璃纤维隔板隔离。数片正极板用铅合金焊接在一起组成正极群,同样,数片负极板用铅合金焊接在一起组成负极群,正、负极群装于电池槽内组成单体蓄电池。单体电池之间用铅零件或连接条从单格之间的电池槽隔板顶端(或穿孑L穿壁焊)以串联形式连在一起。电池槽盖用密封胶粘结。首尾单格作引出端子,引出正负极。

  二、蓄电池的放电特性铅酸蓄电池的典型放电曲线

     上图是铅酸蓄电池的典型放电曲线,这是以一个单体蓄电池为例,采用1/20放电率恒流放电进行分析的。蓄电池端电压的变化规律分三个阶段:

  1.开始放电阶段(2.11V~2.0V,图2中的A段)

      开始放电时,首先消耗的是极板孔隙内的硫酸,而这部分硫酸非常有限,所以极板孔隙内的硫酸密度迅速下降,使得蓄电池的电动势E和端电压U也随之迅速下降。

  2.相对稳定阶段(2.0V~1.85V。图2中的B段)

  随着极板孔隙内硫酸密度的明显下降,孔内外的硫酸密度差不断增大,硫酸向孔内扩散的速度也随之加快,从而使放电电压和放电电流得以维持。

  当孔外补充的硫酸和孔内消耗的硫酸相等时,孔内外的密度差基本保持一定。这时孔内的电解液密度随着孔外的电解液密度一起下降,蓄电池电动势E和端电压U也随之直线下降,这就是相对稳定阶段。

  3.迅速下降阶段(1.85V~1.75V,图2中的C段)

      这一阶段有三个特点:(1)放电接近终了,孔隙外的密度已经大大下降,难以维持足够的密度差,使离子扩散的速度下降,同时离子的扩散距离也在增长;(2)在放电过程中,附着在极板表面的硫酸铅增多,势必堵塞孔隙,将部分活性物质与电解液隔离开来;(3)硫酸铅本身的导电性能很差,放电时间越长,硫酸铅越多,蓄电池内阻越大。由于这三方面的原因,导致蓄电池电动势和端电压迅速下降。

  蓄电池放电终了,可以通过两个特征来判断:(1)单格电压下降到放电的终止电压,以20小时放电率放电,单格电压为1.75V,折算为12V蓄电池的总体电压为1.75V×6=10.5V;(2)蓄电池电解液密度下降到最小允许值,约为1.11。

  当蓄电池端电压下降到1.75V时,如果仍然继续放电,将加速蓄电池的损坏。此时如停止放电,蓄电池的端电压会很快回升到大约1.95V(对于12V蓄电池,该电压值为1.95V×6=11.7V)。

  三、蓄电池的充电特性

  我们今天更关注的是如何给蓄电池充电。所谓充电,就是将电能转化为化学能存储在蓄电池里面的过程,为电动车正常行驶提供充足的能源供应。4

  上图是铅酸蓄电池的典型充电特性曲线,通常是以恒流充电进行分析。此时如果继续充电,则充电的电能几乎全部用于电解水,所以会产生大量气泡。呈现“沸腾”状态。

  蓄电池充满电的特征是:(1)端电压上升到最大值,并在2~3小时内保持不变。(2)电解液密度上升到最大值,并在2~3小时内不再增加;(3)产生大量气泡,电解液呈“沸腾”状态。

  四、蓄电池的充电方法

  蓄电池的充电通常有恒流充电和恒压充电两种。

  1.恒流充电

  恒流充电,又叫定电流充电法,在整个充电过程中,始终保持充电电流恒定不变。在充电过程中,由于蓄电池的端电压逐渐升高,为了保持充电电流的恒定,必须相应提高充电电压。当单格电压上升到2.4V时,应将充电电流减半,直到完全充足为止。

  采用恒流充电法,无论蓄电池是6V的还是12V的,都可以串联在一起进行充电。但是,各个蓄电池的容量应当尽可能相同,否则应当以容量最小的蓄电池计算充电电流。当小容量蓄电池充足之后,应当及时摘除,再继续给大容量蓄电池充电。恒流充电法的优点是可以任意选择充电电流,有益于延长蓄电池的使用寿命。缺点是充电时间长,并且需要经常调整充电电流。

  2.恒压充电

  恒压充电又叫定电压充电法,在充电过程中,始终保持一个恒定的充电电压,绝大多数汽车都采用这种充电方法对车载蓄电池进行充电。充电初期,由于蓄电池的端电压较低,充电器与蓄电池的电压差较大,所以充电电流也大。随着充电的进行,蓄电池端电压逐渐上升,充电器与蓄电池的电压差也减小,所以充电电流减小。

  如果充电器输出电压不足,则充电很短时间就导致充电电流下降为零,过早地结束了充电,长期如此,势必导致蓄电池长期充电不足,容量下降,寿命缩短。

  如果充电器输出电压过高,充电电流将显着增大,即使蓄电池已经充足电,但端电压仍然低于充电器的输出电压,充电电流仍然存在,充电始终在进行,势必导致蓄电池过充电,加快电解液的消耗,使用寿命缩短。

  因此,在维修充电器过程中,将充电器的输出电压设定为一个合适的电压范围是十分必要的。

  3.新型快速充电技术

     前面介绍的两种传统充电方法充电时间较长,还限制了蓄电池的循环利用次数,并增加维护工作量。此外,对于像电动汽车等要求蓄电池连续供电的场合,使用起来很不方便。而采用快速充电方法,可以缩短蓄电池的充电时间,提高充电效率,节约能源。

  目前,大家比较认同的快速充电方法是脉冲充电、脉冲放电去极化方法。因为在充电过程中,蓄电池中产生的极化电压会阻碍其本身的充电,影响充电速度。因此,在蓄电池充电过程中,适时地暂停充电,并且适当地加入放电脉冲,就可迅速而有效地消除各种极化电压,从而提高充电速度。

  五、蓄电池的充电种类

  蓄电池的充电通常有初充电、补充充电和去硫化充电等几种。

  1.初充电

  对新蓄电池或者更换极板后的蓄电池进行的第一次充电,叫初充电。初充电对蓄电池的使用性能和使用寿命的影响非常大。初充电的特点是充电电流小,充电时间长。一般情况下,初充电的时间大约为40~60小时。

  2.补充充电

  蓄电池在使用过程中,如果因为充电电压低或者充电机会少等原因导致蓄电池容量下降,应当及时对蓄电池进行补充充电。蓄电池容量不足通常有如下现象:(1)电解液密度下降到1.200以下。(2)冬季放电超过25%,夏季超过50%。(3)灯光比平时暗淡(排除其他电气故障因素的情况下)。(4)启动无力(排除其他机电故障因素的情况下)。

  3.去硫化充电

  蓄电池发生硫化故障后,内阻将显着增大,导致充电时很快就“充足”,充电时温度明显升高。严重硫化的蓄电池只能报废,对于轻微硫化的蓄电池,可以采用去硫化充电进行修复。




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