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汽車鉛酸蓄電池的充放電原理

汽車 更新时间:2025-01-26 15:30:25

汽車上使用的蓄電池都是鉛酸蓄電池,是一種将化學能轉換成電能的裝置,是可逆的低壓直流電源。

它的作用是在發動機起動時,向起動機、點火系統等主要用電設備供電,以及在發電機電力不足時協助供電,同時還可以吸收電路中瞬間的過電壓,以保護用電設備。

根據結構的不同,大緻可以分為普通型蓄電池、免維護蓄電池、幹荷電蓄電池以及膠體蓄電池,總體結構都是由極闆、電解液、隔闆和殼體這幾大部分構成的。

汽車鉛酸蓄電池的充放電原理(車用蓄電池是如何産生電能的)1

鉛酸蓄電池中的“鉛酸”是指蓄電池中極闆和電解液的材料。其中的“鉛”是指極闆的材料,極闆又分為正極闆和負極闆,在正極闆上是二氧化鉛,在負極闆上是純鉛。

所謂的“酸”是指電解液的材料,它是由純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成的硫酸水溶液(密度為1.24~1.31克/立方厘米),具有一定的腐蝕性。

電解液的密度對蓄電池的容量和壽命有很大的影響,一般密度越高,蓄電池的充電量越足,冰點也越低,在寒冷的冬季也不會結冰;如果電解液的密度很低時,蓄電池的電量基本就放光了,此時的電瓶在寒冷的地區有結冰的危險。

汽車鉛酸蓄電池的充放電原理(車用蓄電池是如何産生電能的)2

蓄電池的工作過程就是這些“鉛酸”相互轉換的過程。在靜止狀态下,在正極闆處,二氧化鉛與硫酸作用生成帶正電荷的鉛離子沉浮在正極闆上,使正極闆具有2V的正電位。

在負極闆處,純鉛電離為鉛離子和電子,兩個電子留在負極闆上,使負極闆具有約-0.1V的負電位;這樣在正負極之間就形成了大約2.1V的電位差,這就是鉛酸蓄電池能夠建立起電動勢的原理。

汽車鉛酸蓄電池的充放電原理(車用蓄電池是如何産生電能的)3

那麼蓄電池在工作過程中,“鉛酸”又是怎樣轉換的呢?

蓄電池在放電時,硫酸與正負極闆上的鉛和二氧化鉛發生化學反應,生成了硫酸鉛和水,在這個過程中有大量的電子從負極闆流向正極闆,從而形成了放電電流。

由于電解液中水分的增加,電解液的密度是逐漸下降的,放電越多,電解液的密度越低;随着反應的進行,極闆上的硫酸鉛越來越多,反應的速度越來越慢,放電也就越來越少了。

當極闆上大部分被硫酸鉛覆蓋的時候,反應基本就終止了,這時候就是所說的“電放沒了”,電解液的密度也下降到了最低。

汽車鉛酸蓄電池的充放電原理(車用蓄電池是如何産生電能的)4

蓄電池在充電時,在外界電源的作用下,極闆上的硫酸鉛還原成了純鉛和二氧化鉛,電解液中的水還原成硫酸,同時有大量的電子從正極闆返回負極闆。

從而形成了充電電流;随着充電的進行,電解液中的硫酸越來越多,電解液的密度是逐漸增加的,充電越足,電解液的密度越高。

但是當極闆上的硫酸鉛全部轉化完後,電解液的密度也達到了最高,此時如果繼續充電,這些電就會電解水了,生成了氫氣和氧氣,這就是充電過程中蓄電池裡面會“冒泡”的原因。

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所以,鉛酸蓄電池的充放電過程,其實就是蓄電池中硫酸與純鉛和二氧化鉛的化學反應過程,在這個過程中會伴随着電解液密度的變化。因此檢驗電解液的密度就可以大緻判斷出蓄電池的充電狀态,并且利用這個原理制作出了蓄電池電量指示器。

汽車鉛酸蓄電池的充放電原理(車用蓄電池是如何産生電能的)6

早期的蓄電池是開放式的,在每一個單格電池上都有一個通氣孔,因此會有一部分電解液從這個孔中揮發出去,另外充電過程中産生的氫氣和氧氣也從這個孔中逸出,因此電解液會越來越少,使用中需要定期添加并調整電解液的密度。

後來人們研制出了免維護蓄電池,這種蓄電池的特點是采用了安全通氣孔,在通氣室中設置了氧化鋁過濾器和钯催化劑,阻止内部硫酸蒸氣的排出。

減少了腐蝕作用,并使化學反應中産生的氫離子和氧離子再結合,生成水返回電解液中,從而減少了水份的消耗。

免維護蓄電池的使用壽命較長,使用過程中不需要添加電解液,自行放電少,不需要補充充電,因此在轎車上得到廣泛應用,并将逐漸取代現有的普通鉛酸蓄電池。

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這種鉛酸電瓶最怕兩件事:低溫和過度放電。實踐證明,當環境溫度每升高1°C的時候,電池的容量也會相應的增加0.8%;反之,當環境溫度降低1°C的時候,電池的容量也會對應的減少0.8%!

當氣溫低至-10°C時,電瓶的容量隻有正常值的72%;當溫度低至-20°C時,電瓶的容量隻有正常值的64%。

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另外,汽車電瓶都是淺充淺放的鉛酸電瓶,過度放電是對電瓶的極大傷害。數據表明,當電瓶的電量完全放掉然後再充電,最多隻能充到原來容量的80%。

所以,我們在日常使用中一定要避免這兩種情況的發生,比如不要頻繁的啟動發動機,不要停車後大量使用電瓶的電能,等等。(文/卡家号:老侯解車)

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