電動車電池修復原理.doc

電動車電池修復原理所謂蓄電池即是貯存化學能量，于必要時放出電能的一種電氣化學設備。構(gòu)成鉛蓄電池之主要成份如下：陽極板(過氧化鉛.PbO2)- 活性物質(zhì)陰極板(海綿狀鉛.Pb) - 活性物質(zhì)電解液(稀硫酸) - 硫酸.H2SO4 + 水 .H2O電池外殼 隔離板 其它(液口栓.蓋子等)一、鉛蓄電池之原理與動作 鉛蓄電池內(nèi)的陽極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會產(chǎn)生2V的電力，這是根據(jù)鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽極及電解液即會發(fā)生如下的變化： (陽極) (電解液) (陰極) PbO2 + 2H2SO4 + Pb - PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應) (過氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛) (陽極) (電解液) (陰極)PbSO4 + 2H2O + PbSO4 - PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應) (硫酸鉛) (水) (硫酸鉛) 1. 放電中的化學變化 蓄電池連接外部電路放電時，稀硫酸即會與陰、陽極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應,生成新化合物硫酸鉛。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。 2. 充電中的化學變化 由于放電時在陽極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會在充電時被分解還原成硫酸,鉛及過氧化鉛,因此電池內(nèi)電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來的活性物質(zhì)時，即等于充電結(jié)束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會減少，此時應以純水補充之。 二、電動車用蓄電池的構(gòu)造電動車用蓄電池,必須具備以下條件: 高性能 耐震.耐沖擊 壽命長 保養(yǎng)容易 由于玻璃纖維管式鉛蓄電池是累積多次實驗結(jié)果而制成，故具有多項優(yōu)點。1.極板 根據(jù)蓄電池容量選擇適當規(guī)格極板及數(shù)量組合而成。于充放電時,兩極活性物質(zhì)隨著體積的變化而反復膨脹與收縮。兩極活性物質(zhì)中，陰極板之海綿狀鉛的結(jié)合力較強，而陽極板之過氧化鉛的結(jié)合力弱，因而在充放電之際，會徐徐脫落，此即為鉛蓄電池壽命受到限制的原因。期使蓄電池使用期限延長，能耐震并耐沖擊，則陽極板的改良即成當急要務。玻璃纖維管式的陽極板: 此乃以玻璃纖維制的軟管接在鉛合金制的櫛狀格子(蕊金)上，在軟管和蕊金間充填鉛粉之后，將軟管密封，使其發(fā)生變化，產(chǎn)生活性化物質(zhì)，由于活性化物質(zhì)不會脫落，與電解液接觸亦良好,是一種非常好的極板材料。使用具有這種極板的蓄電池是電動車唯一的選擇。編織式軟管乃以9microm()的玻璃纖維編成管袋狀，彈性好，可耐膨脹或收縮，而且對電解液的滲透度也非常良好，此軟管乃是最佳產(chǎn)品，長久以來，實用績效良好。糊狀式極板: 就是將稀硫酸煉制之糊狀鉛粉涂覆在鉛合金制的格子上，俟其 干燥后所形成之活性物質(zhì)。這種方式一直被采用在鉛蓄電池的陰極板上，同時亦使用在汽車，小貨車的蓄電池陽極板上。2.隔離板 能防止陰、陽極板間產(chǎn)生短路，但不會妨礙兩極間離子的流通。而且經(jīng)長時間使用，也不會劣化，或釋放雜質(zhì)。鉛蓄電池一般都使用膠質(zhì)隔離板。 3.電池外殼 耐酸性強，兼具機械性強度。電動車用的蓄電池外殼乃使用材質(zhì)強韌之合成樹脂經(jīng)特殊處理制成，其機械性強度特別強，上蓋亦使用相同材質(zhì)，以熱熔接著。 4.電解液 電解液比重以20的值為標準，電動車用的蓄電池完全充電時之電解液標準比重為1.280。 5.液口栓 液口栓的功能為排出充電時所產(chǎn)生的氣體及補充純水，測定比重。三、蓄電池的容量電動車用蓄電池的容量以下列條件表示之： 電解液比值1.280/20 放電電流5小時的電流 放電終止電壓1.70V/Cell 放電中的電解液溫度3021.放電中電壓下降 放電中端子電壓比放電前之無負載電壓（開路電壓）低，理由如下： (1)V=E-I.R V：端子電壓(V) I：放電電流(A) E：開路電壓(V)R：內(nèi)部阻抗() (2)放電時，電解液比重下降，電壓也降低。 (3)放電時，電池內(nèi)部阻抗即隨之增強，完全充電時若為倍，則當完全放電時，即會增強倍。 用于起重時之電瓶電壓之所以比用于行走時的電壓低，乃是由于起重用之油壓馬達比行走用之驅(qū)動馬達功率大，因此放電流大，則上式的I.R亦變大。 2.蓄電池之容量表示 在容量試驗中，放電率與容量的關系如下： 5HR.1.7V/cell 3HR.1.65V/cell 1HR.1.55V/cell 嚴禁到達上述電壓時還繼續(xù)繼續(xù)放電，放電愈深，電瓶內(nèi)溫會升高,則活性物質(zhì)劣化愈嚴重，進而縮短蓄電池壽命。 因此，堆高機無負重揚升時的電池電壓若已達1.75v/cell(24cell的42v,12cell的21v)，則應停止使用，馬上充電。 3.蓄電池溫度與容量 當蓄電池溫度降低，則其容量亦會因以下理由而顯著減少。 (A)電解液不易擴散，兩極活性物質(zhì)的化學反應速率變慢。 (B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降,蓄電池的5HR容量會隨蓄電池溫度下降而減少。 因此: (1)冬季比夏季的使用時間短。 (2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實際使用時間顯著減短。 若欲延長使用時間，則在冬季或是進入冷凍庫前，應先提高其溫度。 4.放電量與壽命 每日反復充放電以供使用時，則電池壽命將會因放電量的深淺，而受到影響。 5.放電量與比重 蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據(jù)蓄電池完全放電時的比重及10%放電時的比重，即可推算出蓄電池的放電量。 測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測定使用后的比重，以避免過度放電，測比重的同時，亦側(cè)電解液的溫度，以20度C所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數(shù)值以下。 6.放電狀態(tài)與內(nèi)部阻抗 內(nèi)部阻抗會因放電量增加而加大，尤其放電終點時，阻抗最大，主因為放電的進行使得極板內(nèi)產(chǎn)生電流的不良導體硫酸鉛及電解液比重的下降，都導致內(nèi)部阻抗增強，故放電后，務必馬上充電，若任其持續(xù)放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結(jié)晶后(此即文獻上所說的硫化現(xiàn)象),即使充電,極板的活性物資亦無法恢復原狀,而將縮短電瓶的使用年限。 白色硫酸鉛化 蓄電池放電，則陰、陽極板同時產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續(xù)放電，不予充電，則最后會形成安定的白色硫酸鉛結(jié)晶(即使再充電，亦難再恢復原來的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱為白色硫化現(xiàn)象。 7.放電中的溫度 當電池過度放電，內(nèi)部阻抗即顯著增加，因此蓄電池溫度也會上升。放電時的溫度高，會提高充電完成時溫度，因此，將放電終了時的溫度控制在40以下為最理想。四、充電的管理 1.蓄電池的充電特性 蓄電池充電的端子電壓如下式表示 V= E+I.R，在此 E=電瓶電壓(V)I=充電電流(A)R=內(nèi)部阻抗() 2.蓄電池溫度與壽命 蓄電池溫度（電解液溫度）升高，則陰陽極板上的活性物質(zhì)即會劣化，并腐蝕陽極格子，而縮短電池壽命，相對的，電池溫度太低時，會使電池蓄電容量減少，容易過度放電，進而使電池壽命縮短。此種關系也會因電池型式，極板材質(zhì)而有變化。故應遵守下列之使用條件： 通常蓄電池之電解液溫度應維持在1555為理想使用狀態(tài)，不得已的情況下,也不可超過放電時-1555,充電時060的范圍。實際使用時，由于充電時溫度會上升，因此，放電終了時之電解液溫度以維持在40以下為最理想。 3.充電量與壽命 蓄電池所須之充電量為放電量的110120%.放電量與蓄電池壽命具密切關系,假設充電量為放電量120%時的電池，使用壽命為1200回（年），則當電池的充電量達放電量之150%時，則可推算該電池的壽命為： 1200回120/150=960回(32年) 又，此150%的充電,迫使水被分解產(chǎn)生氣體，電解液遽減，將使充電終點的溫度上升,結(jié)果溫度上升造成耐用年限縮短。此外，充電不足即又重復放電使用，則會嚴重影響電池壽命。 堆高機舉重時，若電池溫度保持在1040之間，其充電量亦維持在110120%者，最能延長電池壽命，此時充電完成之比重，其20換算值約為128。 4.氣體的產(chǎn)生與通風換氣 充電中產(chǎn)生的氣體為氧與氫的混合氣，氫氣具爆炸性，若空氣中氫氣達3.8%以上，且又近火源，則會發(fā)生爆炸。充電場所必須通風良好，注意遠離火源，避免觸電。五、電解液之管理 1.比重測定 測量比重時，須使用吸取式比重計將電解液緩緩吸入外筒，從浮標之刻度即可測知比重。 鉛蓄電池之電解液比重會隨溫度改變而變化，電解液比重乃以攝氏20度時的比重為標準，因此比重計上的讀數(shù)，必須換算為攝氏20度時之標準比重。當溫度變化攝氏一度時，則比重即變化0.0007，因此，在測量比重的同時，必須測量溫度，測溫時，請使用棒狀酒精溫度計。 該溫度t時所測之比重為St，則以下式換算標準溫度20時之比重S20，S20=St+0.0007(t-20) S20.為換算成20時的比重 St.為t時所測之比重 t.為測得電解液之實際攝氏溫度 例如：20時比重為1.280者，在10時變成1.287;30時，變成1.273。2.純水之補充 重復放電時，電解液面會緩緩下降，因此定期檢視電解液液位，隨時補充純水，以維持適當之液位，若因忽略補水，而露出極板，則會傷害極板。蓄電池用純水的標準按日本蓄電池工業(yè)會SBA4001的規(guī)定如下：項目單位規(guī)格濁度無色透明液性中性導電度/cm10以下氯(C1)%0.0001以下鐵(Fe)%0.0001以下硫酸根(SO4)%0.0001以下強熱殘分%0.001以下其它%0.005以下3.電解液中的不純物與電池壽命 電解液中若含有硝酸、鹽酸、亞硫酸、鹽素、有機物等，則會腐蝕極板，加速縮短電池壽命，同時也會加速自我放電，此外，銅、鎳、鐵、錳亦會傷害電池導致自我放電量增加。 蓄電池補充液位時，一定要使用純水，用水沖洗電瓶時，一定要將電池帽蓋緊以避免沖洗用水流入電瓶內(nèi)。 4.補水過多所造成的弊端 補水時若超過最高液面（參照第4-1）則充電時就會發(fā)生滿溢，而使稀硫酸成份流失，腐蝕電瓶箱,電解液比重偏低造成蓄電容量不足等。六、其它 1.自我放電 蓄電池當其內(nèi)部發(fā)生純化學反應，或因不純物污染造成電化學反應，或長久不用皆會耗電，此即稱為自我放電。自我放電之耗電程度乃視蓄電池構(gòu)造溫度、比重、不純物，使用過等而有所不同，一般在一天內(nèi)會放掉0.51%，蓄電池在使用前的保存期間就會自我放電，消耗蓄電量。 當蓄電池處于長期持續(xù)放電狀態(tài)時，則一旦形成白色硫酸鉛化，則即使再充電，也無法恢復其容量。庫存期間務必每個月就充電一次。 2.電瓶壽命終期的判定 蓄電池到壽命終期，其容量就會減少，至于其容量在數(shù)字上退減的程度為何？則可依容量試驗