第一章鉛酸蓄電池的常識
1. 電池的構成
任何一種電池均有四個主要的部件組成：兩個不同材料的電極、電解液、隔膜和外殼。
對於鉛酸蓄電池來說，正極活性物質是二氧化鉛（pbo2，暗紅色），負極活性物質是鉛（pb，灰色），正負極集流體都是板柵，電解質是硫酸（h2so4）。
動力電池：隔膜是聚氯乙烯（pvc），外殼是聚丙烯（pp）。
起動電池：隔膜是聚丙烯(pp)或聚乙烯（pe），外殼是聚丙烯（pp）。
閥控式密封電池：隔膜是玻璃纖維（agm），外殼是abs（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物）。
2. 鉛酸蓄電池的工作原理
pbo2 + pb ＋ 2h2so4 ＝ 2pbso4 + 2h2o
隨著放電的進行，硫酸不斷減少，與此同時電池中又有水生成，這樣就使電池中的電解液濃度不斷降低；反之，在充電時，硫酸將不斷生成，因此電解液濃度將不斷增加。
3. 鉛酸蓄電池的電效能
電池的開路電壓：電池在斷路時（即沒有電流通過兩極時），電池兩極的電極電位之差，稱為電池的開路電壓。
電池的開路電壓只取決於所組成電池的電極材料與電解液的活度和放電的溫度，與電池的幾何形狀和尺寸大小無關。在電解液密度一定的範圍內，鉛酸電池的開路電壓與電解液的密度有下列關係：開路電壓=d＋0.
85，d是在電池電解液的溫度下電解液的密度（g/cm3）。
根據鉛酸電池中進行的反應可知，放電時隨著pbo2和pb的消耗，h2so4也消耗，即隨著放電的進行，h2so4減少，水增加，則酸的密度降低。因此可以根據電池的開路電壓估計電池的荷電狀態，也可以根據電池的開路電壓估計電解液的密度。
電池的內阻：是指電流通過電池內部受到的阻力，又叫全內阻。
它包括歐姆內阻和極化內阻。電池的歐姆內阻包括電極本身的電阻、電解質溶液的電阻、離子通過隔膜微孔時受到的阻力和正負極與隔離層的接觸電阻等。
歐姆內阻還與電池的幾何尺寸、裝配的緊密程度和電池的結構等因素有關，一般電池裝配越緊密、電極間距離越小，歐姆內阻就越小；對於同一類的相同結構的電池，幾何尺寸大的其歐姆內阻比幾何尺寸小的電池要小。
由於內阻的存在，電池的工作電壓總是小於開路電壓。
電池的放電電壓：又稱為電池的工作電壓或電池的負荷電壓，是指電池在放電時電池兩端的電壓，也可以說是電流通過外線路時，電池兩電極之間的電位差。
電池放電電壓的變化與放電制度有關，即放電曲線的變化還受著放電制度的影響，放電制度包括放電的電流強度i（或放電電流密度i）、放電溫度t放和放電的終止電壓v終。放電電流越大，工作電壓下降越快；放電溫度增加，放電曲線變化比較平緩，溫度越低，曲線變化越大；放電終止電壓是電池放電時電壓下降到不能繼續放電的最低工作電壓，這是人為規定的。一般原則是，在低溫、大電流放電時，終止電壓選擇要低一些；而小電流放電時，終止電壓選擇應稍高些。
電池的充電電壓：是指電池在充電時，外電源加在電池兩端的電壓，充電電壓隨時間的變化曲線叫做充電曲線。隨著充電的進行，充電電壓會不斷上公升，對於鉛酸電池，在充電後期主要進行水的分解，電池電壓會穩定下來。
如果採用大電流充電，則充電電壓上公升較快，最終達到較高的電壓值。
電池的容量：是指在一定的放電制度下（即在一定的i放、t放、v終）電池所給出的電量，常用c表示，單位為安培·小時（ah）。電池在恆流放電時，可以用c=it來計算電池的容量。
對於乙個做好的電池來說，影響其容量的因素是放電制度，i放越大，電池放出的容量越小；隨著放電溫度的增高，電池放出的容量也增大；一般是v終越高，電池放出的容量越小。在這三個因素中，放電電流強度（或i放）的影響是最大的，通常用放電倍率來表示放電電流的大小。
所謂放電倍率是放電電流為電池額定容量的某乙個倍數，知道了放電倍率，就可以用i放=xc額計算放電電流，x為放電倍率。放電倍率越大，電池的放電速率越快。
電池的自放電和貯存效能
電池的自放電是指電池在開路時自動放電的現象。電池發生自放電，將直接降低電池可供輸出的電量，使容量降低。
電池的自放電與電池的貯存效能有密切的關係，電池的自放電越小，電池的貯存效能越好。
減少自放電的措施
嚴格控制原材料中的雜質，特別是硫酸、純水、極板、隔膜，要求雜質不超過一定範圍。
嚴格控制生產過程中可能混入的雜質，使用的工具、裝置都應該嚴格管理，經常清潔。
電池的迴圈壽命
蓄電池的迴圈壽命是指蓄電池在一定的條件下，電池容量降到某一規定值前所經歷的充放電次數。由於極板種類、製造條件、使用方式有差異，最終導致蓄電池失效的原因也各異。歸納起來，鉛酸蓄電池的失效有下列幾種情況：
正極板柵的腐蝕變形
在電池的充電過程中，正極板柵會被氧化成硫酸鉛和二氧化鉛，最後導致板柵喪失支撐活性物質的作用而使電池失效；或者由於二氧化鉛腐蝕層的形成，使鉛合金產生應力，致使板柵線性長大變形，這種變形超過4%時將使極板整體遭到破壞，活性物質與板柵接觸不良而脫落，或在匯流排處短路。
正極活性物質脫落、軟化
除板柵長大引起活性物質脫落之外，隨著充放電的進行，pbo2顆粒之間的結合也鬆弛、軟化，從板柵上脫落下來。極板的製造、裝配的鬆緊和充放電條件等一系列因素，都對正極活性物質的軟化、脫落有影響。
不可逆硫酸鹽化
蓄電池過放電並長期在放電狀態下貯存時，其負極將形成一種粗大的、難於接受充電的pbso4結晶，此現象稱為不可逆硫酸鹽化。輕微的不可逆硫酸鹽化，可以使用較稀的電解液，並用20h率以下的小電流，在電解液溫度為30℃～40℃範圍內長時間充電，有可能得到恢復。嚴重的不可逆硫酸鹽化則導致電極失效，充不進電。
熱失控對於閥控式密封鉛酸蓄電池，要求在恆壓充電時電壓不超過單格2.4v，一般備用電源控制在2.3v，迴圈使用的電源控制在2.
4v。在實際使用中，調壓裝置可能失控，充電電壓過高，從而導致充電電流過大，產生的熱將使電池電解液溫度公升高，導致電池內阻下降；內阻的下降又加強了充電電流。電池溫公升和充電電流過大的互相加強，最終不可控制，使電池變形、開裂而失效。
在充電過程中，應對充電電壓過高、電池發熱的現象予以注意。
負極匯流排的腐蝕
一般情況下，負極板柵及匯流排不存在腐蝕問題，但在閥控式密封鉛酸蓄電池中，當建立氧迴圈時，電池上部空間充滿了氧氣，隔膜中的電解液又多少會沿極耳上爬至匯流排，匯流排的合金則會氧化，進一步形成pbso4，如果匯流排焊條合金選擇不當、匯流排有渣夾雜及縫隙，腐蝕就沿著這些縫隙加深，致使極耳與匯流排脫開，負極板失效。
隔膜穿孔造成短路
蓄電池經過長期反覆充放電，在負極周圍有絨狀鉛的粒子析出、生長，它圍繞隔膜或刺穿隔膜與正極板接觸而短路。
其原因是電解液中的鉛離子在充電時析出附著在負極板上，長期下去形成樹枝狀結晶。閥控式密封鉛酸蓄電池所用的超細玻璃纖維隔膜質軟、孔較大，抗枝晶穿透的能力差。而貧液式的設計，酸的濃度在充放電過程中波動很大，負極的充電過程是pbso4溶解在h2so4中形成pb2＋，在負極進行還原的過程。
由於pbso4是難溶鹽，在蓄電池使用的酸濃度中pb2＋濃度很低，在此條件下，鉛的沉積物呈平整狀，但若pb2＋濃度很高，則沉積物就可能形成枝晶在隔膜中沉積，引起短路，使電池失效。
電池斷續使用時容易過放電，或者由於電流密度分布不均，在某些區域性區域電解液可能耗盡，其ph值增大，pbso4溶解度增大。
根據離子積規則，【 pb2＋ 】【so42－】=2.2×10－8，是常數。當酸為40%時，25℃下的pbso4溶解度為1.
25mg/l；若酸耗盡，則pbso4溶解度增加至45.2mg/l。加入無水硫酸鈉後，由於so42－的同離子效應， pb2＋不致於過分增加，從而能防止枝晶生成。
4.影響鉛酸蓄電池壽命的因素
鉛酸蓄電池的失效是許多因素綜合的結果，既決定於極板的內在因素，諸如活性物質的組成、晶型、空隙率、極板尺寸、板柵材料和結構等；也取決於一系列外在因素，如放電電流密度、電解液濃度和溫度、放電深度、維護狀況和貯存時間等。下面主要介紹主要的外部因素 ：
放電深度
放電深度即使用過程中放電到何程度開始停止。100%深度指放出全部容量。
因為正極活性物質pbo2本身的相互結合不牢，放電時生成pbso4，充電時又恢復為pbo2。pbso4的摩爾體積是pbo2的2倍左右，則放電時活性物質體積膨脹，充電時又收縮，這樣反覆收縮和膨脹，就使pbo2粒子之間的相互結合逐漸鬆弛，易於脫落。
放電深度越深，收縮、膨脹的程度就越大，其迴圈壽命越短。
過充電程度
過充電時有大量氣體析出，這時正極活性物質要遭受氣體的衝擊，這種衝擊會促進活性物質脫落；此外，正極板柵合金也遭受嚴重的陽極氧化而腐蝕，所以電池過充電時會使應用期限縮短。
溫度的影響
電池壽命在一定溫度範圍內隨溫度公升高而增加，是因為容量隨溫度公升高而增加。如果放電容量不變，則在溫度公升高時其放電深度降低，故延長壽命。但是溫度太高則因負極硫酸鹽化，容量損失而降低了壽命。
酸濃度的影響
酸密度的增加，雖對正極板容量有利，但電池的自放電增加，板柵的腐蝕也加速，也促使pbo2的鬆散脫落，導致電池壽命降低。
動力電池和起動電池用硫酸的密度為1.280g/cm3，小密電池內化成用硫酸的密度為1.250g/cm3。
放電電流密度的影響
隨著放電電流密度的增加，電池的壽命降低，因為在大電流密度和高酸濃度條件下，均促使正極pbo2的鬆散脫落，降低電池的壽命。
5.電池的串聯和併聯
電池串聯的主要目的是增加電壓。如果有s個電池串聯，每個電池的開路電壓是v，內阻為ρ，則串聯後電池組的開路電壓為sv，電池組的總內阻為sρ，電池組的容量由電池組中容量最小的乙個電池的容量所限制。
電池併聯的主要目的是增加容量。如果有p個電池併聯，每個電池的開路電壓是v，內阻為ρ，容量為c，則併聯後電池組的開路電壓為v，電池組的總內阻為ρ/p，電池組的容量為pc。
組合的電池數越多，電池組的可靠性越差。在組合電池時，應挑選一致性好的電池組合在一起。
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