國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定電工 論文（國家職業(yè)資格 一 級(jí)）論文題目： 鉛酸蓄電池的剖析 姓 名： 郭偉明 身份證號(hào)： 432301197901285530 準(zhǔn)考證號(hào)： 所在省市： 江蘇省連云港市 所在單位： 連云港金辰實(shí)業(yè)有限公司 鉛酸蓄電池的剖析郭偉明連云港金辰實(shí)業(yè)有限公司摘 要鉛酸蓄電池應(yīng)用非常廣泛，譬如汽車、船舶、通訊、高鐵等大數(shù)領(lǐng)域都有應(yīng)用，鉛酸蓄電池已有100多年的歷史文中對(duì)造成鉛酸蓄電池壽命減小和失效的因素進(jìn)行了分析，結(jié)合蓄電池的綜合性能指標(biāo)，用以對(duì)比修復(fù)后的數(shù)據(jù)找到了在同一狀態(tài)下不同故障的處理方法，在各種方法中找出其對(duì)應(yīng)而行之有效的方法從眾多的方法中提出了脈沖修復(fù)這種方法設(shè)計(jì)了相應(yīng)的電路圖，并且畫出了它的功能框圖解釋了這個(gè)電路的工作原理關(guān)鍵詞：鉛酸電池 容量 充放電 原因剖析 處理方法目錄摘 要 2第一章 鉛酸電池概述 41.1蓄電池的基本結(jié)構(gòu) 41.2蓄電池的化學(xué)反應(yīng)基本原理 41.3影響蓄電池性能的外部因素 5第二章 鉛酸電池故障類型 82.1 鉛酸蓄電池的“硫化” 82.2 電池內(nèi)部短路 92.3 活性物質(zhì)得過量脫落 102.4 板極拱曲和斷裂 112.5 反極 122.6 正極板板柵的腐蝕 132.7 負(fù)極板的硬化 13第三章 鉛酸電池故障處理方法 153.1 對(duì)于“硫化”的處理方法 153.2 對(duì)于電池了內(nèi)部短路的處理方法 163.3 對(duì)于活性物質(zhì)過量脫落的處理方法 163.4 極板拱曲和斷裂的處理方法 173.5 蓄電池反極的處理方法 173.6 對(duì)于正極板柵的腐蝕 183.7 對(duì)于負(fù)極板的硬化 18第四章 結(jié)論 19參考文獻(xiàn) 19第一章 鉛酸電池概述1.1蓄電池的基本結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池主要由正極板、負(fù)極板、電解液和電池外殼等部分組成。

在富液式鉛酸蓄電池中負(fù)極板的活性物質(zhì)是鉛，由孔隙均勻的活性物質(zhì)鉛壓入鉛板柵形成正極板的活性物質(zhì)是二氧化鉛，但活性物質(zhì)二氧化鉛與負(fù)極板上的活性物質(zhì)鉛處理方法不同，不是簡(jiǎn)單的壓入板柵，而是通過數(shù)次氧化反應(yīng)形成正極板本身是由高純鉛（純度≥99.99%）組成，極板的氧化形成活性物質(zhì)二氧化鉛，因?yàn)槭窃阢U板的表面進(jìn)行的氧化反應(yīng)，故在正極板表面上的活性物質(zhì)非常薄，廠家數(shù)據(jù)顯示活性物質(zhì)的厚度只有0.11～0.15mm，設(shè)計(jì)者充分利用了活性物質(zhì)的大面積薄片結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使載流子在短時(shí)間內(nèi)可提供大電流，例如：一組2400Ah的蓄電池在10秒中能夠提供2600A的電流另外，在鉛板柵中，合金元素-銻也扮演著重要角色，因?yàn)榘鍠胖械匿R增強(qiáng)了鉛板柵的強(qiáng)度和硬度但選用合金元素-銻也存在負(fù)面影響，即一旦銻溶解出來并在負(fù)極上沉積，就會(huì)造成負(fù)極的嚴(yán)重自放電，增加水的損耗和減少蓄電池的壽命為此，采用了折中的方法，把銻的含量降到合理的數(shù)值，既保證了極板柵的強(qiáng)度、硬度，又使蓄電池的使用壽命得以延長(zhǎng)1.2蓄電池的化學(xué)反應(yīng)基本原理1.2.1蓄電池在充、放電過程發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)為：PbO2+ 2H2SO4+Pb=2PbSO4+H2O （1）充電時(shí)，蓄電池將電能以化學(xué)能的形式存貯起來。

放電時(shí)，蓄電池將存貯的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能提供給負(fù)載使用蓄電池在事故工況下作為獨(dú)立電源，不受外部電源的影響，這是蓄電池在重要場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用的根本原因蓄電池放電是蓄電池應(yīng)用能力的展現(xiàn)過程，也是用戶關(guān)注的焦點(diǎn)從公式（1）可以看出，在放電過程中，負(fù)極的鉛以及正極的二氧化鉛與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸鉛和水，因?yàn)樵诜磻?yīng)過程中消耗了硫酸并生成水，所以在這個(gè)反應(yīng)過程中硫酸被稀釋了，這就是硫酸的密度在放電的后期中降低的主要原因1.2.2大電流放電過程在大電流放電過程中，極板上的活性物質(zhì)與周圍的硫酸迅速反應(yīng)，使活性物質(zhì)細(xì)孔中的硫酸被很快的消耗掉，生成較大的硫酸鉛晶體，導(dǎo)致極板的細(xì)孔堵塞，外部的酸液不能很快的進(jìn)入活性物質(zhì)孔隙中另外，與在孔隙中生成的水相比，外部硫酸也具有一定的粘度，減緩了酸的流動(dòng)和擴(kuò)散的速度，因此細(xì)孔深處的硫酸濃度比外部的硫酸濃度更低一些，活性物質(zhì)參加化學(xué)反應(yīng)的機(jī)會(huì)減少，導(dǎo)致部分活性物質(zhì)反應(yīng)不充分同時(shí)放電過程中電解液電阻增大，電壓下降很快，蓄電池釋放出的能量減少，因此，在大電流放電過程中蓄電池的容量相對(duì)額定容量有所減小1.2.3小電流放電過程在小電流長(zhǎng)時(shí)間的放電過程中，硫酸鉛形成較慢，生成的晶體也小，硫酸容易擴(kuò)散到細(xì)孔深處，細(xì)孔深處的更多的活性物質(zhì)能順利的參加化學(xué)反應(yīng)，所 以，電池的釋放容量相對(duì)更大一些。

1.2.4蓄電池放電后的再充電過程蓄電池放電后再充電的過程中，硫酸鉛被還原成鉛和二氧化鉛同時(shí)生成硫酸濃硫酸在活性物質(zhì)的細(xì)孔中生成，要通過擴(kuò)散與外部的稀硫酸混合，但濃硫酸相對(duì)來說密度更大一些，在脫離活性物質(zhì)后，會(huì)沉落到蓄電池底部，使蓄電池底部的硫酸的濃度增高，蓄電池內(nèi)部的硫酸出現(xiàn)分層現(xiàn)象，底部的濃硫酸會(huì)對(duì)極板造成腐蝕，上部的稀硫酸密度很低（放電后期接近于水），鉛在這樣的稀硫酸中容易發(fā)生溶解，因此蓄電池電解液上下層的混合很重要在充電后期過充的電能使水分解產(chǎn)生了氫氣和氧氣，產(chǎn)生的氣體在電解液中起到攪拌混合作用蓄電池的外部表現(xiàn)是蓄電池在充電過程中，蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生氣泡之前，電解液的密度上升緩慢，蓄電池內(nèi)部產(chǎn)生氣泡之后電解液的密度上升相對(duì)較快1.3影響蓄電池性能的外部因素1.3.1溫度的影響1.3.1.1溫度對(duì)電解液密度的影響電解液在溫度變化時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出熱脹冷縮的物理特性，溫度較低時(shí)電解液密度上升，溫度較高時(shí)電解液密度降低在國內(nèi)一般所說的蓄電池參數(shù)是基準(zhǔn)溫度為25℃時(shí)蓄電池的參數(shù)，但HOPPECKE公司的鉛酸蓄電池采用的是德國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，蓄電池的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度是20℃，這是與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不同的據(jù)廠家資料：HOPPECKE公司的鉛酸蓄電池的電解液的溫度系數(shù)為±0.0007kg/l.k 。

d20℃=dT +(T–20℃)*0.007kg/l式中：d20℃為20℃酸的密度dT在實(shí)際溫度時(shí)酸的密度T為實(shí)際的溫度1.3.1.2溫度對(duì)蓄電池容量的影響電解液溫度升高，電解液的密度降低，電解液的擴(kuò)散能力就會(huì)增強(qiáng)，活性物質(zhì)外部的硫酸擴(kuò)散到細(xì)孔中就會(huì)變得容易，化學(xué)反應(yīng)能力增強(qiáng)因此隨著溫度的增加，容量增加電解液溫度下降，擴(kuò)散能力減弱，活性物質(zhì)外部的硫酸擴(kuò)散到活性物質(zhì)細(xì)孔中變得困難，化學(xué)反應(yīng)能力減緩，蓄電池的容量減小式中：C為基準(zhǔn)溫度20℃時(shí)的容量Cn為實(shí)測(cè)的容量T為放電時(shí)實(shí)際的平均溫度Z為溫度系數(shù)1.3.1.3溫度對(duì)蓄電池壽命的影響蓄電池的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度為20℃，若年平均運(yùn)行溫度超過基準(zhǔn)溫度10℃，電化學(xué)過程反應(yīng)速度增加一倍，進(jìn)而導(dǎo)致使用壽命減少一半在低溫下使用壽命相應(yīng)地增加（值得注意的問題是低溫會(huì)導(dǎo)致容量降低）1.3.2浮充電壓的影響浮充電壓過高，將導(dǎo)致浮充電流過大，增加了水的分解，同時(shí)增加了正極上氧氣的逸出，蓄電池內(nèi)部腐蝕加劇同時(shí)由于浮充電壓的增加，水分解后產(chǎn)生的氣泡可能破壞活性物質(zhì)，使正極的活性物質(zhì)的脫落，蓄電池的使用壽命減少浮充電壓過低，將導(dǎo)致充電電流過小，使蓄電池欠充電，造成負(fù)極板的活性物質(zhì)脫落，以及負(fù)極板硫化，同時(shí)還會(huì)降低蓄電池的容量。

1.3.3電解液中雜質(zhì)的影響蓄電池液面降低后補(bǔ)充的水如果沒有達(dá)到廠家的要求，或者雜質(zhì)通過其它途徑進(jìn)入電解液，均會(huì)導(dǎo)致浮充電流的增加，增加水的分解，加速腐蝕，減少蓄電池的使用壽命第二章 鉛酸電池故障類型鉛酸蓄電池在使用的過程中，會(huì)出現(xiàn)各種故障，造成故障的原因也是多方面的，很多故障都不是短時(shí)間形成的有幾種主要故障：1“硫化”；2電池內(nèi)部短路；3活性物質(zhì)的過量脫落；4極板拱曲和斷裂；5反極；6正極板板柵的腐蝕；7 負(fù)極板的硬化2.1 鉛酸蓄電池的“硫化”在極板上生成白色堅(jiān)硬的硫酸鉛結(jié)晶，充電時(shí)又非常難于轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的硫酸鉛，這就是硫酸鹽化，簡(jiǎn)稱為“硫化”生成這種硫酸鉛的原因是過放電或放電后長(zhǎng)期放置時(shí)，硫酸鉛微粒在電解液中溶解，呈飽和狀態(tài)，這些硫酸鉛在溫度低時(shí)重新結(jié)晶，而在結(jié)晶質(zhì)硫酸鉛是析出這樣在一度析出的粒子上一次又一次地因溫度變動(dòng)而生長(zhǎng)、發(fā)展，使結(jié)晶粒增大這種硫酸的導(dǎo)電性不良、電阻大，溶解度和溶解速度又很小，充電時(shí)恢復(fù)困難因而成為容量降低和壽命縮短的原因，現(xiàn)在對(duì)于鉛酸蓄電池修復(fù)主要是針對(duì)于“硫化”輕微的電池“硫化”，會(huì)降低電池的容量，電池內(nèi)阻增加，嚴(yán)重時(shí)則電極失效，充不進(jìn)電2.1.1 產(chǎn)生硫化的原因(1)缺少電解液因蒸或純水蒸發(fā)過多或電解液因意外倒泄而沒有及時(shí)補(bǔ)充，致使液面過低，使極板上部與空氣接觸而強(qiáng)烈氧化（主要是負(fù)極板）。

這氧化部分與電解液再接觸時(shí)，也會(huì)形成大晶粒硫酸鉛硬化層，使極板上部硫化同時(shí)由于極板外露在充電時(shí)，板級(jí)上端的硫酸鉛不能與電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)作用，板級(jí)的有效物質(zhì)得不到充分得恢復(fù)2)電解液不純一般情況下，使用了不合格得電解液，鉛酸蓄電池一年左右便報(bào)廢3)經(jīng)常使用鉛酸電池過量放電或小電流深放電，會(huì)在極板深處生成較多得硫酸鉛4)缺少應(yīng)有的定期過充電或經(jīng)常充電不足，在活性物質(zhì)中或多或少殘留一部分未能還原的硫酸鉛5)電解液密度過高或溫度過高，鉛酸鉛將深入形成，不易恢復(fù)6)電解液溫度高低的變化：硫酸鉛在電解液中，溶解于結(jié)晶兩個(gè)相反的過程交替著進(jìn)行當(dāng)溫度上升時(shí)，極板上的硫酸鉛將有一部分溶解于電解液中，溫度越高，溶解度越大擔(dān)當(dāng)溫度降低時(shí)，溶解度減小，會(huì)出現(xiàn)過飽和現(xiàn)象這時(shí)有部分硫酸鉛就會(huì)從電解液中析出，再次結(jié)晶成大晶粒硫酸鉛附著在極板表面，形成硫化7)內(nèi)部有短路故障，未及時(shí)排除8)長(zhǎng)期處于半放電或放電（如漏電）狀態(tài)下，或電池放電后，未及時(shí)進(jìn)行充電9)放電后，24小時(shí)內(nèi)沒有及時(shí)補(bǔ)充充電2.1.2 極板硫化的現(xiàn)象(1)蓄電池的容量顯著降低，用高率放電叉檢查蓄電池時(shí)，每單格電池電壓迅速減低到1.5V(2)充電開始時(shí)，電壓上升很快；放電時(shí)電壓急劇下降，即過早的降至終止電壓。

3)在充電過程中，電解液質(zhì)量濃度增加很慢，甚至無顯著變化當(dāng)濃度上升至一定數(shù)值后就不再上升，不能達(dá)到原來充電時(shí)電解液的濃度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值4)充電時(shí)，電解液溫度升高得快過早冒氣，氣泡粗大，甚至一開始充電就發(fā)生氣泡5)對(duì)蓄電池進(jìn)行解剖，仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，負(fù)極板表面粗糙，觸摸時(shí)如同砂粒得感覺，而且極板顏色不同于正常顏色，正極板呈淺棕，負(fù)極板呈淺灰色，并且還有白色斑點(diǎn)得硫酸鉛布滿在極板表面，使極板上得活性物質(zhì)硬化2.2 電池內(nèi)部短路蓄電池的正負(fù)極板直接相碰，稱為短路2.2.1 蓄電池內(nèi)部短路的原因(1)由于隔離板質(zhì)量差，使極板活性物質(zhì)穿過，或者隔離板缺損，致使正負(fù)極板相接觸或直接接觸，造成短路2)蓄電池在安裝時(shí)，由于鉛渣卡在正負(fù)極板之間，或者導(dǎo)電物掉入電池內(nèi)部，形成導(dǎo)電橋梁，而致使電池內(nèi)部短路3)電池底部沉淀物積聚過多，達(dá)到與極板下邊緣相接觸4)極板彎曲過甚，擠破隔離物，從而使正負(fù)極板接觸。