1.1.6 蓄电池的充、放电特性

蓄电池的工作特性包括充电特性和放电特性，与蓄电池工作特性有关的技术参数有蓄电池的静止电动势、内阻、端电压及电解液的相对密度。

1.静止电动势、内阻、端电压

（1）静止电动势。在静止状态下（即不充电、不放电的情况下），蓄电池两极板间所具有的电位差，用Ej表示。其大小取决于电解液的相对密度和温度，用经验公式表示如下：

Ej=0.85+ρ2 5℃（V）

ρ 2 5℃为25℃时的电解液的相对密度，ρ 2 5℃=ρT+0.0007（T-25）。

汽车用蓄电池的电解液密度一般在（1.12～1.30）g/cm3之间，因此Ej=（1.97～2.15）V。

（2）内阻。电流流过蓄电池时所受到的阻力称为蓄电池的内阻。蓄电池的内阻包括以下几部分：

①极板内阻。极板内阻很小，随活性物质的变化而变化，充电时变小，放电时变大。

②隔板内阻。隔板内阻与材料有关，木质隔板多孔性差，其电阻比微孔橡胶和塑料隔板的电阻大。

③电解液内阻。电解液内阻与其温度、相对密度有关。当电解液的温度升高时，其内阻下降。电解液内阻与相对密度的关系如图1-18所示，由图可知，电解液相对密度为1.2时，其内阻最小，因为此密度的电解液，硫酸离解为离子的数量最多，同时电解液的黏度也比较小。相对密度过高和过低都会减少离子的数量。相对密度过高时，不仅离子数量减少，而且电解液黏度会增大，因而内阻增大。

由此可知，适当降低电解液相对密度和提高温度（如冬季对蓄电池保温），对降低蓄电池的内阻、提高起动性能十分有利。

（3）端电压。蓄电池在无负载状况下测得的电压即为端电压。其计算公式为：

Uf=E-IfR

式中，Uf为放电时蓄电池的端电压；E为蓄电池的电动势；If为放电电流；R为蓄电池内阻。

Uc=E-IcR

式中，Uc为充电时蓄电池的端电压；E为蓄电池的电动势；Ic为充电电流；R为蓄电池内阻。

2.放电特性

蓄电池的放电特性是指蓄电池在恒定电流放电状态下，端电压Uf、电解液相对密度ρ25℃随放电时间变化的规律。

图1-19所示为6—QA—60蓄电池以3A电流进行放电时测得的放电特性曲线。

由图可知：

（1）ρ25℃按直线规律下降。这是因为在恒流放电时，放电电流为定值，则化学反应速度不变，单位时间消耗的硫酸则不变。在一般情况下，电解液相对密度每下降0.04，蓄电池放电约25%。

（2）蓄电池放电可分成三个阶段，即开始放电阶段、相对稳定阶段和迅速下降阶段。

①开始放电阶段。放电开始时，极板空隙内的硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化显著增大，端电压从2.14V迅速下降到2.1V。

②相对稳定阶段。端电压由2.0V下降到1.85V，基本呈直线规律缓慢下降。随着极板孔隙内电解液密度的迅速下降，孔内外的密度差不断增大，硫酸向孔隙内扩散的速度也随之加快，放电电流得以维持。当空隙内消耗硫酸的速度与孔外向孔内补充硫酸的速度达到动态平衡时，孔内外的密度差基本保持不变，这时孔内电解液密度将随孔外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压按直线规律缓慢下降。

③端电压迅速下降阶段。端电压由1.85V迅速下降到1.75V。放电接近终了时，孔隙外的电解液密度大大下降，难以维持足够的密度差，离子扩散速度下降，浓差极化显著增大；与此同时，极板表面硫酸铅增多，孔隙堵塞使活性物质PbO2和Pb的反应面积减小；此外，放电时间越长，硫酸铅越多，内阻越大，欧姆极化越显著。因此，放电临近终了时，由于浓差极化、电化学极化和欧姆极化都显著增大，蓄电池的端电压迅速下降。

蓄电池放电终了的特征为：

a.单格电池电压降到放电终止电压（单格电池终止电压和放电电流有关）。

b.电解液密度降到最小终止值。

3.充电特性

蓄电池充电特性是指蓄电池在恒定电流充电状态下，电解液相对密度ρ25℃、蓄电池端电压Uc随充电时间变化的规律。

图1-20所示为6—QA—60蓄电池以3A进行恒电流充电时测得的充电特性曲线。

由图可知：

（1）ρ25℃按直线规律上升。这是因为在恒流充电时，充电电流定值，则化学反应速度不变，单位时间消耗生成的硫酸量不变。

（2）蓄电池的充电过程可分为以下几个阶段：

①开始充电阶段。开始充电时，极板空隙内迅速生成硫酸，空隙中的电解液密度迅速增大，浓差极化增大，端电压迅速上升。

②稳定上升阶段。当空隙内生成硫酸的速度与向外扩散的速度达到动态平衡时，端电压便随整个容器内电解浓密度的变化而缓慢上升。当端电压达到2.4V左右时，电解液中开始冒气泡。此现象说明蓄电池已基本充足电，极板上的活性物质已基本转化为二氧化铅和铅，部分充电电流已用于电解水，产生了氢气和氧气，所以电解液冒气泡。

③充电末期。继续充电时，电解水的电流增大，产生的氢气和氧气增多，电化学极化显著增大，端电压迅速上升，直到电压上升到2.7V左右且稳定不变，电解液中有大量气泡，形成“沸腾”现象为止。此时电解液密度不再变化。

④充电停止后。此时端电压逐渐下降至静止电动势。蓄电池充电终了的特征为：

a.端电压和电解液密度上升到最大值（2.7V）且在2h内不再上升。

b.电解液中剧烈冒气泡，呈“沸腾”现象。