第二节　铅蓄电池的工作原理

1.铅蓄电池的静止电动势

将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。铅蓄电池的静止电动势E_j为

E_j=0.85+ρ_25℃

式中　E_j——静止电动势，即开路电压，V；

ρ_25℃——基准温度（25℃）时，电解液的密度，g/cm³。

注意，实测电解液的密度，应转换成25℃时电解液的密度，转换关系式为

ρ_25℃=ρ_t+0.00075（t-25）

式中　ρ_t——实测电解液的密度，g/cm³；

t——实测电解液温度， ℃。

因为铅蓄电池工作时，电解液密度总是在1.12～1.30g/cm³之间变化，所以每个单格电池的电动势也相应地在1.97～2.15V之间变化。

2.铅蓄电池的放电

当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电，蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。

（1）放电率　放电率表示蓄电池放电电流大小，分为时间率和电流率。放电时间率指在一定放电量上蓄电池放电至放电终止电压的时间长短。例如在25℃环境下，如果蓄电池以电流I_t放电至放电终止电压的时间为t，这一放电过程称为t小时率，放电I_t称为t小时率放电电流。IEC标准规定放电时间率有20、10、5、3、1、0.5小时率及分钟率。放电电流率是为了比较额定容量不同的蓄电池电流大小而设立的，t小时率放电电流以I_t表示，通常以10小时率电流为标准I₁₀表示。

（2）自由放电率　蓄电池不使用时仍然存在电量的减少现象，叫作自由放电。由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗，容量损失与搁置之前的容量之比，叫作蓄电池的自由放电率。

（3）放电终止电压　在25℃环境温度下以一定的放电率放电至能再反复充电使用的最低电压称为放电终止电压。

放电时，正极板上的PbO₂和负极板上的Pb，都与电解液中的H₂SO₄反应生成硫酸铅（PbSO₄），沉附在正、负极板上。电解液中的H₂SO₄不断减少，密度下降。

理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止，但由于生成的PbSO₄沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，在使用中被称为放完电蓄电池的活性物质利用率只有20%～30%。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。

（4）蓄电池放电终了的特征

①单格电池电压降到放电终止电压。

②电解液密度降到最小许可值。

放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低，见表2-3。

（5）蓄电池放电的注意事项

①每日反复充放电以供使用时，电池寿命将会因放电量的多少而受到影响。

②蓄电池的电解液密度几乎与放电量成比例。因此，根据蓄电池完全放电时的密度及10%放电时的密度，即可推算出蓄电池的放电量。测定铅蓄电池的电解液密度为得知放电量的最佳方式。因此，应定期地测定使用后的密度，以避免过度放电。测密度的同时，也测电解液的温度，以20℃所换算出的密度，切勿使其降到80%放电量的数值以下。

③内部阻抗会因放电量增加而加大，尤其放电终点时，阻抗最大，因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体——硫酸铅及电解液密度的下降，都导致内部阻抗增强，故放电后，务必马上充电，若任其持续放电状态，则硫酸铅形成稳定的白色结晶后（硫化现象），即使充电，极板的活性物质也无法恢复原状，而将缩短蓄电池的使用年限。

④当电池过度放电时，内部阻抗即显著增加，因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高，会提高充电完成时温度，因此，将放电终了时的温度控制在40℃以下为最理想。

3.铅蓄电池的充电

充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出，这一过程称为充电。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。

充电时，正、负极板上的PbSO₄还原成PbO₂和Pb，电解液中的H₂SO₄增多，密度上升。

当充电接近终了时，PbSO₄已基本还原成PbO₂和Pb，这时，过剩的充电电流将电解水，使正极板附近产生O₂从电解液中逸出，负极板附近产生H₂从电解液中逸出，电解液液面高度降低。因此，铅蓄电池需要定期补充蒸馏水。

铅蓄电池充足电的标志如下。

①电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态。

②电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在2～3h内保持不变。

4.铅蓄电池的型号

按JB 2599—85《铅酸蓄电池产品型号编制方法》标准规定，铅蓄电池的型号分为三部分。

第Ⅰ部分表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示，蓄电池的标准电压是该数字的2倍。第Ⅱ部分表示电池的类型和特征，用两个汉语拼音字母表示。第一个字母为“Q”表示启动型铅蓄电池；第二个字母表示电池的结构特征（如干荷电铅蓄电池用“A”表示；薄型极板用“B”表示；免维护蓄电池用“W”表示）。第Ⅲ部分表示额定容量，也称为蓄电池20h放电率容量，用阿拉伯数字表示，单位为A·h，单位略去不写；在其后用一个字母表示特殊性能，如高启动率用“G”表示，塑料槽用“S”表示，低温启动性好用“D”表示。如型号6-QA-60表示额定电压12V、额定容量60A·h的启动型干荷电铅蓄电池。铅蓄电池型号各部分的含义见表2-4。