认识蓄电池的工作原理及特性

任务三　认识蓄电池的工作原理及特性

任务描述

本任务的目的是让学生认识蓄电池的工作原理和汽车车用蓄电池的工作特性。教学现场应提供蓄电池实物及蓄电池示教仪器一台。

做一做

在老师的指导下对汽车蓄电池进行充、放电试验，观察整个过程中出现了什么现象？

任务实施

蓄电池充电系统示教板如图1-17所示。

一、蓄电池的工作原理及功能

1．蓄电池的工作原理

蓄电池的工作有两个过程，即充电和放电过程，这两个过程就是化学能与电能的相互转化过程。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，完成放电过程；当蓄电池与外界直流电源相联并将电能转化为化学能储存起来时，完成充电过程。蓄电池的工作原理如图1-18所示。

2．汽车蓄电池的功能

①汽车发动机起动时，向发动机和点火系统供电。

②当发电机不发电或者发电电压较低时，向用电设备供电。

图1-17　充电系统示教板图

图1-18　蓄电池工作原理图

③发电机过载时，协助发电机向用电设备供电。

④发动机正常运转时，发电机向蓄电池充电。

⑤蓄电池具有稳压作用，相当于一个大电容，可以吸收电路中的高压尖峰，从而保护电子元件不被击穿。

二、常用铅蓄电池的放、充电过程

1．铅蓄电池放电过程及特征

（1）铅蓄电池放电

当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间会产生约2.1 V的静止电动势，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换为电能的过程。

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。而采用薄型极板，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。

（2）蓄电池放电终止的特征

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1-5。

表1-5　放电终止电压与放电电流的大小的关系

2．铅蓄电池充电过程及特征

（1）铅蓄电池充电

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。

当充电接近终止时，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。

（2）蓄电池充足电的特征

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2～3 h内保持不变。

想一想

蓄电池放电终止和充电充足时为什么会有上述的特征？

三、蓄电池基本特性

蓄电池基本特性见表1-6。

表1-6　蓄电池基本特性及说明

四、任务评价表

自我测试

1．铅蓄电池在放电时，活性物质微粒逐渐_______、孔隙逐渐_______、电解液相对密度逐渐_______、蓄电池电动势逐渐_______、内阻逐渐_______。

2．严重硫化的电池在充电时，电解液相对密度不会_______，充电初期电解液就_______。

3．当内装式密度计指示器显示绿色时，表明蓄电池处于_______状态；显示淡黄色时，表明蓄电池_______；显示黑色时，表明蓄电池。