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铅酸蓄电池的工作原理 

1、铅酸蓄电池电动势的产生 

铅酸蓄电池充电后，正极板二氧化铅（PbO2），在硫酸溶液中水分子的作用下，少量二氧化铅与水生成可离解的不稳定物质--氢氧化铅（Pb(OH)4），氢氧根离子在溶液中，铅离子（Pb4）留在正极板上，故正极板上缺少电子。 

铅酸蓄电池充电后，负极板是铅（Pb），与电解液中的硫酸（H2SO4）发生反应，变成铅离子（Pb2），铅离子转移到电解液中，负极板上留下多余的两个电子（2e）。 

可见，在未接通外电路时（电池开路），由于化学作用，正极板上缺少电子，负极板上多余电子，如右图所示，两较板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。 

2、铅酸蓄电池放电过程的电化反应铅酸蓄电池放电时， 在蓄电池的电位差作用下，负极板上的电子经负载进入正极板形成电流I。同时在电池内部进行化学反应。 

负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子（Pb2）与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在较板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。 

正极板的铅离子（Pb4）得到来自负极的两个电子（2e）后，变成二价铅离子（Pb2），，与电解液中的硫酸根离子（SO4-2）反应，在较板上生成难溶的硫酸铅（PbSO4）。正极板水解出的氧离子（O-2）与电解液中的氢离子（H）反应，生成稳定物质水。 

电解液中存在的硫酸根离子和氢离子在电力场的作用下分别移向电池的正负极，在电池内部形成电流，整个回路形成，蓄电池向外持续放电。 

放电时H2SO4浓度不断下降，正负极上的硫酸铅（PbSO4）增加，电池内阻增大（硫酸铅不导电），电解液浓度下降，电池电动势降低。 

3、铅酸蓄电池充电过程的电化反应 

充电时，应在外接一直流电源（充电极或整流器），使正、负极板在放电后生成的物质恢复成原来的活性物质，并把外界的电能转变为化学能储存起来。 

在正极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于外电源不断从正极吸取电子，则正极板附近游离的二价铅离子（Pb2）不断放出两个电子来补充，变成四价铅离子（Pb4），并与水继续反应，较终在正极较板上生成二氧化铅（PbO2）。 

在负极板上，在外界电流的作用下，硫酸铅被离解为二价铅离子（Pb2）和硫酸根负离子（SO4-2），由于负极不断从外电源获得电子，则负极板附近游离的二价铅离子（Pb2）被中和为铅（Pb），并以绒状铅附着在负极板上。 

电解液中，正极不断产生游离的氢离子（H）和硫酸根离子（SO4-2），负极不断产生硫酸根离子（SO4-2），在电场的作用下，氢离子向负极移动，硫酸根离子向正极移动，形成电流。 

充电后期，在外电流的作用下，溶液中还会发生水的电解反应。 

4、铅酸蓄电池充放电后电解液的变化 

从上面可以看出，铅酸蓄电池放电时，电解液中的硫酸不断减少，水逐渐增多，溶液比重下降。 

从上面可以看出，铅酸蓄电池充电时，电解液中的硫酸不断增多，水逐渐减少，溶液比重上升。 

实际工作中，可以根据电解液比重的变化来判断铅酸蓄电池的充电程度

管今天铅酸蓄电池在结构设计与使用原材料方面比过去有了很大的改进，性能有了相当大的提高，许多设计和用料精良的免维护铅酸蓄电池浮充使用的理论寿命为15～20年以上，但真正能在使用中达到如此寿命的电池恐怕是少之又少。拿汽车与摩托车广泛使用的干荷电少维护起动用铅酸蓄电池来说，设计使用寿命为4～5年以上，通过调查发现，很少能达到以上水平，大部份几个月至一年就夭折了，究其原因，我们认为有以下几点：

1）充电设备的设计不够完善，使用也不方便。

2）铅酸蓄电池放电后得不到及时的补充充电，

特别是过放电对电池造成致命之伤。

3）少数厂家的产品质量低劣，以次充好。

以上原因，我们认为2）、3）从技术上讲是比较*预防和做好的，唯1）牵涉比较难以解决的技术问题，下面着重谈谈这方面存在的问题。

2蓄电池的充电技术要求

厂家提供的铅酸蓄电池保证使用寿命的技术指标是在环境温度为25℃下给出的。由于单体铅酸蓄电池电压具有温度每上升1℃下降约4mv的特性，那么一个由6个单体电池串联组成的12V蓄电池，25℃时的浮充电压为13.5V；当环境温度降为0℃时，浮充电压应为14.1V；当环境温度升至40℃时，浮充电压应为13.14V。同时铅酸蓄电池还有一个特性，当环境温度一定，充电电压比要求的电压高100mv，充电电流将增大数倍，因此，将导致电池的热失控和过充损坏。当充电电压比要求电压低100mv时，又将使电池充电不足，也会导致电池损坏。另外铅酸蓄电池的容量也和温度有关，大约是温度每降低1℃，容量将下降1％，所以厂家要求铅酸蓄电池的使用者在夏天电池放出额定容量的50％后，冬天放出25％后就应及时充电。

显然，日常使用中的铅酸蓄电池不可能长期处在25℃的环境中，一日中尚有早、中、晚的温差变化，更何况一年中还有春、夏、秋、冬四季更大的温差，因此目前市面上普遍使用的各种晶闸管整流型、变压器降压整流型、以及一般的开关稳压电源型的铅酸蓄电池充电器，以恒压或恒流方式对电池进行的充电，是无法达到铅酸蓄电池补充充电所需要满足的严格技术要求的。纵观过去所采用的这些对铅酸蓄电池充电的方法，以及根据这些方法开发的铅酸蓄电池充电器，我们不难看出，其技术是不够完善的，用这些产品给铅酸蓄电池充电，势必直接影响铅酸蓄电池的使用寿命，同时这些充电器还存在着工作电压适应范围窄、体积大、效率低、安全系数差等问题。

图1自然平衡充电原理简示图

3自然平衡充电器

针对以上铅酸蓄电池充电存在的普遍问题，长沙宇恒电子有限公司对铅酸蓄电池充电器进行了长时间的深入研究，以自己*特的方法和巧妙的设计，生产出新的充电器系列产品，解决了铅酸蓄电池充电存在的复杂技术问题，通过多年实验证实，大大提高了铅酸蓄电池的使用寿命。（该技术已申请专利）

现在简要介绍一下蓄电池充电新法——自然平衡充电法。 何为蓄电池充电的自然平衡法？请看图1所示蓄电池充电的连接简图。

图1中有二个电源EA、EB，当电源EA与电源EB处在同一环境温度下，正极和正极相连接，负极与负极相连接，在它们所形成的闭合电路中，存在着如下的关系，如果EA高出EB，EA将向EB提供EA－EB=ΔE的电压，同时将按ΔE的大小，提供一Δi电流向电源EB流通和灌注，当EB吸收EA提供的Δi电流，使EB上升到完全等于EA时（在蓄电池中表现为，蓄电池端电压的上升和电荷存储量的增加），电源EA将停止向电源EB提供电流，也就是EA=EB，ΔE=0，Δi=0。

在上面描述中，我们把EB换成被充电的蓄电池，算出在不同放电深度与环境温度下，蓄电池对应的电压。将EA精心设计成不同环境温度下，能按蓄电池充电平衡需要，自动调节输出电压和电流的电源，与之对应连接。完全理想化的情况下，电源EA能根据蓄电池在任一环境温度下，能够接受的电流，对电池进行充电，电池充足电后，ΔE=0，Δi=0，EA电源将不再消耗功率，此后，EA只随环境温度的变化，对被充蓄电池提供跟踪平衡补偿，由于蓄电池充电的整个过程完全是自动完成的，所以我们称之为自然平衡法。

此方法完全理想化的情况是：蓄电池在充足电后，EA与被充电的蓄电池EB之间的电压差ΔE=0，自然也就Δi=0，由于EA无功率供给蓄电池（EB），所以蓄电池电解液不可能产生沸腾，也不可能使蓄电池内电解液中的水分解，更不可能使蓄电池内的压力和温度升高，产生安全隐患。因此，该方法提供给蓄电池的是既不会使蓄电池过充电，也不会使蓄电池充电不足，而是更方便，更安全，更可靠的充电。

从上面的分析中，我们不难看出，该方法特别适合免维护与少维护铅酸蓄电池的维护性充电，更能适应那些间歇性放电使用的蓄电池日常维护充电，有利于提高蓄电池日常使用中的可靠性，提高蓄电池的使用寿命。

较后介绍一下按自然平衡充电法研制的一款适用于摩托车12V铅酸蓄电池用智能充电器的主要技术指标：

1）可充电池12V4～10Ah；

2）适应输入电源为交流100～240V，直流120～370V；

3）重量≤100g；体积60mm×35mm×30mm；

4）适用环境温度－10～45℃。

4结语

影响铅酸蓄电池使用寿命的原因不外乎两个方面：

1）铅酸蓄电池在环境温度变化时对其充电设备有苛刻要求。由于过去的充电设备在设计上的缺陷，因此影响了蓄电池的正常使用寿命。

2）铅酸蓄电池放电后，由于过去充电设备的使用不方便，致使用户不能及时给电池补充电，其造成的伤害是使电池的寿命大为缩短。