電瓶構造

所謂蓄電池即是貯存化學(xué)能量，于必要時(shí)放出電能的一種電氣化學(xué)設備。
構成鉛蓄電池之主要成份如下：

陽(yáng)極板(過(guò)氧化鉛.PbO2)---> 活性物質(zhì)
陰極板(海綿狀鉛.Pb) ---> 活性物質(zhì)
電解液(稀硫酸) ---> 硫酸(H2SO4) + 水(H2O)
電池外殼
隔離板
其它(液口栓.蓋子等)

一、鉛蓄電池之原理與動(dòng)作

鉛蓄電池內的陽(yáng)極(PbO2)及陰極(Pb)浸到電解液(稀硫酸)中，兩極間會(huì )產(chǎn)生2V的電力，這是根據鉛蓄電池原理，經(jīng)由充放電，則陰陽(yáng)極及電解液即會(huì )發(fā)生如下的變化：

(陽(yáng)極) (電解液) (陰極)
PbO2 + 2H2SO4 + Pb ---> PbSO4 + 2H2O + PbSO4 (放電反應)
(過(guò)氧化鉛) (硫酸) (海綿狀鉛)


(陽(yáng)極) (電解液) (陰極)
PbSO4 + 2H2O + PbSO4 ---> PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充電反應)
(硫酸鉛) (水) (硫酸鉛)

1. 放電中的化學(xué)變化
蓄電池連接外部電路放電時(shí)，稀硫酸即會(huì )與陰、陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)產(chǎn)生反應,生成新化合物『硫酸鉛』。經(jīng)由放電硫酸成分從電解液中釋出，放電愈久，硫酸濃度愈稀薄。所消耗之成份與放電量成比例，只要測得電解液中的硫酸濃度，亦即測其比重，即可得知放電量或殘余電量。

2. 充電中的化學(xué)變化
由于放電時(shí)在陽(yáng)極板，陰極板上所產(chǎn)生的硫酸鉛會(huì )在充電時(shí)被分解還原成硫酸,鉛及過(guò)氧化鉛,因此電池內電解液的濃度逐漸增加, 亦即電解液之比重上升，并逐漸回復到放電前的濃度，這種變化顯示出蓄電池中的活性物質(zhì)已還原到可以再度供電的狀態(tài)，當兩極的硫酸鉛被還原成原來(lái)的活性物質(zhì)時(shí)，即等于充電結束，而陰極板就產(chǎn)生氫，陽(yáng)極板則產(chǎn)生氧，充電到最后階段時(shí)，電流幾乎都用在水的電解，因而電解液會(huì )減少，此時(shí)應以純水補充之。


二、電動(dòng)車(chē)用蓄電池的構造

電動(dòng)車(chē)用蓄電池,必須具備以下條件:
◎ 高性能
◎ 耐震.耐沖擊
◎ 壽命長(cháng)
◎ 保養容易
由于玻璃纖維管式鉛蓄電池是累積多次實(shí)驗結果而制成，故具有多項優(yōu)點(diǎn)。

1.極板
根據蓄電池容量選擇適當規格極板及數量組合而成。于充放電時(shí),兩極活性物質(zhì)隨著(zhù)體積的變化而反復膨脹與收縮。兩極活性物質(zhì)中，陰極板之海綿狀鉛的結合力較強，而陽(yáng)極板之過(guò)氧化鉛的結合力弱，因而在充放電之際，會(huì )徐徐脫落，此即為鉛蓄電池壽命受到限制的原因。期使蓄電池使用期限延長(cháng)，能耐震并耐沖擊，則陽(yáng)極板的改良即成當急要務(wù)。

玻璃纖維管式的陽(yáng)極板: 此乃以玻璃纖維制的軟管接在鉛合金制的櫛狀格子(蕊金)上，在軟管和蕊金間充填鉛粉之后，將軟管密封，使其發(fā)生變化，產(chǎn)生活性化物質(zhì)，由于活性化物質(zhì)不會(huì )脫落，與電解液接觸亦良好,是一種非常好的極板材料。使用具有這種極板的蓄電池是電動(dòng)車(chē)唯一的選擇。編織式軟管乃以9microm(μ)的玻璃纖維編成管袋狀，彈性好，可耐膨脹或收縮，而且對電解液的滲透度也非常良好，此軟管乃是最佳產(chǎn)品，長(cháng)久以來(lái)，實(shí)用績(jì)效良好.

糊狀式極板: 就是將稀硫酸煉制之糊狀鉛粉涂覆在鉛合金制的格子上，俟其 干燥后所形成之活性物質(zhì)。這種方式一直被采用在鉛蓄電池的陰極板上，同時(shí)亦使用在汽車(chē)，小貨車(chē)的蓄電池陽(yáng)極板上。


2.隔離板
能防止陰、陽(yáng)極板間產(chǎn)生短路，但不會(huì )妨礙兩極間離子的流通。而且經(jīng)長(cháng)時(shí)間使用，也不會(huì )劣化，或釋放雜質(zhì)。鉛蓄電池一般都使用膠質(zhì)隔離板。

3.電池外殼
耐酸性強，兼具機械性強度。電動(dòng)車(chē)用的蓄電池外殼乃使用材質(zhì)強韌之合成樹(shù)脂經(jīng)特殊處理制成，其機械性強度特別強，上蓋亦使用相同材質(zhì)，以熱熔接著(zhù)。

4.電解液
電解液比重以20℃的值為標準，電動(dòng)車(chē)用的蓄電池完全充電時(shí)之電解液標準比重為1.280。

5.液口栓
液口栓的功能為排出充電時(shí)所產(chǎn)生的氣體及補充純水，測定比重。

三、蓄電池的容量

電動(dòng)車(chē)用蓄電池的容量以下列條件表示之：
◎ 電解液比值 1.280/20℃
◎ 放電電流 5小時(shí)的電流
◎ 放電終止電壓 1.70V/Cell
◎ 放電中的電解液溫度 30±2℃


1.放電中電壓下降 放電中端子電壓比放電前之無(wú)負載電壓（開(kāi)路電壓）低，理由如下：
(1)V=E-I.R
V：端子電壓(V) I：放電電流(A)
E：開(kāi)路電壓(V) R：內部阻抗(Ω)
(2)放電時(shí)，電解液比重下降，電壓也降低。
(3)放電時(shí)，電池內部阻抗即隨之增強，完全充電時(shí)若為1倍，則當完全放電時(shí)，即會(huì )增強2～3倍。
用于起重時(shí)之電瓶電壓之所以比用于行走時(shí)的電壓低，乃是由于起重用之油壓馬達比行走用之驅動(dòng)馬達功率大，因此放電流大，則上式的I.R亦變大。

2.蓄電池之容量表示
在容量試驗中，放電率與容量的關(guān)系如下：
5HR….1.7V/cell
3HR….1.65V/cell
1HR….1.55V/cell
嚴禁到達上述電壓時(shí)還繼續繼續放電，放電愈深，電瓶?jì)葴貢?huì )升高,則活性物質(zhì)劣化愈嚴重，進(jìn)而縮短蓄電池壽命。
因此，堆高機無(wú)負重揚升時(shí)的電池電壓若已達1.75v/cell(24cell的42v,12cell的21v)，則應停止使用，馬上充電。

3.蓄電池溫度與容量
當蓄電池溫度降低，則其容量亦會(huì )因以下理由而顯著(zhù)減少。
(A)電解液不易擴散，兩極活性物質(zhì)的化學(xué)反應速率變慢。
(B)電解液之阻抗增加，電瓶電壓下降,蓄電池的5HR容量會(huì )隨蓄電池溫度下降而減少。
因此:
(1)冬季比夏季的使用時(shí)間短。
(2)特別是使用于冷凍庫的蓄電池由于放電量大，而使一天的實(shí)際使用時(shí)間顯著(zhù)減短。
若欲延長(cháng)使用時(shí)間，則在冬季或是進(jìn)入冷凍庫前，應先提高其溫度。

4.放電量與壽命
每日反復充放電以供使用時(shí)，則電池壽命將會(huì )因放電量的深淺，而受到影響。

5.放電量與比重
蓄電池之電解液比重幾乎與放電量成比例。因此，根據蓄電池完全放電時(shí)的比重及10%放電時(shí)的比重，即可推算出蓄電池的放電量。
測定鉛蓄電池之電解液比重為得知放電量的最佳方式。因此，定期性的測定使用后的比重，以避免過(guò)度放電，測比重的同時(shí)，亦側電解液的溫度，以20度C所換算出的比重，切勿使其降到80%放電量的數值以下。

6.放電狀態(tài)與內部阻抗
內部阻抗會(huì )因放電量增加而加大，尤其放電終點(diǎn)時(shí)，阻抗最大，主因為放電的進(jìn)行使得極板內產(chǎn)生電流的不良導體—硫酸鉛及電解液比重的下降，都導致內部阻抗增強，故放電后，務(wù)必馬上充電，若任其持續放電狀態(tài)，則硫酸鉛形成安定的白色結晶后(此即文獻上所說(shuō)的硫化現象),即使充電,極板的活性物資亦無(wú)法恢復原狀,而將縮短電瓶的使用年限。
★白色硫酸鉛化
蓄電池放電，則陰、陽(yáng)極板同時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛(PbS04)，若任其持續放電，不予充電，則最后會(huì )形成安定的白色硫酸鉛結晶(即使再充電，亦難再恢復原來(lái)的活性物質(zhì))此狀態(tài)稱(chēng)為白色硫化現象。

7.放電中的溫度
當電池過(guò)度放電，內部阻抗即顯著(zhù)增加，因此蓄電池溫度也會(huì )上升。放電時(shí)的溫度高，會(huì )提高充電完成時(shí)溫度，因此，將放電終了時(shí)的溫度控制在40℃以下為最理想。

四、充電的管理

1.蓄電池的充電特性
蓄電池充電的端子電壓如下式表示
V= E+I.R，在此
E=電瓶電壓(V) I=充電電流(A) R=內部阻抗(Ω)

2.蓄電池溫度與壽命
蓄電池溫度（電解液溫度）升高，則陰陽(yáng)極板上的活性物質(zhì)即會(huì )劣化，并腐蝕陽(yáng)極格子，而縮短電池壽命，相對的，電池溫度太低時(shí)，會(huì )使電池蓄電容量減少，容易過(guò)度放電，進(jìn)而使電池壽命縮短。此種關(guān)系也會(huì )因電池型式，極板材質(zhì)而有變化。故應遵守下列之使用條件：
通常蓄電池之電解液溫度應維持在15~55℃為理想使用狀態(tài)，不得已的情況下,也不可超過(guò)放電時(shí)-15~55℃,充電時(shí)0~60℃的范圍。實(shí)際使用時(shí)，由于充電時(shí)溫度會(huì )上升，因此，放電終了時(shí)之電解液溫度以維持在40℃以下為最理想。

3.充電量與壽命
蓄電池所須之充電量為放電量的110~120%.放電量與蓄電池壽命具密切關(guān)系,假設充電量為放電量120%時(shí)的電池，使用壽命為1200回（4年），則當電池的充電量達放電量之150%時(shí)，則可推算該電池的壽命為：
1200回×120/150=960回(3·2年)
又，此150%的充電,迫使水被分解產(chǎn)生氣體，電解液遽減，將使充電終點(diǎn)的溫度上升,結果溫度上升造成耐用年限縮短。此外，充電不足即又重復放電使用，則會(huì )嚴重影響電池壽命。
◎ 堆高機舉重時(shí)，若電池溫度保持在10~40℃之間，其充電量亦維持在110~120%者，最能延長(cháng)電池壽命，此時(shí)充電完成之比重，其20℃換算值約為1·28。

4.氣體的產(chǎn)生與通風(fēng)換氣
充電中產(chǎn)生的氣體為氧與氫的混合氣，氫氣具爆炸性，若空氣中氫氣達3.8%以上，且又近火源，則會(huì )發(fā)生爆炸。充電場(chǎng)所必須通風(fēng)良好，注意遠離火源，避免觸電。

五、電解液之管理

1.比重測定
測量比重時(shí)，須使用吸取式比重計將電解液緩緩吸入外筒，從浮標之刻度即可測知比重。
鉛蓄電池之電解液比重會(huì )隨溫度改變而變化，電解液比重乃以攝氏20度時(shí)的比重為標準，因此比重計上的讀數，必須換算為攝氏20度時(shí)之標準比重。當溫度變化攝氏一度時(shí)，則比重即變化0.0007，因此，在測量比重的同時(shí)，必須測量溫度，測溫時(shí)，請使用棒狀酒精溫度計。
該溫度t℃時(shí)所測之比重為St，則以下式換算標準溫度20℃時(shí)之比重S20

S20=St+0.0007(t-20)
S20…為換算成20℃時(shí)的比重
St….為t℃時(shí)所測之比重
t…..為測得電解液之實(shí)際攝氏溫度
例如：20℃時(shí)比重為1.280者，在10℃時(shí)變成1.287;30℃時(shí)，變成1.273

2.純水之補充
重復放電時(shí)，電解液面會(huì )緩緩下降，因此定期檢視電解液液位，隨時(shí)補充純水，以維持適當之液位，若因忽略補水，而露出極板，則會(huì )傷害極板。蓄電池用純水的標準按日本蓄電池工業(yè)會(huì )SBA4001的規定如下：

項目 單位 規格
濁度 - 無(wú)色透明
液性 - 中性
導電度 μυ/cm 10以下
氯 ％ 0.0001以下
鐵(Fe) ％ 0.0001以下
硫酸根(SO4) ％ 0.0001以下
強熱殘分 ％ 0.001以下
其它 ％ 0.005以下

3.電解液中的不純物與電池壽命
電解液中若含有硝酸、鹽酸、亞硫酸、鹽素、有機物等，則會(huì )腐蝕極板，加速縮短電池壽命，同時(shí)也會(huì )加速自我放電，此外，銅、鎳、鐵、錳亦會(huì )傷害電池導致自我放電量增加。
蓄電池補充液位時(shí)，一定要使用純水，用水沖洗電瓶時(shí)，一定要將電池帽蓋緊以避免沖洗用水流入電瓶?jì)取?

4.補水過(guò)多所造成的弊端
補水時(shí)若超過(guò)最高液面（參照第4-1）則充電時(shí)就會(huì )發(fā)生滿(mǎn)溢，而使稀硫酸成份流失，腐蝕電瓶箱,電解液比重偏低造成蓄電容量不足等。

六、其它

1.自我放電


蓄電池當其內部發(fā)生純化學(xué)反應，或因不純物污染造成電化學(xué)反?

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