铅酸电池的超级秘密工作原理解释

铅酸电池的超级秘密工作原理解释

一个 12 伏的摩托车电池由一个包含六个电池的塑料外壳组成。每个电池由一组正极板和负极板组成，它们浸入称为电解质的稀硫酸溶液中，每个电池在充满电时的电压约为 2.1 伏。将六个电池连接在一起以产生约 12.6 伏的充满电的电池。

太好了，但是把铅板粘在硫酸里是怎么发电的呢？电池使用电化学反应将化学能转化为电能。我们来看一下。每个单元都包含类似于由铅锑或铅钙制成的微小方形网球拍的板。然后将一种称为“活性材料”的糊状物粘合到板上；负极板用海绵铅，正极板用二氧化铅。这种活性材料是在电池端子上放置电负载时与硫酸发生化学反应的地方。

这个怎么运作

让我先为那些不太注重细节的人介绍一下全局。基本上，当电池放电时，电解液中的硫酸正在耗尽，因此电解液更接近于水。同时，酸中的硫酸盐会覆盖板并减少可以发生化学反应的表面积。充电会逆转该过程，将硫酸盐驱回酸中。简而言之就是这样，但请继续阅读以获得更好的理解。如果你已经从房间里尖叫着拉着头发跑了，别担心。

电解质（硫酸和水）含有带电的硫酸根离子和氢离子。硫酸根离子带负电荷，氢离子带正电荷。当您打开负载（前灯、启动器等）时会发生以下情况。硫酸根离子移动到负极板并放弃其负电荷。剩余的硫酸盐与板上的活性物质结合形成硫酸铅。这会降低电解质的强度，并且板上的硫酸盐充当电绝缘体。多余的电子从电池的负极流出，通过电气设备，然后回到电池的正极。在正极电池端子处，电子冲回并被正极板接受。

在电解质中移动的离子是产生电流的原因，但随着电池放电，电解质中的离子数量减少，可用于接受它们的活性材料面积也减少，因为它被硫酸盐覆盖。请记住，化学反应发生在与极板结合的活性材料的孔隙中。

你们中的许多人可能已经注意到，用于启动无法启动的自行车的电池将很快达到甚至无法转动发动机的程度。但是，如果让该电池休息一段时间，它似乎会恢复生机。另一方面，如果您将开关置于“停车”位置过夜（仅点亮几盏小灯），电池将在早上完全没用，再多的休息也不会使其恢复。为什么是这样？由于电流是由极板表面的化学反应产生的，因此大电流会迅速将极板表面的电解质还原为水。电压和电流将降低到不足以操作启动器的水平。更多酸通过电解质扩散并到达极板表面需要时间。短暂的休息时间就可以做到这一点。当电流较小时（例如为尾灯供电），酸不会很快耗尽，并且扩散速率足以维持电压和电流。这很好，但是当电压最终下降时，不再有酸隐藏在电池的外围以迁移到板上。电解质主要是水，极板覆盖着一层硫酸铅绝缘层。现在需要充电。s 没有更多的酸隐藏在细胞的外围迁移到板上。电解质主要是水，极板覆盖着一层硫酸铅绝缘层。现在需要充电。s 没有更多的酸隐藏在细胞的外围迁移到板上。电解质主要是水，极板覆盖着一层硫酸铅绝缘层。现在需要充电。

自放电

铅酸电池的一个不太好的特性是即使不使用它们也会自行放电。一般的经验法则是每天百分之一的自放电率。该速率在高温下增加，在低温下降低。不要忘记，带有时钟、立体声音响和 CB 收音机的 Gold Wing 永远不会完全关闭。这些设备中的每一个都有一个“保持活动记忆”来保存您的无线电预设和时间，这些记忆消耗大约 20 毫安或 0.020 安培。这将在 80 华氏度下每天从您的电池中消耗大约半安培小时。如果自行车无人看管且无人骑车，则此抽奖与自放电率相结合，将使您的电池在两周内放电 50%。

电池充电时

充电是一个逆转电化学反应的过程。它将充电器的电能转化为化学能。请记住，电池不储存电力；它储存了发电所需的化学能。

电池充电器使电流反向，前提是充电器的电压高于电池。充电器在负极板上产生过多的电子，并且正氢离子被吸引到它们上。氢气与硫酸铅反应生成硫酸和铅，当大部分硫酸盐消失时，氢气从负极板上升。水中的氧气与正极板上的硫酸铅反应，再次变成二氧化铅，当反应快要完成时，氧气气泡从正极板上冒出。

很多人认为电池充满电后内阻很高，其实不然。如果你仔细想想，你会记得硫酸铅起到绝缘体的作用。极板上的硫酸盐越多，电池的内阻就越高。与电池接近完全充电时相比，已放电电池的更高电阻使其能够接受更高的充电速率而不会产生气体或过热。接近完全充电时，没有多少硫酸盐可以维持逆向化学反应。在不使电池过热或将电解质分解成氢气和氧气的情况下可以施加的充电电流水平被称为电池的“自然吸收率”。当充电电流超过这个自然吸收率时，就会发生过充电。电池可能会过热，电解液会起泡。实际上，即使在正确的充电水平下，一些充电电流也会作为热量被浪费掉，这种低效率导致需要将更多的安培小时数放回电池中，而不是取出。稍后再谈。

我的电池能用多久？

有很多事情会导致电池出现故障或大大缩短其寿命。其中之一是允许电池保持部分放电状态. 我们谈到了在放电过程中电池极板表面形成硫酸盐，而硫酸盐也是由于自放电而形成的。如果允许电解液液位下降到极板暴露的程度，硫酸盐也会迅速形成。如果让这种硫酸盐留在板上，晶体会变大并变硬，直到它们无法通过充电去除。因此，化学反应的可用表面积将永久减少。这种情况被称为“硫酸化”，它会永久降低电池的容量。20 安时的电池可能会像 16 安时（或更小）的电池一样开始工作，在负载下会迅速失去电压，并且在启动期间无法保持足够的电压来操作自行车的点火系统。当您将手指从启动按钮上移开之前发动机拒绝点火时，最后一种情况很明显。当您松开启动器时，电池电压会立即跳回足够的水平。由于发动机仍在短暂转动，现在通电的点火装置将点燃火花塞。在下一部分中，我们将确切地了解为什么由于硫酸盐化导致的内阻增加会导致输送到启动器的功率减少。

深度放电是另一个电池杀手。每次电池深度放电时，一些活性物质会从极板上掉落并落到电池壳底部。自然地，这会减少进行化学反应的物质。如果足够多的这种材料积聚在外壳底部，它将使极板短路并杀死电池。

过度充电是一个阴险的杀手；对于十美元的涓流充电器的无辜购买者来说，它的影响通常并不明显，因为他们将其长时间挂在电池上。无论电池充电状态如何， https: //www.batterystuff.com/battery-chargers/#mce_temp_url#都以恒定速率充电。如果该速率超过电池在完全充电时的自然吸收率，则电解液将开始分解并沸腾。许多骑手整个冬天都将自行车存放在涓流充电器上，但到了春天却发现电池几乎没电了。此外，由于充电往往会氧化正极板，因此持续的过度充电会腐蚀正极板或连接器，直到它们变弱并断裂。

充电不足是许多摩托车都存在的一种情况。您的电压调节器设置为将系统电压保持在 14 到 14.4 伏左右。如果你是那些在州际公路上骑行的人之一，你的电压表只显示 13.5 伏，因为你燃烧的灯比梅西百货的圣诞显示器还多，你应该知道，该电压足以维持充电电池，但不足以完全充电给一个耗尽的人充电。

请记住，我们说过，当所有或大部分硫酸铅转化回铅和二氧化铅时，就会发生放气。通常发生这种情况的电压，称为放气电压，通常略高于 14 伏。如果您的系统电压从来没有达到那么高，并且如果您没有通过连接到家里的充电器来进行补偿，那么硫酸盐就会开始积累和硬化，就像牙菌斑在您的嘴里一样。考虑一次彻底的偶尔充电，就像使用牙线和刷牙一样。如果你的牙齿卫生很差，你可以去看牙医，让他对那些难吃的东西刮擦。当你的电池达到那个阶段时，它就是窗帘！

什么类型的充电器，为什么

您的交流发电机和标准的汽车锥形充电器有很多共同点。他们寻求保持恒定电压。这是尝试用其中任何一个快速为深度放电的电池充电的问题。请记住，我们讨论过大电流消耗如何使电池看起来没电了。然后，随着酸在电池中扩散，极板表面的浓度会增加，从而使电池恢复活力。

以类似的方式，充电期间电池的电压会由于极板表面的酸浓度而增加。如果充电速率很大，电压会迅速上升。锥形充电器或车载稳压器会随着电压上升到 13.5 以上，使充电速率急剧下降，但电池的充电状态是否与电压相称？不！再一次，酸在整个细胞中扩散需要时间。

尽管电压可能很高，但电池外围的电解质仍然很弱，并且电池可能处于比电压所指示的低得多的充电状态。只有在降低的电流下长时间充电后，才能达到满容量。这就是为什么您不能在充电时通过测量电压来判断电池的充电状态。仅在让电池放置至少一个小时后进行测试。随着酸在整个细胞中扩散，电压将降低并稳定下来。

在过去的几年里，几家公司开发了充电器，可以快速为电量耗尽的电池充电，然后将电池保持在既不会使其产生气体也不会使其自放电的电压。这些有时被称为“智能充电器”或多级充电器。以下是它们的工作方式。

我们说过，电池在部分耗尽时可以接受比接近完全充电时更高的充电率。这些多级充电器通过以恒定电流或“批量充电”模式开始充电来利用这一事实。通常，它们提供的充电率介于 650 毫安和 1.5 安之间，具体取决于品牌和型号。这种大容量电荷保持不变（或应该保持不变），直到电池电压达到 13.5 伏，从而使电池能够在短时间内吸收大量电荷而不会损坏。然后充电器切换到恒定电压或“吸收”充电。

这里的想法是让电池以其自然吸收率吸收最后 15% 的电量，以防止过度放气或加热。最后，这些充电器切换到“浮动”模式，其中电池电压保持在足以防止其放电但不足以导致过度充电的水平。各家公司普遍不同意这个浮动电压应该是多少，但通常在 13.2 到 13.4 伏之间。实际上，浮动电压应在 90 华氏度时的 13.1 伏到 50 度时的 13.9 伏之间进行温度补偿。大多数用于大型 RV 电池的非常昂贵的高功率多级充电器都是温度补偿的，但据我所知，没有一个摩托车单元；他们使用折衷的浮动设置。

所以，我可以设置它并忘记它，对吧？嗯，不完全是。一方面，您需要偶尔监测电池的液位是否正确（除非您拥有密封电池）。另一个问题是使用电池的问题。即使保持在 13 伏，稳定的电压也会使电池最终开始硫酸化。对于这些设备中的大多数，我建议您在季节性存储期间至少每 60 天拔下一次充电器。让电池休息几天，然后重新插入充电器。

还在？

如果你还在读这篇文章，你就是一个真正的士兵。我意识到这个主题可能会令人困惑甚至无聊，但请振作起来；我对你很轻松。比这里显示的要多得多。这是“Battery's Greatest Hits”。我希望这足以让您感兴趣，而不会让您陷入信息过载的境地，也许，既然您知道有多少种方法可以缩短电池的寿命，您就会知道为什么没有人可以预测电池的使用寿命。许多认为自己非常照顾电池的骑手实际上是在善意地杀死他们。