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串联蓄电池组抽头供电问题的研究

作者:时间:2013-08-29来源:网络收藏

1.引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/174773.htm

应急指挥车装载多种类的设备,如短波、超短波、集群车台,这些负载多为12V供电。为了满足这类设备动中通的要求,设计人员有时会直接使用汽车的蓄电池给设备供电。如果原车蓄电池为单节12V电压,可直接取电;若原车由两节24V电池组提供启动电压,在工程实施过程中,一般采用中间抽头,取后节电池提供设备

2.实例简述

某机动指挥系统装载有常规的集群电台,机动车发动机启动电池为两节电池串联,电压为直流24V,设计人员为了实现车辆行进中的集群通信,对两节电池组中间抽头,采用了后节电池给集群电台提供。系统供电拓扑图如图1所示。

该机动车使用了一段时间后,汽车不能点火启动,经检查,前节电池开路电压12.6V,后节电池电压只有11V,使用过程中,汽车发动机是一直运转的,原车发电机对两节电池一直充电,为什么后节电池电压过低?为了查出原因,下面对铅酸蓄电池的充放电和极化过程进行深入分析。

3.铅酸蓄电池的结构简单介绍

铅酸蓄电池一般由六个单元格组成,每个单元格由阳极板、阴极板、隔板和稀硫酸电解液组成;单元格串联输出12.6V电压,耐酸、耐热、耐震的硬橡胶或塑料壳体作为电池的外结构。

极板以铅锑合金为骨架,涂一层松软的铅膏,化学处理后,阳极外层生成活性物质过氧化铅(PbO2),阴极外层生成活性物质铅(Pb)。隔板有玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板以及塑料维隔板,其作用使正负极板绝缘,而电解液中的带电离子可以自由通过。

4.铅酸蓄电池的放电过程

铅酸蓄电池放电是一个比较复杂的电化学反应过程。

阴极反应:阴极板外层的活性物质铅在稀硫酸中发生氧化作用。反应方程式如下:

由于反应时极板产生的2价铅,排斥溶液中的氢离子,阴极附近尽管有多余的氢离子,但不会从本极板上吸收电子,析出氢气;由于反应的产物不能从反应点移出,从而阻止了反应持续不断的进行,所以电池开路时,阴极反应是动态平衡的可逆反应。

阳极反应:在没有外电荷作用下,少量氧化铅与水发生作用,其过程也是动态平衡的可逆反应。反应方程式如下:

当电池开路时,阳极只有少量带正电的4价铅,同时附近的溶液中含有氢氧根离子,而阴极有多余的自由电子,两极板以及电解液形成双电层,产生电势差,如图2所示。蓄电池由六个单元格串联,于是形成了蓄电池开路电压,即蓄电池的电源电动势ES.

当用导线和负载将两极板连接时,在电场的作用下,阴极多余的自由电子向阳极定向移动,形成外部电流,阳极铅离子捕获2个自由电子,被还原后与硫酸反应生成难溶解的硫酸铅,可逆反应式-2的动态平衡被破坏,持续向正向进行。同时,阴极附近的氢离子与阳极附近的氢氧根离子相互吸引,形成内部电流,相互作用后生成水;由于阴极反应产物(多余的自由电子)消耗到阳极反应,可逆反应式-1动态平衡也被破坏,反应式-1将持续进行。反应方程式如下:

从反应式-4可知,随着放电反应继续发生,溶液中的硫酸分子将逐渐减少,当硫酸的浓度少到一定的程度后,极板被硫酸铅覆盖,蓄电池电动势降低,蓄电池需要充电。

5.铅酸蓄电池的充电和极化

5.1 充电过程

当外加充电器的电压大于蓄电池的开路电压时,两极板之间的电荷将会发生反方向移动,即在充电器的作用下,电子从阳极强制迁移到阴极;同时,溶液中的氢离子在充电器产生的电场力的作用下,压迫到阴极,参加阴极反应,可逆反应方程式将反方向持续进行,如图3所示。

阳极反应方程式:

充电反应总方程显示:随着充电反应持续深入进行,溶液中的硫酸浓度提高,蓄电池的电量变大。


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关键词: 电源 通信

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