第1章蓄电池(3)
汽车电器（理论课）电子教案
编号课题第三节蓄电池的工作原理和工作特性课时
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教学目标1、掌握蓄电池的放电、充电。
2、理解蓄电池的工作特性。
教学重点1、掌握蓄电池的放电、充电。
2、理解蓄电池的工作特性。
教学
难点
掌握蓄电池的放电、充电。
教学课型新课
教具
器材
多媒体
教学组织与
过程1.电动势的建立
正、负极板浸入电解液后产生电动势。负极板：铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+ Pb-2e→Pb2+ 电子留在负极板上，使负极板具有负电位，为-0.1V。
正极板：PbO2溶于电解液PbO2+2H2O→Pb(OH)4 Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH- OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极板表面,使正极板有+2.0V 在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为：
E=2.0－(－0.1)=2.1V
2.蓄电池的放电
（1）概念
将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。
（2）化学反应
如果将蓄电池与外电路的负荷接通，电子e从负极板经过外电路的负荷流往正极板，使正极板的电位下降，从而破坏了原有
的平衡状态，发生电化学反应。
（3）结论
①电极间接用电器时，负极板电子转移到正极板，补充了正极板电子，使反应持续进行。
②生成的PbSO4分别附着在正负极板上。
③正负极板上的活性物质逐步转变为PbSO4而不断被消耗。
④电解液中的H2SO4不断地被消耗而变成水，电解液密度变小。因此，测量电解液密度可以检验蓄电池放电程度。
⑤从理论上说，蓄电池这种放电过程将会使极板上所有物质全部转变为硫酸铅，但实际转化的只有20-30%。因此，采用薄型、多孔性极板可提高容量。
3.蓄电池的充电
(1)概念：将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过程。它是放电反应的逆过程。充电时蓄电池的正负两极接通直流电源。
(2)化学反应
当电源电压高于蓄电池的电动势E时，电流由蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出，也就是电子由正极板经外电路流往负极板。这时正负极板发生的化学反应正好与放电过程相反。
(3)结论
在外界电场作用下，电解液中的H2O与负极PbSO4均被电离，Pb2+被负极吸引并从负极上得到充电电源送来的电子，还原成Pb 附着在负极板上，形成海绵状Pb，O2-被吸引在正极板周围，正极板上PbSO4电离出来的Pb2+在极板周围电场作用下失去两个电子变成Pb4+ ，与O2-结合成PbO2附着在正极板表面。SO42-与
H2O离解出的H+结合成H2SO4，留在电解液中。这样，正极板上PbSO4被逐步转变成PbO2，负极板上的PbSO4被逐步转变成海绵状Pb，生成的H2SO4使电解液密度增大，蓄电池恢复到放电前的状态。
4.蓄电池充放电过程结论
(1) 蓄电池在放电时，电解液中的硫酸将逐渐减少，而水将逐渐增多，电解液相对密度下降。
(2)蓄电池在充电时，电解液中的硫酸将逐渐增多，而水将逐渐减少，电解液相对密度增加。
(3)在充放电时，电解液浓度发生变化，主要是由于正极板的活性物质化学反应的结果，因此要求正极板处的电解液流动性要好。在装配蓄电池时，应将隔板有沟槽的一面对着正极板，以便电解液流通。
(4)充电后期，会因电解水产生气体，应注意排气畅通，以防爆炸。
二、蓄电池的工作特性
1.静止电动势及基本电特性
(1)静止电动势Ej：蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差称为静止电动势。
(2)开路电压：理论上，开路状态下的端电压并不等于蓄电池的电动势。但是，开路电压在数值上很接近蓄电池的静止电动势，可以用开路电压代替静止电动势。一般规定铅蓄电池的额定开路电压为2.0V。
(3)蓄电池端电压的测量
端电压包括开路电压、放电电压和充电电压，取决于蓄电池的工作状况。
1)开路电压：在发电机未正常工作时测量的蓄电池端电压为开路电压。一般为12V。
2)充电电压：在发电机正常工作时测量的蓄电池端电压为充电电压。一般为14V。
3)放电电压：起动发动机时测量的蓄电池端电压为放电电压。约为8-11V。实际测量时采用高率放电计模拟起动状态。
2、蓄电池的内阻
(1)组成
电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条与极柱接触电阻等。
(2)影响因素
1)放电程度
放电程度越高，PbSO4越多，极板电阻越大。
2)隔板电阻与材料
木质隔板多孔性差，其电阻比橡胶和塑料隔板电阻大。
3)联条电阻与联条形式：传统的外露式联条比内部穿壁式、跨越式联条电阻大。
4)电解液密度：电解液密度一般为1.2g/cm3时，电阻最小，过低（H+和SO42-少）或过高（粘度大）内阻均增加。
5)电液温度：温度低，粘度大，电解液电阻大。
(3)结论：铅酸蓄电池内阻一般很小，故可提供大电流，适于作起动电源。
2.放电特性
(1)概念
在恒流放电过程中，蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律。
(2)方法
将完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电，在放电过程中不断地调节外接的电位器，使放电电流保持稳定不变，每隔一定的时间，测量端电压和电解液密度，得到如图所示的放电特性曲线。
极化：在充电后期的化学反应中，电池两极间的电位差会高于两极活性物质的平衡电位（每单格为2.1V），这种现象称为“极化”。
1.欧姆极化：它是电流通过极板、隔板、电解液等所产生的电压降，随正负极板上参加化学反应的活性物质多少、电解液的相对密度、温度的高低而变化，且在充电结束后自动消失。
2.浓差极化：电解液中，离解的各种离子在电场作用下按自己遵循的方向向移动，在极板界面上参加反应而消耗。因离子的“电迁移”和“扩散”速度稍慢，在电液中形成浓度差，造成电极电位与平衡电极电位间的差值，称为浓差极化。充电电流大，极化明显，停充后，因离子扩散而消失。
3.电化学极化：充放电过程中，深层次的活性物质反应其反应速度比电子移动速度慢，形成电荷积累，阻碍化学反应，引起极板极化。
(3)单格电池电压变化规律
1）开始放电阶段：端电压由2.14V迅速下降至2.1V。极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。
2）相对稳定阶段:端电压缓慢下降至1.85V。极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。
3）迅速下降阶段:
端电压由1.85V迅速下降至1.75V，电解液密度达最小值ρ15℃=1.11g/cm3。放电接近终了时，电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下降。
4）蓄电池放电终了的特征
①终止电压：允许的放电终止电压与放电电流大小有关，放电电流越大，则放电时间越短，允许的放电终止电压越低。
②电解液密度ρ15℃=1.11g/cm3。
3.充电特性
(1)概念：在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。注意：充电电源必须采用直流电源，以一定的电流强度向一只完全放电的蓄电地进行充电。
(2)方法：保持充电电流不变，每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线，如图所示。
(3)单格电池电压变化规律
1）充电开始阶段：端电压迅速上升到2.1V。说明：开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端电压迅速上升。
2）稳定上升阶段：端电压缓慢上升至2.4V左右，并开始产生气泡。说明：孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。
3）充电末期：电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电。过充电电流主要用于电解水，应避免长时间过充电。切断电源后，单格电压迅速降至2.11V。
4)蓄电池充足电的标志
①端电压上升到最大值2.7V，并在2h-3h内不再增加。
②电解液相对密度上升到最大值1.27g/cm并在2h-3h内不再增加。
③蓄电池内产生大量气泡，停充1h后再接通充电电源时，蓄电池电解液会立刻沸腾。
教学方法教
法
任务驱动法
学
法
自学与辅导相结合
教学媒体及
辅件
多媒体、课件等
环节教师活动学生活动备注
任务准备
1.各部门检查出勤、仪表
2.召开工作例会（全体宣读口
号自我激励、部门经理代表发
言：上一任务的总结，对本次
任务的希望）
进行工作准备；
渐入工作角色
组织课堂，营
造管理的学习
情景；
任务引入复习提问
思考回答旧知
创设教学情境
温故：对前一
次课程内容的
引入新的任务
任务提出
二、导入新课
对学生就“什么是市场”、“市
场在哪里”
接收任务
任务研究教师带领学生分析总任务；
启发学生
学生以小组为单
位讨论任务的实
施方法
头脑风暴、各
抒己见、明确
分工
方案交流组织各小组介绍各自的任务完成方
法
各小组说明自己
完成任务的方法
使各组可以取
长补短
任务实施巡视、帮助、启发、调协 1.以小组为单
位，根据组内任
务分配，各自完
成自己的任务；
2.组内交流，汇
聚成果
3.准备交流材料
做中学，做中
教，教师巡视
指导协调
任务交流组织学生将各自的任务结果向全体
同学展示交流
各组分别就自己
的成果向全班同
学呈现解说
各组展示成
果，组间互动
任务评价组织学生对本次任务的完成过程进
行评价
分别对自己、对
小组、对他人进
行评价
自评、互评、
师评，肯定成
绩，指出不足
取长补短，共
同进步
课业总结1、对学生实施任务的整个过程的评
价；
2.对用到的知识的总结
学生根据自己完
成任务的过程对
所用到知识进行
整理
各部门填写相
应的评价记载
表格；