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汽车铅酸蓄电池低温加热技术研究
来源:汽车电器  作者:佚名  2018-05-06 08:49:57



    摘要:本文针对蓄电池放电能力随蓄电池电解液温度的下降而降低,导致特种车辆在极低温环境下无法正常启动。本文以某型特种车铅酸蓄电池空气加热系统结构为例,通过分析极低温环境下蓄电池周围加热空气的内流场和温度场,评价采用循环加热蓄电池周围空气的方法对蓄电池的加热效果,并通过实验对蓄电池电解液的加热效果进行验证。实验结果表明,采用循环加热蓄电池周围空气的方法,可在规定的启动准备时间内,显著提高铅酸蓄电池电解液的温度,使蓄电池极低温环境下的放电能力增加1.4倍,提高了车辆极低温环境下启动成功的概率。

    随着电解液温度的降低,铅酸蓄电池放电能力会显著下降,影响着靠铅酸蓄电池启动特种车辆在-41℃低温环境下的正常启动。为解决特种车辆-41℃极低温环境启动时,蓄电池放电能力不足的问题,车辆通常加装蓄电池加热保温装置。通过加热发动机冷却液对蓄电池进行加热是曾经尝试过的方法之一。该方法通过热流管道加热蓄电池周围空气,再通过热空气将热量传递给蓄电池,加热效率低,且需要对蓄电池箱进行较大改动。采用循环加热蓄电池周围空气的方法,仅需对原有蓄电池箱做较小改动,加装方便,设计成本低。本文通过分析极低温环境下蓄电池周围加热空气的内流场和温度场,评价采用蓄电池空气加热的方法对蓄电池电解液的加热效果,并通过实验验证采用此法对蓄电池电解液的加热效果,为特种车辆的设计者提供设计参考。

    1 铅酸蓄电池物理结构及充放电过程
    1.1铅酸蓄电池的物理结构
    铅酸蓄电池是应用最广泛的汽车蓄电池,其内部物理结构见图1。铅酸蓄电池主要由排气栓、负极柱、电池盖、整体槽、正极板、隔板、负极板、汇流条和穿壁连接构成。正极板、负极板是蓄电池的基本部件,由它接受充入的电能和向外释放电能。正极板由活性物质二氧化铅和栅架组成,负极板由海绵状纯铅活性物质和栅架组成。为避免相互接触而短路,正负极板之间用绝缘的隔板隔开。为方便电解液自由渗透,隔板采用多孔性结构,由化学性能稳定,具有良好耐酸性和抗氧化性的非金属材料制成。正、负极板浸在电解液中。电解液一般是由相对密度1.84的纯硫酸和蒸馏水配制而成,密度一般在1.24~1.31 kg / cm3的范围之内。整体槽是极板、隔板和电解液的容器。

    1.2铅酸蓄电池的充放电过程
铅酸蓄电池充电、放电过程中,在正极板、负极板和电解液之间发生电化学反应,其化学反应方程式为

    蓄电池中参与化学反应的物质正极板上是PbO2,负极板上是Pb,电解液是硫酸水溶液。蓄电池放电时,正极板上的PbO2和负极板上的Pb均变为PbSO4水溶液,电解液中的H2SO4减少,相对密度下降。蓄电池充电时,则按相反的方向变化。
    当电解液温度下降时,电解液粘度增加,电解液渗入极板变得困难,从而活性物质的利用率下降,导致蓄电池充放电容量下降。同时,随着电解液粘度增加,内阻增加,内压降变大,蓄电池端电压下降,蓄电池充放电容量也相应下降。因此,当蓄电池电解液温度很低时,对蓄电池电解液进行加热保温,可改变这一现象,增加蓄电池低温环境下的充放电容量,提高铅酸蓄电池的充放电能力。

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