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铅酸动力电池的基本结构及工作原理分析
目前，常用的主要为阀控式密封铅酸电池(VRLA)和水平式密封铅酸电池。阀控式密封铅酸电池是国际先进铅酸电池开发联合体(Advanced&Lead.&Acid&Battery&Consortium，ALABC)推荐和大力开发的电池，在邮电通信部门和风能、太阳能储能系统中仍然处于统治地位，而且已广泛应用于各种电动助力车，我国目前的电动自行车中超过90%的电池为阀控式密封铅酸电池。
阀控式密封铅酸电池的基本结构
阀控式密封铅酸电池的基本结构如图所示。它由正负极板、隔板、电解液、安全阀、溢气阀、外壳等部分组成。正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质为海绵状纯铅(Pb)。电解液由蒸馏水和纯硫酸(H2SO4)按一定比例配制而成。铅酸电池电化学反应式为：
Pb + Pb02 + 2H2S04 = 2PbS04&+ 2H20&
放电时，铅和二氧化铅都与电解液反应生成硫酸铅。充电时，反应过程相反。参加电化学反应的电解液即硫酸浓度随电池荷电状态的变化而变化。实际上，铅酸电池的开路电压，即电动势仅与硫酸浓度有关，而与电池中的铅、二氧化铅以及硫酸铅的量无关。铅酸电池的开路电压与硫酸浓度存在着密切关系，因此即使以很低的放电率放电时放电电压也难于保持为常数。另外，铅酸电池开路电压也受环境温度的影响。
铅酸电池单体的额定电压为2V。以中等放电率放电时截至电压取为1.75V，以极高放电率放电时截至电压可取为1.0V。充电时，充电电流应作适当的控制以维持电池充电电压低于冒气电压(约为2.4V)，否则就会出现过充电反应，电解水生成氢气和氧气，使电解液失去水分。
由于阀控式密封铅酸电池采用了一种特殊的微孔隔板，使得电池负极析出的氧气能够到达电池正极与氢气反应生成水，实现了免维护。而且，凝胶电解液的不移动性和吸附式超细玻璃纤维毡隔板的使用，使得电池可以以不同的安装位置工作而不会出现漏液现象。
目前电动汽车阀控式密封铅酸电池的比能量已超过40W·h/kg，能量密度超过80W·h/L，并且可实现快速充电，主要生产厂家有Electrosource、GS、Hawker、Johnson&Controls、Panasonic、Sonnenschein、Trojan和YUASA等多家公司。
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铅酸电池内部结构与工作原理详细介绍
&&& &电池是将化学能或物理能直接变成电能的储能装置，。可分为化学电源和物理电源两大类。化学电源包括一次电池和二次电池（即蓄电池）两类，前者只能一次性使用，如手电筒用的锌锰电池；后者可反复 充放电多次使用，如铅酸蓄电池，镉镍电池，氢镍电池等。随世界工业的迅速发展和电子计算机化，备用电源的需求日益扩大，相应推动了电池工业的迅猛发展。在众多电池种类中，迄今技术最成熟，应用最广泛的毫无争议应是铅酸蓄电池，尤其是七十年代以来密封铅酸电池的研制成功，其应用领域更加广泛，成为许多行业用户首选电池。现代密封铅酸蓄电池具有完全密封，无需补加水维护，体积小，比能量高不腐蚀设备及不污染环境，安全可靠等优点。
&密 封 铅 酸 电 池 结 构 及 工 作 原 理
& UNION电池由正负极板，AGM隔膜，电解液，电池壳和盖，安全阀等组成。参见示意图：
1）TERMINAL
3）TOP COVER
4）VENT CAP
6）NEGATIVE PLATE &&&&&
8）POSITIVE PLATE
9）CONTAINER
&工 作 原 理
&& 铅 酸 电 池 的 电 极 反 应 式 为：
&（＋） PbO2 + 3H+ + HSO4- + 2e ≒ PbSO4 + 2H2O
（a) 充 电
&& 电池充电时正极由硫酸铅(PbSO4)转化成棕色二氧化铅（PbO2），负极则由PbSO4转变为灰色铅Pb。随充电过程进行，正极电位逐渐升高，负极电位降低。在充电末期，会发生水的电解反应，正极开始产生氧气，负极则由于活性物质过量且加入析氢电位高的金属（如钙，镉）而不会产生氢气。正极产生的氧气透过隔膜传递到负极，与负极铅化合成氧化铅，氧化铅与硫酸化合 生成水，即水可以循环利用，因此在使用过程中不需加水维 护，从而实现电池密封。密封铅蓄电池要求必须恒压充电，就是为了保证充电末期仅有少量氧气产生，以便能及时传递到 负极重新化合，避免水的损失；相反，如果充电电压过高，会有大量氧气产生，因氧气来不及化合使内压急剧增加，最后冲开安全阀释放出来，造成水的损失，严重影响电池寿命。
&() Pb + HSO4 - ≒ PbSO4 + H+ +2e
&电池放电时，正极由二氧化铅转变为硫酸铅，负极由海绵状铅变为硫酸铅。放电过程中电池电压逐渐下降，硫酸浓度不断降低。在放电末期，由于正负极生成的不良导电体硫酸铅逐渐积累使电极欧姆电阻迅速增大，同时硫酸浓度下降后氢离子扩散缓慢，导致电池电压下降很快，此时应终止放电，否则出现过放电。电池过放电的害处是部分硫酸铅再充电时不能正常转化和恢复，下次放电时电池容量降低。多次过放电会造成电池容量迅速衰减，使用寿命显著缩短。
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摘要：随着全球能源日趋紧张，太阳能成为新型能源得到了大力的开发，其中我们在生活中使用最多的就是太阳能电池了。太阳能电池是以半导体材料为主，利用光电材料吸收光能后发生光电转换，使它产生电流，那么太阳能电池的工作原理是怎么样的呢？
太阳能电池的工作原理 太阳能电池的构造介绍
以前，从电的角度来看，我们所用的硅都是中性的。多余的电子被磷中多余的质子所中和。缺失电子（空穴）由硼中缺失质子所中和。当空穴和电子在N型硅和P型硅的交界处混合时，中性就被破坏了。所有自由电子会填充所有空穴吗？不会。如果是这样，那么整个准备工作就没有什么意义了。不过，在交界处，它们确实会混合形成一道屏障，使得N侧的电子越来越难以抵达P侧。最终会达到平衡状态，这样我们就有了一个将两侧分开的电场。
这个电场相当于一个二极管，允许（甚至推动）电子从P侧流向N侧，而不是相反。它就像一座山——电子可以轻松地滑下山头（到达N侧），却不能向上攀升（到达P侧）。
这样，我们就得到了一个作用相当于二极管的电场，其中的电子只能向一个方向运动。让我们来看一下在太阳光照射电池时会发生什么。
当光以光子的形式撞击太阳能电池时，其能量会使电子空穴对释放出来。
每个携带足够能量的光子通常会正好释放一个电子，从而产生一个自由的空穴。如果这发生在离电场足够近的位置，或者自由电子和自由空穴正好在它的影响范围之内，则电场会将电子送到N侧，将空穴送到P侧。这会导致电中性进一步被破坏，如果我们提供一个外部电流通路，则电子会经过该通路，流向它们的原始侧（P侧），在那里与电场发送的空穴合并，并在流动的过程中做功。电子流动提供电流，电池的电场产生电压。有了电流和电压，我们就有了功率，它是二者的乘积。
我们的光伏电池可以吸收多少太阳光的能量？遗憾的是，此处介绍的简易电池对太阳光能量的吸收率至多为25%左右，通常的吸收率是15%或更低。为什么吸收率会这么低？
可见光只是电磁频谱的一部分。电磁辐射不是单频的——它由一系列不同波长（进而产生的一系列能级）组成。（有关电磁频谱的详细介绍，请参阅狭义相对论基本原理。）
光可分为不同波长，我们可以通过彩虹看出这一点。由于射到电池的光的光子能量范围很广，因此有些光子没有足够的能量来形成电子空穴对。它们只是穿过电池，就像电池是透明的一样。但其他一些光子的能量却很强。只有达到一定的能量 -- 单位为电子伏特（eV），由电池材料（对于晶体硅，约为1.1eV）决定——才能使电子逸出。我们将这个能量值称为材料的带隙能量。如果光子的能量比所需的能量多，则多余的能量会损失掉（除非光子的能量是所需能量的两倍，并且可以创建多组电子空穴对，但这种效应并不重要）。仅这两种效应就会造成电池中70%左右的辐射能损失。
为何我们不选择一种带隙很低的材料，以便利用更多的光子？遗憾的是，带隙还决定了电场强度（电压），如果带隙过低，那么在增大电流（通过吸收更多电子）的同时，也会损失一定的电压。请记住，功率是电压和电流的乘积。最优带隙能量必须能平衡这两种效应，对于由单一材料制成的电池，这个值约为1.4电子伏特。
我们还有其他能量损失。电子必须通过外部电路从电池的一侧流到另一侧。我们可以在电池底部镀上一层金属，以保证良好的导电性。但如果我们将电池顶部完全镀上金属，光子将无法穿过不透光导体，这样就会丧失所有电流（在某些电池中，只有上表面而非所有位置使用了透明导体）。如果我们只在电池的两侧设置触点，则电子需要经过很长一段距离（对于电子而言）才能抵达接触点。要知道，硅是半导体，它传输电流的性能没有金属那么好。它的内部电阻（称为串联电阻）相当高，而高电阻意味着高损耗。为了最大限度地降低这些损耗，电池上覆有金属接触网，它可缩短电子移动的距离，同时只覆盖电池表面的一小部分。即使是这样，有些光子也会被网格阻止，网格不能太小，否则它自身的电阻就会过高。
在实际使用电池之前，还要执行其他几个步骤。硅是一种有光泽的材料，这意味着它的反射性能很好。被反射的光子不能被电池利用。出于这个原因，在电池顶部采用抗反射涂层，可将反射损失降低到5%以下。
最后一步是安装玻璃盖板，用来将电池与元件分开，以保护电池。光伏模块由多块电池（通常是36块）串联和并联而成，以提供可用的电压和电流等级，这些电池放在一个坚固的框架中，后部分别引出正极端子和负极端子，并用玻璃盖板封上。
单晶硅并非光伏电池中使用的唯一材料。电池材料中还采用了多晶硅，尽管这样生产出来的电池不如单晶硅电池的效率高，但可以降低成本。此外，还采用了没有晶体结构的非晶硅，这样做同样是为了降低成本。使用的其他材料还包括砷化镓、硒化铟铜和碲化镉。由于不同材料的带隙不同，因此它们似乎针对不同的波长或不同能量的光子进行了“调谐”。一种提高效率的方法是使用两层或者多层具有不同带隙的不同材料。带隙较高的材料放在表面，吸收较高能量的光子；而带隙较低的材料放在下方，吸收较低能量的光子。这项技术可大大提高效率。这样的电池称为多接面电池，它们可以有多个电场。
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第 2 章蓄电池
学习目标A u t o m o b i l e
E l e c t r i c s了解蓄电池的分类与功用。掌握铅蓄电池的结构组成及选用。了解蓄电池的容量概念及影响因素。了解铅蓄电池的常见故障。掌握铅蓄电池的正确维护与检测方法。 第 2 章蓄电池
蓄电池的分类 A u t o m o b i l e
E l e c t r i c s
蓄电池是一种化学电源,靠其内部的化学反应来储存电能或向
用电设备供电。目前燃油汽车上使用的蓄电池主要有两大类:铅酸
蓄电池(以下简称铅蓄电池)和镍碱蓄电池。同时,由于人们对燃
油汽车排放要求的提高和能源危机的冲击,各国正在不断探索和研
制电动汽车,其主要的动力源为新型高能蓄电池。下表列出了各种
蓄电池特点。
类 型 优 点 缺 点 适 用 车 辆
铅酸蓄 结构简单;价格便宜;内阻 比容量小;使用 一般车辆
电池 小;电压稳定;可以短时间 寿命相对较短
供给起动机强大的起动电流
镍碱蓄 容量大;使用寿命长;维护 活性物质导电性 使用时间长、可
电池 简单;能承受大电流放电而 差;价格较高 靠性高的车辆
电动车 比容量大;无污染;充、放 结构复杂;成本 电动汽车
蓄电池 电性能好;使用寿命长 高第 2 章蓄电池
蓄电池的分类A u t o m o b i l e
E l e c t r i c s
铅蓄电池由于结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起
动机强大的起动电流而被广泛采用。铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电
池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种铅蓄
电池的特点见下表。
类 型 特 点
普通铅 新蓄电池的极板不带电,使用前需按规定加注电解液并进行初充
蓄电池 电,初充电的时间较长,使用中需要定期维护。
干荷电 新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态,电池内部无电解液。在规
铅蓄电 定的保
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电动汽车的主要结构和工作原理
来源：互联网&&
更新时间： 10:56:06
&&& 电动汽车的组成包括：电力驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统、完成既定任务的工作装置等。电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电力驱动及控制系统由驱动电动机、和电动gesep机的调速控制装置等组成。电动汽车的其他装置基本与内燃机汽车相同。
　　为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前，电动汽车上应用最广泛的电源是，但随着电动汽车技术的发展，由全球节能环保网于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电gesep全球节能环保网池所取代。正在发展的电源主要有钠硫电池、镍镉电池、、、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。
　　2. 驱动电动机
　　驱动电动机的作用是将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。目前电动汽车上广泛采用直流串激电动机，这种电机具有&软&的机械特性，与汽车的行驶特性非常相符。但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，随着电机技术和电机控制技术的发展，势必逐渐被直流无刷电动机（BCDM）、开关磁阻电动机（SRM）和交流异步电动机所取代。
　　3. 电动机调速控制装置
　　电动机调速控制装置是为电动汽车的变速和方向变换等设置的，其作用是控制电节能环保动机的电压或电流，完成电动机的驱动转矩和旋转方向的控制。
　　早期的电动汽车上，直流电动机的调速采用串接电阻或改变电动机磁场线圈的匝数来实现。因其调速是有级的，且会产生附加的能量消耗或使用电动机的结构复杂，现在已很少采用。目前电动汽车上应用较广泛的是晶闸管斩波调速，通过均匀地改变电动机的端电压，控制电动机的电流，来实现电动机的无级调速。在电子电力技术的不断发展中，它也逐渐被其他电力晶体管（入GTO、MOSFET、BTR及IGBT等）斩波调速装置所取代。从技术的发展来看，伴随着新型驱动电机的应用，电动汽车的调速控制转变为直流逆变技术的应用，将成为必然的趋势。
　　在驱动电动机的旋向变换控制中，直流电动机依靠接触器改变电枢或磁场的电流方向，实现电动机的旋向变换，这使得孔子哈电路复杂、可靠性降低。当采用交流异步电动机驱动时，电动机转向的改变只需变换磁场三相电流的相序即可，可使控制电路简化。此外，采用交流电动机及其变频调速控制技术，使电动汽车的制动能量回收控制更加方便，控制电路更加简单。
　　4. 传动装置
　　电动汽车传动装置的作用是将电动机的驱动转矩传给汽车的驱动轴，当采用电动轮驱动时，传动装置的多数部件常常可以忽略。因为电动机可以带负载启动，所以电动汽车上无需传统内燃机汽车的离合器。因为驱动电机的旋向可以通过电路控制实现变换，所以电动汽车无需内燃机汽车变速器中的倒档。当采用电动机无级调速控制时，电动汽车可以忽略传统汽车的变速器。在采用电动轮驱动时，电动汽车也可以省略传统内燃机汽车传动系统的差速器。
　　5. 行驶装置
　　行驶装置的作用是将电动机的驱动力矩通过车轮变成对地面的作用力，驱动车轮行走。它同其他汽车的构成是相同的，由车轮、轮胎和悬架等组成。
　　6. 转向装置
　　专项装置是为实现汽车的转弯而设置的，由转向机、方向盘、转向机构和转向轮等组成。作用在方向盘上的控制力，通过转向机和转向机构使转向轮偏转一定的角度，实现汽车的转向。多数电动汽车为前轮转向，工业中用的电动叉车常常采用后轮转向。电动汽车的转向装置有机械转向、液压转向和液压助力转向等类型。
　　7. 制动装置
　　电动汽车的制动装置同其他汽车一样，是为汽车减速或停车而设置的，通常由制动器及其操纵装置组成。在电动汽车上，一般还有电磁制动装置，它可以利用驱动电动机的控制电路实现电动机的发电运行，使减速制动时的能量转换成对蓄电池充电的电流，从而得到再生利用。
　　8. 工作装置
　　工作装置是工业用电动汽车为完成作业要求而专门设置的，如电动叉车的起升装置、门架、货叉等。货叉的起升和门架的倾斜通常由电动机驱动的液压系统完成。
　　电动汽车的工作原理：蓄电池&&电流&&电力调节器&&电动机&&动力传动系统&&驱动汽车行驶
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