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汽车电池技术的科学

Vol.033 电动汽车制造指南|回形针 (六月 2025)

Vol.033 电动汽车制造指南|回形针 (六月 2025)
Anonim

铅和酸是大多数人都知道要避免的两件事。铅是一种重金属,可以引起整个健康问题清单,酸也是酸。仅仅提到这个词就会让人联想到冒泡的绿色液体和痴迷于世界统治的疯狂科学家。

但是像巧克力和花生酱一样,铅和酸似乎不会在一起,但它们确实如此。没有铅和酸,我们就没有汽车电池,没有汽车电池,我们就不会有任何现代配件 - 或基本必需品,如前灯 - 需要电气系统才能运行。那么,这两种致命物质究竟是如何结合在一起形成汽车电子系统坚如磐石的基础呢?借用一句话,答案是基本的。

电能存储科学

电池只是储存容器,能够保持电荷然后将其放电到负载中。一些电池一旦组装就能够从它们的基础部件产生电流。这些电池被称为 原电池 并且一旦电荷耗尽,它们通常被丢弃。汽车电池适用于不同类别的电池,可以反复充电,放电和充电。这些 二次电池 利用可逆的化学反应,其不同于一种类型的可充电电池。

大多数人都可以很容易地理解,你在商店购买的AA或AAA电池,放在你的遥控器上,然后在他们死的时候丢弃的是原装电池。它们通常由锌 - 碳或锌和二氧化锰电池组装而成,并且它们能够在不带电的情况下提供电流。当他们死亡时,你扔掉它们 - 或者如果你愿意的话,妥善处理它们。

当然,您可以以“可充电”形式购买相同的AA或AAA电池,价格更高。这些可充电电池通常使用镍镉或镍金属氢化物电池。与传统的“碱性”电池不同,NiCd和NiMH电池在组装时不能为负载提供电流。相反,电流施加到电池,这引起电池内的化学反应。然后将电池放在遥控器中,当电池耗尽时,将电池放入充电器中,电流的施加会逆转放电过程中发生的化学过程。

使用铅和硫酸代替羟基氧化镍和吸氢合金的汽车电池与功能上的NiMH电池类似。当电流施加到电池时,发生化学反应,并存储电荷。当负载连接到电池时,该反应反转,并且向负载提供电流。

用铅和酸储存能量

如果使用铅和酸来存储电荷听起来很古老,那就是。第一个铅酸蓄电池是在19世纪50年代发明的,而且汽车中的电池使用相同的基本原理。多年来,设计和材料都在不断发展,但同样的基本理念仍在发挥作用。

当铅酸电池放电时,电解液变成非常稀的硫酸溶液 - 这意味着它主要是普通的H20,其中有一些H2SO4漂浮在其中。吸收了硫酸的铅板主要成为硫酸铅。当电流施加到电池时,该过程反转。硫酸铅板(大部分)转回铅中,稀释的硫酸溶液变得更浓。

就电池的重量和大小与它们存储的能量的量相比而言,这不是一种非常有效的存储电能的方式,但是铅酸电池目前仍在使用,原因有两个。首先是经济问题;铅酸电池的制造成本比任何其他选择便宜得多。另一个原因是铅酸电池能够同时提供大量的按需电流,这使得它们非常适合用作起动电池。

你的周期有多浅?

传统的汽车电池有时也被称为 SLI电池 ,其中“SLI”代表启动,照明和点火。这个缩写很好地说明了汽车电池的主要用途,因为任何汽车电池的主要工作是在发动机运转之前运行起动电机,灯和点火装置。发动机运转后,交流发电机提供所有必要的电能,电池即可充电。

这种类型的使用是一种浅类型的占空比,因为它提供了大量电流的短脉冲,这就是汽车电池专门设计用来做的事情。考虑到这一点,现代汽车电池包含非常薄的铅板,这允许最大量的电解质暴露,并且在短时间内提供最大可能的电流强度。由于启动马达的巨大电流要求,这种设计是必要的。

与启动电池相比,深循环电池是另一种设计用于“更深”循环的铅酸电池。板的配置是不同的,因此它们不适合提供大量的按需电流。相反,它们旨在为更长的时间提供更少的电力。循环“更深”,因为它更长,而不是由于整体排放更大。与每次使用后自动充电的启动电池不同,深循环电池可以在再次充电之前缓慢放电至安全水平。与启动电池一样,深循环铅酸电池不应低于推荐水平,以避免永久性损坏。

不同的包装,相同的技术

虽然铅酸电池背后的基本技术大致相同,但材料和技术的进步已经产生了许多变化。当然,深循环电池使用不同的板配置以允许更深的工作循环。其他变化更进一步。

铅酸蓄电池技术的最大进步可能是阀控式铅酸(VRLA)电池。他们仍然使用铅和硫酸,但他们没有“淹没”的湿细胞。相反,他们使用凝胶电池或吸收的玻璃垫(AGM)作为电解质。化学过程在基本水平上是相同的,但是这些电池不像淹没的电池那样经受排气,如果倾倒也不容易泄漏。

虽然VRLA电池具有许多优点,但它们的生产成本远高于传统的富液电池。因此,虽然技术不断向前发展,但是你可能仍然会在你的引擎盖上驾驶尖端的1860s技术一段时间 - 除非你去电动。但就电池而言,这是一个完全不同的问题。