第二節電解液與充放電一 電解液 (electrolyte) 1. 電解液組成 : 是由純硫酸 (sulfuric acid) 與蒸餾水調配而成, 溫度 80 之下, 標準比重為 1.280 2. 電解液高度 : 在電瓶內的高度應高出極板約 3/8~1/2 吋 (10~13mm) 3. 電解液之調製 : (1) 準備木桶或玻璃 陶瓷器 橡膠等容器盛裝電水 (2) 須將硫酸慢慢加入蒸餾水中, 並且不停攪拌 (3) 蒸餾水與稀硫酸之比例如下表 :( 即蒸餾水為稀硫酸的多少倍 ) 電水比重 (70 ) 體積比 重量比 1.260 3.04 1.70 1.270 2.90 1.59 1.280 2.76 1.50 (4) 電解液比重之溫度校正 : 溫度愈升高, 水的體積膨脹, 電水比重會隨之減小 ; 溫度愈降低, 水的體積收縮, 電水比重會隨之增加 溫度若高 ( 低 ) 於 80 (20 ) 時, 當每升高 ( 降低 )10 (1 ), 量得之電水比重應加 ( 減 )0.0004(0.0007), 才為標準溫度 80 (20 ) 時的比重值 校正溫度的公式為 : 設電解液在溫度 T ( ) 時, 量得的比重為 S T, 則在標準溫度 20 (80 ) 的比重為 S 20 (S 80 ), 其互相間的關係為 : 公制 :S 20 =S T +0.0007 (T-20) 英制 :S 80 =S T +0.0004 (T-80) 例題 : 欲配製一比重 1.280 之電解液 5 公升, 問需多少硫酸和蒸餾水?( 設體積比為 2.76) 解 : 設硫酸之體積為 x 公升, 則水之體積為 2.76x x+2.76x=5 x=1.33( 公升 ) 硫酸 5-1.33=3.67( 公升 ) 蒸餾水 例題 : 欲配置一比重為 1.260 之電解液 10 公斤, 問需多少之硫酸和蒸餾水? ( 設重量比為 1.70) 解 : 設硫酸之重量為 x 公升, 則水之重量為 1.70x 公斤 x+1.70x=10 2.70 x=10 x=3.7( 公斤 ) 硫酸 10-3.7=6.3( 公斤 ) 蒸餾水 例題 : 電水溫度在 40 時比重為 1.280, 試求電水在 80 時之真正比重 解 :S 80 =S T +0.0004 (T 80) 1
=1.280+0.0004(40-80) =1.280-0.016=1.264 電瓶比重與充電程度之關係 (80 之下 ): 電水比重 1.300-1.280 1.250 1.220 1.190 1.120 充電比例 100% 75% 50% 25% 0% 充電程度 完全充電 3/4 充電 1/2 充電 1/4 充電 完全放電 溫帶地區的電瓶因電化作用較寒帶地區者佳, 故需充滿電後的電瓶比重為 1.260 以上之電水, 以延長隔板及極板壽命, 並可降低自放電速度 寒帶地區的電瓶易結冰, 故最好將電瓶充滿電, 比重愈高, 則愈不易結冰 二 普通加水電瓶之充放電作用, 如圖 1-7 1. 普通加水電瓶的放電作用 (1) 正負極板均會轉變為硫酸鉛 (PbSO 4 ) (2) 放電後, 電水比重會降低 ; 完全放電後, 每個分電池會降至 1.7~ 1.8V, 比重約降至 1.150 以下 (3) 化學反應式 : PbO 2 +2H 2 SO 4 +Pb PbSO 4 +2H 2 O+PbSO 4 ( 正極板 ) ( 負極板 ) ( 正極板 ) ( 負極板 ) 2. 普通加水電瓶的充電作用 ( 發電機或充電機向電瓶充電時 ) (1) 正極板回復為過氧化鉛 (PbO 2 ), 負極板回復為鉛 (Pb) (2) 電水比重會升高 (3) 化學反應式 : PbSO 4 +2H 2 O+PbSO 4 PbO 2 +2H 2 SO 4 +Pb ( 正極板 ) ( 負極板 ) ( 正極板 ) ( 負極板 ) (4) 充滿電時, 如再繼續充電會電解水, 正極會產生氧氣, 負極產生氫氣, 並發出很大熱量 (5) 充滿電的電瓶, 比重約持續 1 小時不再升高, 即表示已充滿電, 電水比重約 1.280~1.300 2
圖 1-7 電瓶充電與放電的化學反應 圖 1-8 免維護電瓶頂面上充電指示器的指示含意 ( 克萊斯勒 ) 二 免保養電瓶 (maintenance-free batteries) 1. 免保養電瓶 (maintenance-free batteries) 的特色 : (1) 免保養電瓶在使用期間無需加水, 而且電瓶樁頭較不易發生腐蝕現象, 故又稱為免加水電瓶 (2) 可由電瓶上充電指示器 (charge indicator) 得知充電情形, 當電解液比 3
重 1.265 時, 指示器為綠色 ( 或藍色 ), 當放電後指示器為黑色, 若電解液比重低於規定的下限值時, 為透明無色或淡黃色, 表示需換電瓶, 如圖 1-8 2. 免加水電瓶與普通電瓶的不同點有四 : (1) 免保養電瓶的格子板以鉛鈣合金製造, 故可減少發熱量, 減少水份損失, 又因電水容量較大, 足可供長期使用 (2) 負極板中含比普通電瓶更多的純鉛, 以利過度充電時再作用, 減少水的損失 (3) 免保養電瓶的正極板係以玻璃纖維隔板全部包覆, 可以限制放電時活性物質的脫落, 故無沉澱室的設計 (4) 免保養電瓶的頂面蓋為封閉式無加水蓋, 水份不易流失, 但仍需一小通氣孔, 以便洩出內部過多的壓力 3. 免保養電瓶 (maintenance-free batteries)( 免加水電瓶 ) 之充放電作用, 如圖 1-9 (1) 免加水電瓶的放電作用 與普通電瓶相同, 正負極板均會轉變為硫酸鉛 (PbSO 4 ) 電水比重會降低 化學反應式 : PbO 2 +2H 2 SO 4 +Pb PbSO 4 +2H 2 O+PbSO 4 ( 正極板 ) ( 負極板 ) ( 正極板 ) ( 負極板 ) (2) 免加水電瓶的充電作用 正極板回復為過氧化鉛 (PbO 2 ), 負極板回復為鉛 (Pb) PbSO 4 +2H 2 O+PbSO 4 PbO 2 +2H 2 SO 4 +Pb ( 正極板 ) ( 負極板 ) ( 正極板 ) ( 負極板 ) 充滿電時再充電時, 則將電解水 2H 2 O O 2 + 2H 2 ( 水 ) ( 正極氧氣 ) ( 負極氫氣 ) 正極產生的氧氣會與負極過多的純鉛產生化合作用 O 2 +2Pb 2PbO ( 負極板 ) ( 負極板 ) 負極的氧化鉛再與電解液稀硫酸結合 2PbO + H 2 SO 4 PbSO 4 + H 2 O ( 負極板 ) ( 電解液 ) ( 負極板 ) ( 水 ) 負極中有較多餘的硫酸鉛成份, 可於再充電時與電解液中的水結合, 再恢復為純鉛, 反覆的充電, 使水較不易蒸發而消失 4
圖 1-9 免加水電瓶的充滿電時的作用 習題 1-2 1. 電解液應如何的調製? 2. 欲配製一比重 1.280 之電解液 8 公升, 問需多少硫酸和蒸餾水?( 設體積比為 2.76) 3. 普通電瓶的充放電如作用, 請簡述之? 4. 免加水電瓶上的充電指示器的顏色, 各代表什麼意義? 5. 免加水電瓶的充放電作用, 請簡述之? 6. 電水溫度在 20 時比重為 1.290, 試求電水在 80 時之真正比重 第三節電瓶容量與保養一 電瓶的電容量 1. 影響電瓶電容量大小的因素 : (1) 電瓶的電容量與極板片數成正比, 片數愈多, 電容量也愈大 (2) 電瓶的電容量與極板面積成正比, 面積愈多, 電容量也愈大 (3) 電瓶中的電解液溫度愈低時, 則電瓶電容量也愈小 2. 電瓶電容量的測定及表示大小 : (1) 以安培小時能力 (ampere-hour capacity) 為計算的電容量 電瓶的電容量一般以安培小時 (AH) 為單位測定 充滿電的電瓶以一定的電流放電 20 小時, 使電壓降為 5.25V(6V 電瓶 ) 或 10.5V (12V 電瓶 ) 再以該放電電流乘以 20 小時, 即為其電容量 (2) 以 0 /300A 為標準核定的電容量 電水溫度為 0 時, 以 300A 放電 5 秒, 測量二樁頭間的電壓, 以該電壓代表電容量 或可在電水溫度為 0 時, 以 300A 放電, 至各分電池電壓降為 1V, 所需的分鐘數, 來代表電瓶的電容量 (3) 以瓦特小時 (WH) 來代表電瓶的電容量 5
瓦特小時可以比較不同電壓的電瓶之實際容量大小 瓦特小時數為電瓶電壓乘以該電瓶的安培小時數 (4) 儲備能力 (reserve capacity): 一完全充電的電瓶在 80 (27 ) 時, 能輸出 25 安培電流的時間 一般典型的電瓶為 125 分鐘 (5) 冷機起動率 (cold cranking rate) 是在電瓶冷時, 對起動能力的一種測量, 測試方法有二 : 在 0 (-18 ) 時,12V 電瓶在 30 秒內, 可以輸出的最大電流安培數, 且電瓶電壓不得低於 7.2V, 一般冷機起動率為 430 安培 在 -20 (-29 ) 時,12V 電瓶在 30 秒內, 可以輸出的最大電流安培數, 且電瓶電壓不得低於 6V, 一般冷機起動率為 320 安培 舊的電瓶電容量的分級一般以安培小時能力, 現漸以儲備能力或冷機起動率為主 3. 電瓶效率 (1) 定義 : 電瓶效率為電瓶輸出電能與充入電能之比 (2) 電瓶效率可分安培小時效率 ( 電容量效率 ) 和瓦特小時效率 ( 電能效率 ) 二種 輸出安培小時 安培小時效率 = 100% 輸入安培小時輸出瓦特小時 瓦特小時效率 = 100% 輸入瓦特小時 (3) 一般電瓶的安培小時效率約 90%, 瓦特小時效率約 68~75%, 若愈高時, 則表示電瓶愈佳 (4) 例題 : 若一電瓶安培小時效率為 80%, 則欲需出 100AH 的電, 則需充電多少 AH? 解 : 100AH 80%= 100% 輸入瓦特小時 輸入瓦特小時 =100/80=125AH 二 電瓶保養及工作安全 1. 電瓶保養 : (1) 電瓶的清潔, 通常以小蘇打水或溫水清洗電瓶樁頭, 刷淨後在樁頭上塗抹黃油或凡士林, 正極樁頭的防塵絕緣橡皮套需套牢 (2) 電水面應高出極板約 3/8~1/2 吋 (10~12mm), 不夠時應補充蒸餾水 (3) 普通加水電瓶每隔二個月需檢查樁頭並加水一次 (4) 電瓶上的灰塵污垢, 應先清洗乾淨, 並查看外殼是否完整, 固定架有無鬆動 (5) 電瓶搭鐵線 火線, 需注意安裝時正確, 若安裝順序相反, 則將損壞發電機的整流粒 (6) 若電瓶中有一分電池的電水特別少時, 則表示該分電池已硫化了, 水已被電解, 可能需要更換 (7) 若電瓶兩側已膨脹時, 則表示該電瓶已硫化了或正極板已彎曲, 需要更換 6
2. 電瓶的工作安全 : (1) 電瓶的拆裝 先拆搭鐵線, 後拆火線, 安裝時順序相反, 可防止火線碰觸車身而產生火花 (2) 檢查電瓶的電容量及電壓, 應以儀器測量, 不得以正負極樁頭接線直接相碰觸產生的火花來判斷, 易造成危險 (3) 操作起動馬達時, 每次以不超過 15 秒為限, 且每次需間隔 30 秒以上才可再操作起動, 且若三次無法起動引擎時, 則需檢查故障原因, 以避免電瓶電能耗盡 (4) 引擎運轉中, 不可將電瓶線拆下來判斷發電機有無發電, 否則將造成發電機輸出電壓太高, 且燒燬車上使用的電器及電腦 (5) 電路的檢驗, 勿以火線碰觸車身產生火花來判斷, 一定需要用三用電錶或檢驗燈來檢測 (6) 在車上實施板金電焊作業時, 需先拆下電瓶線, 以避免造成電焊迴路而損壞電瓶 (7) 電瓶由車上拆下時需注意是否會影響車上音響的防盜密碼或其他的防盜系統, 以避免造成無法作用 ; 或可於點煙器中插上記憶維持器 (memory holder), 以保存記憶體的功能 ; 若沒有使用記憶維持器, 要記下所有記憶體的資料, 以避免無法使用 (8) 在車上作快速充電時, 應將搭鐵線拆除, 以避免發電機整流粒的損壞 (9) 不要對結凍或免保養電瓶充電指示器顯示透明色的電瓶充電, 可能產生爆炸 習題 1-3 1. 影響電瓶電容量大小的因素有那些, 簡述之? 2. 以安培小時電容量為表示的電瓶, 是如何來作檢測得知大小? 3. 試簡述電瓶保養上應注意的事項? 4. 試簡述電瓶工作安全上應注意的事項? 學後評量 01. 汽車電瓶的主要功用為 (A) 發動引擎時提供起動系與點火系之電源 (B) 發動引擎時提供點火系與充電系之電源 (C) 發動引擎時提供起動系與儀錶系之電源 (D) 發動引擎時提供起動系與充電系之電源 02. 汽車電瓶格子板的主要材料是 (A) 炭 (B) 鋁 (C) 銻 (D) 鉛 03. 分電池中極板片數為 15 片, 其中正極板的片數為 (A)15 片 (B) 8 片 (C)7 片 (D)6 片 04. 車用 12V 電瓶是用多少個分電池串聯而成? (A)2 (B)4 (C)6 (D)8 個 05. 充滿電的電瓶, 每個分電池 (Cell) 的開路電壓約為 (A)1.75V (B)2.1 V (C)6 V (D)12 V 06. 電瓶充滿電時 (A) 正極板為 PbO 2, 負極板為 Pb (B) 正負極板都是 PbSO (C) 正極板為 Pb, 負極板為 PbO 2 (D) 正極板為 PbSO 4, 負極板為 Pb 07. 電瓶使用後電水不足時應補充 (A) 硫酸 (B) 電水 (C) 蒸餾水 (D) 自來水 08. 電瓶放電後 (A) 正極板成硫酸鉛, 負極板成海棉狀鉛 (B) 正極板成過氧化鉛, 負極板成硫酸鉛 (C) 正負極板都成硫酸鉛 (D) 正負極板都成過氧化鉛 7
09.30 時測得的電水比重為 1.260, 則 20 時此電水的正確比重為 (A)1.260 (B)1.267 (C)1.280 (D)1.253 10. 電瓶在充電時, 會產生什麼氣體?(A)CO,CO 2 (B)H 2,O 2 (C)NO 2,CO 2 (D) HC,CO 11. 電瓶放電後比重會 (A) 降低 (B) 升高 (C) 不變 (D) 不一定 12. 於電解液溫度 40 時量得電水比重為 1.260, 問正確比重為 (A)1.280 (B)1.274 (C)1.260 (D)1.246 13. 電瓶極板數目增加, 則隨之增加的是? (A) 電壓 (B) 電流 (C) 電阻 (D) 安培小時 14. 一般電瓶電容量的表示方法是 (A)A (B)KA (C)AH (D)KV 15. 有一 12V 的電瓶, 連續以 5A 之電流放電 20 小時後, 其電壓降至 10.5V, 則此電瓶之電容量為 (A)80AH (B)100AH (C)120AH (D)140AH 16. 電瓶保養, 須檢查電水高度, 不足時須補充 (A) 電解液 (B) 礦泉水 (C) 蒸餾水 (D) 稀硫酸水至規定高度 17. 免保養式電瓶充電狀況良好時, 其檢驗視窗呈? (A) 黃色 (B) 綠色 (C) 紅色 (D) 白色或無色 18. 使用外車輔助起動時, 下列何者不當? (A) 兩車電瓶正極接正極, 負極接負極 (B) 被救援車電器負載先關掉 (C) 救援車於電瓶跨接後再發動引擎 (D) 不須考慮被救援車的電瓶狀況 19. 電瓶在完全充滿電時其比重為 (A)1.110-1.130 (B)1.120-1.200 (C)1.260-1.280 (D)1.400-1.450 20. 辨認電瓶正極樁頭最好方法是 (A) 正極樁頭直徑較負極樁頭大 (B) 樁頭上塗有紅色油漆者為正極樁頭 (C) 在樁頭上印有 POS 或 + 標記者為正極樁頭 (D) 以上三種方法均是 21. 欲拆除汽車上之電瓶線, 應 (A) 先拆正極線 (B) 先拆火線 (C) 先拆搭鐵線 (D) 沒有硬性規定 22. 汽車上的電瓶搭鐵極性接反時, 最先燒壞的是 (A) 發電機二極體 (B) 發火線圈 (C) 保險絲 (D) 啟動馬達電磁開關 答案 : 01.(A) 02.(D) 03.(C) 04.(C) 05.(B) 06.(A) 07.(C) 08.(C) 09.(B) 10.(B) 11.(A) 12.(B) 13.(D) 14.(C) 15.(B) 16.(C) 17.(B) 18.(D) 19.(C) 20.(D) 21.(C) 22.(A) 8