汽车蓄电池的维护与故障控制之欧阳学创编Word下载.docx
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4.1测量浮充电压法7
4.2内阻或电导测试法7
4.3容量测量法8
4.3.1传统的离线容量测试法8
4.3.2传统的在线容量测试法8
4.4蓄电池在使用及保养方面要注意的一些问题8
第五章蓄电池常见故障与维修10
5.1蓄电池的常见故障10
5.1.1活性物质脱离及原因10
5.1.2极板硫化10
5.1.3自行放电10
5.1.4短路11
5.2蓄电池的维修11
5.2.1活性物质脱落的故障处理措施11
5.2.2极板硫化的处理措施11
5.2.3自放电故障的排除12
5.2.4短路的检修12
第六章结论13
参考文献14
致谢15
第一章绪论
蓄电池是汽车上非常重要的装置之一。
它为汽车起动提供电源，使汽车起动机转动，并供给汽车发动，点火及照明用电，又称SLI（StartingLightingIgnition）。
按额定电压分，SLI主要有6V、12V系列，但应用最广泛的是12V蓄电池。
对于蓄电池的用户，蓄电池的维护是十分重要的环节。
维护工作做得好，蓄电池的寿命长。
反之，则寿命短。
在使用蓄电池的过程中，难免会出现故障，蓄电池常见故障包括内部故障和外部故障。
内部故障包括：
极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板短路、自放电、极板拱曲等，外部故障包括：
外壳裂纹、极柱腐蚀、极柱松动、封胶干裂等。
现在的小型汽车仅依靠起动机来起动发动机，如果蓄电池出现了故障，将导致汽车无法起动，所以，平时做好蓄电池的维护工作显得尤为重要。
第二章蓄电池的分类与工作原理
2.1蓄电池的分类
汽车上普遍采用起动型蓄电池。
由于使用的电解液不同，起动型蓄电池分为酸性和碱性蓄电池。
铅酸蓄电池结构简单，价格低廉，易于满足大量生产的汽车需要；
同时其内阻小，起动性好，能在短时间内供给起动机所需要的最大电流，因此在汽车上得到广泛应用。
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的特点。
表2-1各种蓄电池的特点
类型
优点
缺点
适用车辆
铅酸蓄电池
结构简单；
价格便宜；
内阻小；
电压稳定；
可以短时间供给起动机强大的起动电流
比容量小；
使用寿命相对较短
一般车辆
镍碱蓄电池
容量大；
使用寿命长；
维护简单；
能承受大电流放电而不易损坏
活性物质导电性差；
价格较高
使用时间长、
可靠性高的车辆
电动车蓄电池
比容量大；
无污染；
充、放电性能好；
使用寿命长
结构复杂；
成本高
电动汽车
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。
我们常用的铅蓄电池主要分为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。
1、普通蓄电池：
普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。
它的主要优点是电压稳定、价格便宜；
缺点是比能低、使用寿命短和日常维护频繁。
2、干荷蓄电池：
它的全称是干式荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，保存所得到的电量。
3、免维护蓄电池：
免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。
它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电少的特点。
使用寿命一般为普通蓄电池的两倍[1]。
2.2蓄电池的工作原理
2.2.1铅蓄电池的静止电动势
将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。
铅蓄电池的静止电动势E：
E=0.85+ρ25℃（2-1）
式中，E为静止电动势，即开路电压（V）；
ρ25℃为基准温度（25℃）时，电解液的相对密度（g/cm3）。
注意，实测电解液的相对密度，应转换成25℃时电解液的相对密度，转换关系式为：
ρ25℃=ρt+0.00075（t-25）（2-2）
式中，ρt为实测电解液相对密度（g/cm3）；
t为实测电解液温度（℃）。
因为铅蓄电池工作时，电解液密度总是在1.12～1.30g/cm3之间变化，所以每个单格电池的电动势也相应地在1.97～2.15V之间变化。
2.2.2铅蓄电池的放电
当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势，此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电，蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。
放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb，都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4），沉附在正、负极板上。
电解液中H2SO4不断减少，密度下降。
理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止，但由于生成的PbSO4沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，因此在使用中，放完电蓄电池的活性物质利用率只有20％～30％。
因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。
蓄电池放电终了的特征是：
（1）单格电池电压降到放电终止电压；
（2）电解液密度降到最小许可值。
放电终止电压与放电电流的大小有关。
放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低。
2.2.3铅蓄电池的放电过程
铅蓄电池的放电过程如图2-1所示：
图2-1铅蓄电池的放电过程
2.2.4铅蓄电池内部反应的化学原理
铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。
充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅（PbO2），负极板是灰色的海绵状铅（Pb），当两极板放置在浓度为27%～37%的硫酸（H2SO4）水溶液中时，极板的铅和硫酸发生化学反应，二价的铅正离子（Pb2+）转移到电解液中，在负极板上留下两个电子（2e-）。
由于正负电荷的引力，铅正离子聚集在负极板的周围，而正极板在电解液中水分子作用下有少量的二氧化铅（PbO2）渗入电解液，其中两价的氧离子和水化合，使二氧化铅分子变成可离解的一种不稳定的物质——氢氧化铅（PB（OH）4）。
氢氧化铅由4价的铅正离子（Pb4+）和4个氢氧根〔4（OH）－〕组成。
4价的铅正离子（Pb4+）留在正极板上，使正极板带正电。
由于负极板带负电，因而两极板间就产生了一定的电位差，这就是电池的电动势。
当接通外电路，电流即由正极流向负极[2]。
在放电过程中，负极板上的电子不断经外电路流向正极板，这时在电解液内部因硫酸分子电离成氢正离子（H+）和硫酸根负离子（SO42-），在离子电场力作用下，两种离子分别向正负极移动，硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅（PbSO4）。
在正极板上，由于电子自外电路流入，而与4价的铅正离子（Pb4+）化合成2价的铅正离子（Pb2+），并立即与正极板附近的硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。
电化学反应方程式为：
PbO2+2H2SO4+Pb
2PbSO4+2H2O（2-3）
第三章蓄电池的结构与功用
3.1铅蓄电池的结构
蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，结构如图3-1所示：
图3-1铅蓄电池
1－负极柱2－加液孔盖3－正极柱4－穿壁连接
5－汇流条6－外壳7－负极板8－隔板9－正极板
3.1.1极板
极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。
极板分为正极板和负极板，均由栅架和活性物质组成。
栅架的作用是固结活性物质。
栅架一般由铅锑合金铸成，具有良好的导电性、耐蚀性和一定的机械强度。
为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，有些铅蓄电池采用了放射形栅架。
正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），呈深棕色；
负极板上的活性物质是海绵状的纯铅（Pb），呈青灰色。
将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板。
将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。
为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组。
在每个单格电池中，正极板的片数要比负极板少一片，这样每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。
3.1.2隔板和壳体
（1）隔板插放在正、负极板之间，以防止正、负极板互相接触造成短路。
隔板应耐酸并具有多孔性，以利于电解液的渗透。
常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。
其中，木质隔板耐酸性较差，微孔橡胶隔板性能最好但成本较高，微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，因此被广泛采用。
（2）壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。
壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组。
壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，各单格之间用铅质联条串联起来。
壳体上部使用相同材料的电池盖密封，电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，以及测量电解液密度、温度和液面高度。
加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。
3.1.3电解液
电解液在蓄电池的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。
电解液由纯硫酸（H2SO4）与蒸馏水按一定比例配制而成，其密度一般为1.24～1.30g/cm3。
3.2蓄电池的功用
蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。
用于汽车上的蓄电池，必须满足启动发动机的需要，即在5~10s的短时间内，提供给汽车足够大的电流。
汽油机的起动电流为200~600A,有的柴油机启动电流高达1000A。
蓄电池是汽车必不可少的一部分，按市场现有蓄电池的品种大致可分为两种：
传统的铅酸蓄电池和近些年来刚在国内普及使用的免维护型蓄电池。
在汽车上，蓄电池与发电机并联向用电设备供电。
在发动机工作时，用电设备所需电能主要由发电机供给。
汽车上装有蓄电池和发电机两个直流电源，这两个电源并联，全车的用电设备均为并联。
蓄电池的功用：
（1）起动发动机时，蓄电池向起动系和点火系供电。
（2）当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池的充电电压时，由蓄电池向用电设备供电。
（3）当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池的充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能储存起来。
（4）当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。
（5）蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电器系统电压的稳定，保护电子元件[3]。
第四章蓄电池的维护方法
4.1测量浮充电压法
浮充电压的设置对电池的寿命具有相当重要的影响。
在理论上要求浮充电压产生的电流量是以补偿电池的自放电。
浮充电压过高会引起电池正极腐蚀和失水，使电池容量下降，而浮充电压过低，也会使电池充电不足，引起电池落后，严重时会出现电极硫酸盐化。
浮充电压的选择可以根据厂家说明书的要求而设定[4]。
虽然测量浮充电压并及时作出调整是蓄电池日常维护的一项重要工作，但是测量浮充电压并不能找出落后单体电池。
如图4-1所示，用万用表测出该组电池各单体的浮充电压相当平均，但放电一会儿，其中一个电池的端电压迅速降至截止电压以下，显然该电池为落后单体。
图4-1
4.2内阻或电导测试法
目前国际上流行一种用电导测试的方法检测电池的内阻来藉此判断电池的实有容量。
电导，即电阻的倒数，是指传导电流的能力，它反映了电阻的大小。
VRLA电池的电阻组成是复杂的，包含了电池的欧姆电阻，浓差极化电阻，电化学反应电阻及双层电容充电时的干扰作用。
在不同的量测点和不同的时刻测得的电阻值包含的组成也是不同的。
图4-2
根据图4-2可知，剩余容量和电池内阻有一定的固定关系，特别在剩余容量不足50%时，会迅速下降，因而根据电池的电导或电阻值来判断电池容量有很好的一致性。
4.3容量测量法
欲准确知道VRLA电池的健康状况，只有对电池进行容量试验。
核对性容量放电实验虽然能100%地测定蓄电池的容量，但是，这种测试方法有很多弊端，如成本昂贵、设备笨重和对专人进行培训等，更主要的是这种测试必需把电池从设备上隔离开相当长的一段时间，而在这段时间里，如果没有电池做为后备电源，危险性显而易见。
4.3.1传统的离线容量测试法
这种方法须将电池从系统上脱离下来，接上电热丝作为假负载，通过调整电热丝，使电池组以额定电流对电热丝放电，同时用万用表每隔一定时间量测电池端电压，直至其中有一单体的端电压到达规定的终止电压时停止放电，其放电时间与放电电流的乘积即为该电池的实际容量。
此种检测方法测量电池的容量数值准确，能够清晰的判别电池是否为失效电池。
但此种方法存在下列缺陷：
（1）电池须脱离系统，如果这期间市电突然中断，另一组电池能否独撑？
增加系统瘫痪风险。
（2）笨重的电热丝需要多人搬运，且至少须一人测量一人记录数据。
（3）个别电池端电压可能在两次测量间隔期间突然降至截止电压以下，造成过度放电。
（4）整组电池须花费二十几小时充电，有时需具备离线之整流器，且易造成某几个电池过充。
（5）须消耗大量之电能与热能[5]。
4.3.2传统的在线容量测试法
这种容量测试法不需将电池组脱离系统，只要将整流器关闭，让电池组直接对系统放电，同时用万用表测量各电池的端电压的变化情况。
这种方法相对离线容量测试法轻松、简单且节省了许多电能，但是同样由于人工测量的时间间隔，存在某些单体过度放电的可能性。
装上监控系统后多少解决了这个问题，但是为安全起见，只能放电20%左右，而失效电池放电电压在放电深度20%的情况下与有效电池的放电电压不能有效区分开来，除非在较深的放电深度下才能得到体现。
所以相对于通信系统低于额定容量80%的电池视为失效电池的规定来说，这种方法也难于满足要求。
4.4蓄电池在使用及保养方面要注意的一些问题
1、蓄电池长久不用，它会慢慢自行放电，直至报废。
因此，每隔一段时间就应启动一次汽车，给蓄电池充电。
另一个办法就是将蓄电池上的两个电极拔下来，需注意的是从电极柱上拔下正、负两根电极线，要先拔下负极线，或卸下负极和汽车底盘的连接，然后再拔去带有正极标志（十）的另一端。
蓄电池有一定的使用寿命，到一定的时期就要更换。
在更换时同样要遵循上述次序，不过在把电极线接上去时，次序则恰恰相反，先接正极，然后再接负极[6]。
2、蓄电池的蓄电量可以在仪表板上反映出来。
当电流表指针显示蓄电量不足时，要及时充电。
有时在路途中发现电量不够了，发动机又熄火启动不了，作为临时措施，可以向其它的车辆求助，用其它车辆上的蓄电池来发动车辆，将两个蓄电池的负极和负极相连，正极和正极相连。
3、电解液的密度应按照不同的地区、不同的季节按照标准进行相应的调整。
4、在亏电解液时应补充蒸馏水或专用补液，切忌用饮用纯净水代替，因为纯净水中含有多种微量元素，对蓄电池会造成不良影响。
5、在启动汽车时，不间断地使用启动机会导致蓄电池因过度放电而损坏。
正确的使用办法是每次发动车的时间总长不超过5秒，再次启动间隔时间不少于15秒。
在多次启动仍不着车的情况下应从电路、点火线圈或油路等其他方面找原因。
6、日常行车时应经常检查蓄电池盖上的小孔是否通气，倘若蓄电池盖小孔被堵，产生的氢气和氧气排不出去，电解液膨胀时，会把蓄电池外壳撑破，影响蓄电池寿命。
7、检查电池的正、负极有无被氧化的迹象，可以用热水时常浇电瓶的电线连接处。
8、检查电路各部分有无老化或短路的地方，防止电池因为过度放电而提前退役。
第五章蓄电池常见故障与维修
5.1蓄电池的常见故障
5.1.1活性物质脱离及原因
1、充电电流过大
因极板活性物质的还原是从导电最好的栅架处开始的，大电流充电时，该处硫酸铅迅速还原，所以距栅架较远的硫酸铅来不及起化学反应，由于硫酸铅体积较大，故与内部已还原的活性物质间的附着力就差，所以易从极板上脱落下来[7]。
2、充电终期电流过大
充电终期电流过大，会产生大量的气泡，剧烈地冲击极板表面，使已还原的比较松软的二氧化铅大量脱落。
3、经常性的过量充电
过充电的电流虽然不大，但因此时极板上硫酸铅已经全部还原为二氧化铅和铅，充电电流全部用到电解液上，这时产生的气泡虽不太多，但同样对极板表面产生冲击作用使活性物质脱落。
4、放电电流过大
此时化学反应激烈，会引起极板翘曲，从而造成活性物质脱落。
由于活性物质脱落，会使极板短路，造成电池自行放电，必须将蓄电池拆开修理。
5.1.2极板硫化
1、蓄电池极板上产生一层导电不良、白色的粗晶粒硫酸铅，正常充电时，不能完全使其转化为铅和二氧化铅，这种现象称为“硫酸铅硬化”简称“硫化”。
2、粗晶粒硫酸铅堵塞了极板孔隙，使电解液渗入困难并增加了内阻，因而蓄电池容量降低。
3、极板硫化在充电时有下列现象：
充电时电压迅速上升，过早发生“沸腾”，电解液温度很快上升到40℃以上，使用时电容量显著不足，且电压下降很快。
5.1.3自行放电
蓄电池在不工作的情况下，逐渐消耗电量的现象称自行放电。
自行放电不能完全避免，一般那认为每天消耗本身容量的1%-2%是正常的，如超过此数值，为不正常自行放电。
不正常自行放电原因：
（1）极板材料或电解液有杂质，这样杂质与极板或不同杂质间就会产生电位差，形成闭合的“局部电池”而产生电流，使蓄电池放电。
（2）隔板破裂，造成局部短路。
（3）蓄电池盖上有电解液或水，使正、负极间形成通路而放电。
（4）活性物质脱落，使极板短路造成放电。
（5）蓄电池长期存放，电解液中硫酸下沉，使上部比重小，下部比重大，引起自行放电。
要减少自行放电，电解液必须力求纯净，使用中应经常保持蓄电池盖清洁，以免短路，如电解液不纯，需将蓄电池用标称容量的1/10的电流放电至单格电压1.7V为止，然后将电解液倒出，并用蒸馏水清洗干净，再换用纯洁电解液进行充电[8]。
5.1.4短路
铅蓄电池的短路指铅蓄电池内部正负极群相连。
1、铅蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面：
（1）开路电压低，闭路电压（放电）很快达到终止电压。
（2）大电流放电时，端电压迅速下降到零。
（3）开路时，电解液密度很低，在低温环境中电解液会出现结冰现象。
（4）充电时，电压上升很慢，始终保持低值（有时降为零）。
（5）充电时，电解液温度上升很高很快。
（6）充电时，电解液密度上升很慢或几乎无变化。
（7）充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
2、造成铅蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面：
（1）隔板质量不好或缺损，使极板活性物质穿过，致使正、负极板虚接触或直接接触。
（2）隔板窜位致使正负极板相连。
（3）极板上活性物质膨胀脱落，因脱落的活性物质沉积过多，致使正、负极板下部边缘或侧面边缘与沉积物相互接触而造成正负极板相连。
（4）导电物体落入电池内造成正、负极板相连。
（5）焊接极群时形成的“铅流”未除尽，或装配时有“铅豆”在正负极板间存在，在充放电过程中损坏隔板造成正负极板相连[9]。
另：
单路短路：
现象是突然失去启动能力：
启动时，短路单格有电解液喷出。
其原因是：
单格短路后，使蓄电池电阻增加，电压降低，不能供出强大的电流，同时在短路处产生高温使电解液急剧受热喷出。
这时如果打开蓄电池安全阀检查，会看到电解液“发黑”，严重失效时无法修复。
这时，蓄电池自行放电很快，有时充电后很快就没电了。
5.2蓄电池的维修
5.2.1活性物质脱落的故障处理措施
活性物质脱落较少时，可以倾出全部电解液，用蒸馏水冲洗后重新加注电解液，充电后继续使用。
如果活性物质脱落过多，则需更换极板组或更换蓄电池[10]。
5.2.2极板硫化的处理措施
蓄电池极板硫化不严重时，可以用去硫化充电的方法去消除硫化，方法如下：
（1）倾出蓄电池电解液，并用蒸馏水冲洗两次，加注足量蒸馏水。
（2）接通电源，按额定容量值1/30A的电流进行充电，当密度上升至1.15g/cm3时，倾出电解液，加注蒸馏水，再进行充电，如此反复，直至密度不再上升为止。
（3）以额定容量值1/10A的电流进行放电，当单格电池电压下降到1.7V时，停止放电，然后以额定容量值1/10A的电流进行充电，接着再放电、再充电，直到容量达到额定容量的80%为止。
（4）将电解液密度调整至规定的值[11]。
5.2.3自放电故障的排除
1、检查蓄电池盖表面，若有不洁予以清洁。
2、注意观察蓄电池在充电时电解液是否呈现褐色，若是，则为壳体底部沉积物太多而造成自放电，需倾出全部电解液，并用蒸馏水将壳体内部冲洗干净，然后重新加注电解液，并充足电。
3、如果检查均为正常或将其它造成自放电的故障原因排除后，自放电故障仍明显，则可能是电解液不纯，故障处理的方法为：
先将蓄电池全放电或过度放电，以使杂质全部进入电解液，然后将电解液全部倾出，用蒸馏水冲洗壳体内部后，加注电解液并将其充足电。
注意：
用电设备开关未关或电路有短路、漏电故障时，会有与蓄电池自放电故障相同的现象，因此，在检查和排除蓄电池自放电故障时，应先检查有无蓄电池外接电路的问题。
5.2.4短路的检修
1、出现极板短路时，必须将蓄电池拆开检查。
2、更换破损的隔板，消除沉积的活性物质，校正或更换弯曲的极板组等[12]。
第六章结论
如何对蓄电池进行使用和维护，以延长其使用寿命，是社会业内外关注的焦点之一，为此本论文的重点是蓄电池的使用与维护。
本论文通过对蓄电池的理论方面的研究和技术分析，总结出蓄电池的特点，指出汽车蓄电池的正确使用，以及日常的维护及常见故障。
我们只有掌握蓄电池的工作规律，正确使用与维护，才能保证其良好的工作性能，延长其使用寿命。
我国是蓄电池生产大国，但不是电池研究开发强国，化学电源面临难得的发展机遇和严峻挑战，特别是电动汽车的发展优势越来越明显，因此开发新型蓄电池提高其性能是当今社会的主要发展方向[13]。
【参考文献】
[1]王勇．汽车电气设备构造与维修[M]．北京：
机械工业出版社，2007．
[2]马明金．汽车电器构造原理及检
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