汽车蓄电池的维护与故障分析.docx
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汽车蓄电池的维护与故障分析
汽车蓄电池的维护与故障分析
学院名称：
机械与汽车工程学院
专业：
汽车服务工程
班级：
08汽服1W
*****
指导教师姓名：
袁传义
指导教师职称：
讲师
2012年2月
汽车蓄电池的维护与故障分析
摘要：
蓄电池是汽车上非常重要的装置之一，对其维护保养及故障分析有着重要的意义，尤其是在延长其使用寿命方面有着显著地作用。
本文简要介绍了汽车蓄电池的结构及工作原理；对汽车蓄电池维护与保养方法和注意事项进行了详细的说明；把汽车蓄电池故障分为内、外两种故障类型，并给出两种故障的具体排除方法。
关键词：
铅酸蓄电池；维护；故障；分析
TheMaintenanceandFaultAnalysisofCarBattery
Abstract:
Thecarbatteryisoneofveryimportantdevicesintheautomobile,Ithasgreatsignificancetomaintenanceandanalysisthefailureofthecar,especiallythatitsservicelifetobeprolongedhasasignificanteffect.Inthispaper,thestructureandworkingprincipleofcarbatteryisbrieflyintroduced.Carbatterymaintenancemethodandmattersneedingattentionbedetailillustrated.Thecarbatteryfaultisdividedintotwokindsoftypesoftheinnerandouter,andspecificallyexcludedmethodofthetwokindsoffaultaregiven.
Keywords:
Carbattery;Maintenance;Fault;Analysis
序言…………………………………………………………………………………1
第1章汽车蓄电池概述…………………………………………………………2
1.1汽车蓄电池的分类及性能………………………………………………………3
1.2蓄电池结构及工作原理…………………………………………………………3
第2章汽车蓄电池的维护与保养……………………………………………4
2.1蓄电池的维护事项………………………………………………………………4
2.1.1蓄电池及配件清洗……………………………………………………………4
2.1.2电解液液面高度的检查………………………………………………………4
2.1.3蓄电池电解液密度的检查……………………………………………………5
2.1.4蓄电池放电程度的检查………………………………………………………6
2.2蓄电池容量影响因素及检测……………………………………………………6
2.2.1高倍率放电影响………………………………………………………………6
2.2.2温度影响………………………………………………………………………6
2.2.3容量检查………………………………………………………………………7
2.3铅酸蓄电池的使用与保养………………………………………………………8
第3章汽车蓄电池故障分析…………………………………………………11
3.1铅酸蓄电池的失效模式………………………………………………………11
3.1.1干涸失效模式…………………………………………………………………11
3.1.2容量过早损失的失效模式……………………………………………………12
3.1.3热失控的失效模式……………………………………………………………12
3.1.4负极不可逆硫酸盐化…………………………………………………………12
3.1.5板栅腐蚀………………………………………………………………………12
3.2铅酸蓄电池内部故障…………………………………………………………12
3.2.1极板硫化及修复………………………………………………………………12
3.2.2活性物质脱落及修复…………………………………………………………14
3.2.3极板板栅腐蚀与修复…………………………………………………………14
3.2.4极板短路与排除………………………………………………………………15
3.2.5自放电与排除…………………………………………………………………15
3.3铅酸蓄电池外部故障…………………………………………………………16
3.3.1蓄电池变形与解决方法………………………………………………………16
3.3.2电池外壳破损解决方法………………………………………………………17
3.3.3电源接头烧损解决方法………………………………………………………18
第4章总结………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………20
致谢………………………………………………………………………………21
汽车蓄电池的维护与故障分析
序言
蓄电池应用于汽车上至今已经有一百多年的历史了，它对汽车的发展有着举足轻重的作用。
铅酸蓄电池自发明后，在化学电源中一直占有绝对优势。
这是因为其原材料易于获得，价格低廉，使用上有充分的可靠性，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点。
铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。
然而，开口式铅酸蓄电池有两个主要缺点：
一是充电末期水会分解为氢，氧气体析出，需经常加酸、加水，维护工作繁重；二是气体溢出时携带酸雾，腐蚀周围设备，并污染环境，限制了电池的应用。
近二十年来，为了解决以上的两个问题，世界各国竞相开发密封铅酸蓄电池，希望实现电池的密封，获得干净的绿色能源。
在蓄电池的使用过程中必然会遇到各种故障，因此需要对其故障机理以及维护方法进行研究，以使其寿命延长，获得最佳经济效益。
第1章汽车蓄电池概述
1.1汽车蓄电池的分类及性能
汽车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。
其主要的作用是发动机工作时向起动机和点火装置供电。
汽车蓄电池的分类及性能主要有以下几点：
1）镍镉电池（Ni-Cd）：
电压为1.2V，使用寿命为500次，放电温度为-20℃～60℃，充电温度为0℃～45℃。
备注：
耐过充能力较强。
2）镍氢电池（Ni-MH）：
电压为1.2V，使用寿命为1000次，放电温度为-10℃～45℃；充电温度为10℃～45℃。
备注：
目前最高容量是2100mAh左右。
3）锂离子电池（Li-Ion）：
电压为3.6V，使用寿命为500次，放电温度为-20℃～60℃，充电温度为0℃～45℃。
备注：
重量比镍氢电池轻30%～40%，容量高出镍氢电池60%以上。
但是不耐过充，如果过充会造成温度过高而破坏结构引起爆炸。
4）锂聚合物电池（Li-Polymer）：
电压为3.7V，使用寿命为500次，放电温度为-20℃～60℃，充电温度为0℃～45℃。
备注：
锂电的改良型，没有电池液，而改用聚合物电解质，可以做成各种形状，比锂电池稳定。
5）铅酸电池（Sealed）：
电压为2V，使用寿命为200～300次，放电温度为0℃～45℃，充电温度为0℃～45℃。
备注：
铅酸电池就是一般车用电瓶（它是以6个2V串联成12V的），免加水的电池使用寿命长达10年，但体积和重量是最大的。
在这类汽车蓄电池电池中，使用最广泛的就是铅酸蓄电池。
虽然它有一定的缺点，但其价格低廉，使用与维护相对于其他几种蓄电池都极其方便，因此它在应用于汽车上有不可替代的优势。
1.2蓄电池结构及工作原理
1铅酸蓄电池结构组成
图1-1所示的是铅酸蓄电池基本基本结构，它由正负极板、隔板、电解液和电池槽等组成。
图1-1蓄电池结构组成
正极活性物质主要成份为二氧化铅，负极活性物质主要成为海绵状铅。
电池用隔板是由微孔橡胶、颜料玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是防止正负极板短路，使电解液中正负离子顺利通过，阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。
电解液是由浓硫酸和净化水配制而成的，电解液纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响，电解液密度为1.290±0.005g/cm³（25℃）。
2铅酸蓄电池工作原理
铅酸蓄电池充放电过程可用双硫酸盐化理论说明，用化学方程式表示如下
Pb02+2H2S04+Pb
PbS04+2H20+PbS04
从左向右表示放电过程，而从右到左表示充电过程。
上式表明，铅酸蓄电池在充足电后。
正极板的活性物质是Pb02，负极板的活性物质是海绵状铅（Pb），放电后两极板的活性物质都转变为PbS04，而充电后又恢复为原来状态。
在放电过程中消耗了H2S04，并生成了水，因此，电解液浓度越来越低，而在充电过程中，电解液的浓度越来越高。
第2章汽车蓄电池的维护与保养
2.1蓄电池的维护事项
2.1.1 蓄电池及配件清洗
如果蓄电池外壳和托架需要清洗，按以下步骤进行清洗：
清洗蓄电池时，最好从车上拆下蓄电池，图2-1所示用苏打水溶液冲洗整个壳体,然后用清水冲洗蓄电池并用纸巾擦干。
图2-1清洗蓄电池
图2-2所示清洗蓄电池托架，清洗前可先用镊子刀刮净厚腐蚀物，然后用苏打水溶液清洗，之后用水冲洗并干燥。
托架干燥后，漆上防腐漆。
图2-2清洗脱架
如果极桩和电缆卡子需要清洗，按以下步骤进行清洗：
可先用苏打水溶液清洗，再用专用清洁工具进行清洗。
清洗后，在电缆卡子上涂上凡士林或润滑油防止腐蚀。
注意蓄电池及其配件清洗前，要拧紧加液孔盖，防止苏打水溶液进入蓄电池内部。
2.1.2电解液液面高度的检查
图2-3所示对电解液液面高度检查方法，玻璃管观察测量法。
观察或测量电解液液面应在蓄电池外壳上、下液面线之间。
图2-3玻璃管观察电解液液面高度
当电解液液面过低时，应加注蒸馏水，以恢复正常的液面高度。
除非确知电解液溅出，否则不许添加硫酸溶液。
2.1.3蓄电池电解液密度的检查
蓄电池要经常检查电解液的密度，一般汽车蓄电池每行驶（6000-7500）km,应检查电解液的相对密度。
图2-4为用吸式密度计检测电解液密度。
图2-4检测电解液密度
由于充放电过程中，电解液密度随之变化，因此通过测量电解液密度可判断蓄电池充放电程度。
也可以根据表2-1中的数据，通过测量电解液密度来判断蓄电池故障。
表2-1蓄电池的充电程度与电解液相对密度
充电状态（%）
100
75
50
25
0
电解液相对密度（g/cm3）
1.27
1.23
1.19
1.15
1.11
2.1.4蓄电池放电程度的检查
蓄电池的放电程度用高率放电计检测，对于技术状态良好的蓄电池，当以启动电流或规定的放电电流连续放电15s时，测量电压应不低于规定值。
也可以如表2-2所示测量电压判断蓄电池故障。
表2-2测量电压判断和处理蓄电池故障
故障现象
测量电压（V）
加载测量
容量检验（%）
正常蓄电池
12.5以上
白色区域或绿色区域
100左右
容量不足
11.5～12.5
由绿色区域下降至黄色区域
60～70
电极钝化
12.0左右
由绿色区很快下降到黄、红色区域
50以下
负极板硫化
11.5左右
黄色区域或红色区域
30～50
内部短路
无电压指示
无电流指示
容量为零
反极
8.0左右
红色区域或无指示
容量极低或容量为零
单格蓄电池内部短路
10.0左右
黄色区域，短路蓄电池内冒气泡
容量极低
2.2容量影响因素及检测
2.2.1高倍率放电影响
放电倍率越高，放电电流密度越大，电流在电极上分布越不均匀，电流优先分布在离主体电解液最近的表面上，从而在电极的最外表面优先生成PbS04。
PbS04的体积比Pb02和Pb大，于是放电产物硫酸铅堵塞多孔电极的孔口，电解液则不能充分供应电极内部反应的需要，电极内部物质不能得到充分利用，因而高倍率放电时容量降低。
在大电流放电时，活性物质沿厚度方向的作用深度有限，电流越大其作用深度越小，活性物质被利用的程度越低，电池给出的容量也就越小。
在大电流放电时，由于极化和内阻的存在，电池的端电压低，电压降损失增加，使电池端电压下降快，也影响容量。
2.2.2温度影响
环境温度对电池的容量影响较大，随着环境温度的降低容量减小。
环境温度变化1℃时的电池容量变化称为容量的温度系数。
2.2.3容量的检查
国标规定，将充电的新蓄电池在电解液温度为255℃条件下，以20h率的放电电流连续放电至单格电池平均电压降到1.75V时,输出的电量为额定容量。
实际测量蓄电池按额定条件放电至终止电压，超过20小时为合格。
放电时间小于20h,则其容量低于额定容量，为不合格产品。
也可以通过表2-3所示容量测量法来判断和处理蓄电池故障。
表2-3测量电解液密度、容量判断和处理蓄电池故障
电解液密度值（g/cm3）（25℃）
故障判断
处理方法
容量百分比（%）
故障判断
处理方法
1.300以上
过充电严重或加液错误
用蒸馏水调整密度至1.285
各单格蓄电池均在100以上
完全充足电
可正常使用
1.250～1.285
良好
可继续使用
各单格蓄电池均在80以上
基本正常
可继续使用
1.220～1.250
充电不足
可继续使用
各单格蓄电池均在50左右
轻度硫化
过量充电排除硫化
1.100～1.220以下
过放电或可能有极板硫化
充电后再检查
各单格蓄电池均在30左右
严重硫化或寿命终止
排除硫化或报废
单格蓄电池相差0.05以上
电解液密度低的有短路
分解排除故障或报废
容量为零
内部断路
分解修理或报废
电解液密度正常，色泽混浊
活性物质脱落过多或加入不洁净的硫酸和水
更换电解液
某单格蓄电池容量极低
容量极低、内部短部
分解修理或报废
2.3铅酸蓄电池的使用与保养
一、正确的充放电
1．充电操作规程如下
1）冲洗电瓶箱箱体；
2）撑起箱盖冲洗电瓶表面；
3）打开电瓶加水口盖子，按要求测量单体电瓶电压及电解液密度，并按要求认真填写；
4）检查电解液液位，补充蒸馏水至查处滤网10mm左右；
5）插上冷却水水管；
6）检查所有连接导线，如有损坏立即用高压电胶布缠好，确认所有导线完好后，插好充电机跟电瓶箱连接插头；
7）开机充电，首先将选择开关打至“常规”，再按下“电源合闸”按钮，最后调节充电电流至合适值。
2、停机操作规程如下
1）关闭充电机，首先将电流调节旋钮逆时针旋转到底，然后按下“电源分闸”按钮，最后将选择开关打至中位；
2）拔掉连接插头并再次检查所有连接导线，如有损坏立即用高压电胶布缠好；
3）拔掉冷却水水管；
4）按要求测量单体电瓶电压及电解液密度，并按要求认真填写；
5）检查电解液液位，补充蒸馏水至查处滤网20mm左右；
6）盖上电瓶加水口盖子，冲洗电瓶表面；
7）盖上箱盖，准备下井。
3、充电过程中注意事项：
1）冷却水水管插好半个小时后，看是否有冷却水从冷却水溢出口益出，如果没有，检查相关设备是否正常；
2）时刻注意电瓶温度，最好每箱插一根温度计，如果温度过高，应加大冷却水流量或者减小充电电流；
3）时刻注意冷却水水位，如果淹没电瓶，应立即减小冷却水流量；
4）时刻关注是否有漏电现象，有无电解液益处、箱体局部冒烟、箱体局部产生电火花等现象并及时采取对应措施。
5）每四个小时抽查部分电瓶电压及电解液密度，看是否在正常值范围之内，若超出正常值范围，立即采取相应措施。
二、均衡充电
所谓均衡充电，就是均衡电池特性的充电，是指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。
每月根据日常统计的资料以及施工情况安排一次均衡充电。
三、使用环境
蓄电池应安装在远离热源和易产生火花的地方，在清洁的环境中使用。
建议电池室温在15℃至35℃之间，最好安装空调，控制温度在25℃左右。
潮湿、通风不畅、太阳照射等环境必然会使阀控蓄电池的寿命缩短。
因此环境清洁、良好的通风条件、环境温度以及避免阳光直射是十分必要的。
另外为了方便蓄电池的保养，选择机房时要留有适当的保养空间。
第3章汽车蓄电池故障分析
3.1铅酸蓄电池的失效模式
3.1.1干涸失效模式
从铅酸蓄电池中排出氢气、氧气、水蒸气和酸雾，都是电池失水的方式和干涸的原因。
电池干涸失效是铅酸蓄电池所特有的。
失水的原因有以下几种：
1、自放电
正极自放电析出的氧气可以在负极再化合而不至于失水，但负极出析的氢不能在正极复合，会在电池累积，从安全阀排出而失水，尤其是电池在较高温度下贮存时，自放电加速。
2、从电池壳体蒸发水
电池壳体的渗透率，除取决于壳体材料种类、性质外，还与其壁厚，壳体内外间水蒸气压差有关。
虽然有些壳体材料的水蒸气渗透率较大，但强度好，所以仍然得到广泛的应用。
3、板栅腐蚀
电池骨架板栅由合金铅制成，虽然它有很强的抗腐蚀能力，但长期浸泡在酸溶液中，形成一定的腐蚀。
板栅腐蚀也会造成水分的消耗，铅合金和酸发生化学反应后，生成的盐类需要水分才能形成结晶。
3.1.2容量过早损失的失效模式
阀控铅酸蓄电池早期容量损失常容易在如下条件发生：
①不适宜的循环条件，诸如连续高速率放电、深放电、充电开始时低的电流密度。
②缺乏特殊添加剂如Sb、Sn、H2S04。
③低速率放电时高的活性物质利用率、电解液高度过剩，极板过薄等。
④活性物质视密度过低，装配压力过低等。
3.1.3热失控的失效模式
大多数电池体系都存在发热问题，在阀控铅酸蓄电池中可能性更大，这是由于：
氧再化合过程使电池内产生更多的热量；排出的气体量小，减少了热的消散。
若阀控铅酸蓄电池工作环境温度过高，或充电设备电压失控，则电池充电量会增加过快，电池内部温度随之增加，电池散热不佳，从而产生过热，电池内阻下降，充电电流又进一步升高，内阻进一步降低。
如此反复形成恶性循环，直到热失控使电池壳体严重变形、涨裂。
为杜绝热失控的发生，要采用相应的措施：
①充电设备应有温度补偿或限流功能。
②严格控制安全阀质量，以使电池内部气体正常排出。
③蓄电池要安装在通风良好的位置，并控制电池温度。
3.1.4负极不可逆硫酸盐化
正常条件下，铅蓄电池在放电时形成的硫酸铅结晶，在充电时能较容易地还原为铅。
如果电池使用和维护不当，例如经常处于充电不足或过放电，负极就会逐渐形成一种粗大坚硬的硫酸铅，它几乎不溶解，用常规方法充电很难使它转化为活性物质，从而减少了电池容量，甚至成为蓄电池寿命终止的原因，这种现象称为极板的不可逆硫酸盐化。
为了防止负极发生不可逆硫酸盐化，必须对蓄电池及时充电，不可过放电。
3.1.5板栅腐蚀
在铅酸蓄电池中，正极板栅比负极板栅厚，原因之一是在充电时，特别是在过充电时，正极板栅要遭到腐蚀，逐渐被氧化成二氧化铅而失去板栅的作用，为补偿其腐蚀量必须加粗加厚正极板栅。
所以在实际运行过程中，一定要根据环境温度选择合适的浮充电压，浮充电压过高，除引起水损失加速外，也引起正极板栅腐蚀加速。
电池的设计寿命是按正极板栅合金的腐蚀速率进行计算的，正极板栅被腐蚀的越多，电池的剩余容量就越少；电池寿命就越短。
3.2铅酸蓄电池内部故障
3.2.1极板硫化及修复
极板硫化故障的现象，表现为极板上生成难溶解的白色粗结晶硫酸铅，在正常充电时不能转化为活性物质。
产生故障的蓄电池在放电时，电压急剧降低，过早降至终止电压，电池容量降低；电解液密度低于正常数值。
蓄电池在充电时，单格电压上升过快，电解液温度迅速升高，但密度增加缓慢，过早产生气泡，甚至充电时就有气泡。
以下几种情况会造成极板硫化：
①长期充电不足或放电后没有及时充电，导致极板上的硫酸铅有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，硫酸铅溶解度越大，当环境温度降低时，溶解度减小，溶解的硫酸铅就会析出，由于蓄电池工作时温度变化，因此析出硫酸铅在极板上再次结晶析出，形成硫化。
不能将半放电的蓄电池长期搁置，尤其要注意给蓄电池定期补充充电，使之保持完全充电状态。
②电解液液面过低，使极板上部与空气接触而被氧化，在行车中，电解液上下波动与极板氧化部分接触，会生成大晶粒硫酸铅硬化层，使极板上部硫化，因此要定期检查电解液面高度和密度，发现液面降低应及时添加蒸馏水。
③长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成硫酸铅，不能让蓄电池过度放电，每次接通启动机时间不应超过5s，避免低温大电流放电。
④新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。
⑤电解液密度过高、成分不纯。
对于轻度硫化的蓄电池，可用小电流充电和换加蒸馏水的方法予以排除，硫化较严重者采用去硫化充电方法消除硫化。
由于各公司蓄电池的性能和极板硫化的程度不一样,各蓄电池去硫化修复工艺不一样,也有用去硫化仪等蓄电池修复设备。
修复已经硫化蓄电池的工艺如下：
①对于极板轻微硫化的蓄电池，可用均衡充电法即小电流长时间充电的方法加以克服，即用初次充电的第二阶段电流连续进行过量充电，待电解液中产生大量气泡，电解液比重达到1.280g/cm3即可。
②硫化充电严重者采用“水治疗法”修复。
此时电解液液面下降，出现半干涸状态，先向电池内补足纯水，再用补充第二阶段电流均衡充电法连续充电数日，当放电容量能达到额定容量的80%时,表示处理工作基本完成。
若放电容量仍很小时则继续重复上述充电方法，直到电池恢复正常为止。
硫化特别严重的蓄电池应报废。
不过随着电池再生技术的进步而得到改进。
电池再生方法主要有反充与化学充电法、电解液浸润法与更电池电解法、反充法。
3.2.2活性物质脱落及修复
活性物质脱落的现象主要表现为正极活性物质二氧化铅脱落，充电时从加液孔中可看到有褐色物质，电解液浑浊，会造成蓄电池容量减小。
以下几种情况会造成活性物质脱落：
①蓄电池充电电流过大，电解液温度过高，使活性物质膨胀、松软而易于脱落。
②蓄电池经常过充电，极板孔隙中逸出大量气体，在极板孔隙中造成压力，而使活性物质脱落。
③蓄电池经常低温大电流放电使极板弯曲变形，导致活性物质脱落,因此铅蓄电池在使用过程中，将放电电流和电解液比重控制在最低值，是防止正极板活性物质脱落的可行措施。
④汽车行驶中的颠簸振动，这在汽车行驶过程中是不可避免的。
对出现活性物质脱落的铅蓄电池，排除故障的方法是：
若沉积物较少时，可清除后继续使用；若沉积物较多时，应更换新极板和电解液。
实践证明，极板活性物质的脱落主要发生在蓄电池的放电过程中。
3.2.3极板板栅腐蚀与修复
极板板栅腐蚀主要是指
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