汽车与蓄电池概述.docx

1、汽车与蓄电池概述2 蓄电池2.1 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。它的功用是：1起动发动机时，向起动机和点火系供电；2发电机不发电或电压较低时向用电设备供电；3发电机超载时，协助供电；4发电机端电压高于蓄电池电压时，将发电机的电能转变为化学能储存起来；5大电容器作用，能够吸收发电机和电路中形成的过电压。2.2 蓄电池的结构汽车用蓄电池必须满足发动机起动的需要，即在短时间内向起动机提供大电流（汽油机为200600A，柴油机可达1000A）。汽车上采用蓄电池通常称为起动型蓄电池。根据电解液的不同，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、

2、内阻小、起动性能好，能在短时间内提供起动机所需的大电流,因此得到了广泛而长期的应用。图1-1 蓄电池的基本结构铅酸蓄电池是在盛有稀硫酸的容器内插入两组极板而构成的电能存储器，它由正极板、负极板、隔板、电池盖、电解液、加液孔盖和电池外壳组成。（图1-1）容器分为3格或6格，每格装有电解液，正负极板浸入电解液中成为单格电池。每个单格电池的标称电压为2V，因此，3个串联起来成为6V蓄电池，6格串联起来成为12V蓄电池。1极板1）构成 极板是电池的基本部件，它的作用是接受充入的电能和向外释放电能。极板由栅架和活性物质组成。分为正极板和负极板，正极板上的活性物质是棕红色的二氧化铅（bO2），负极板上的活

3、性物质是青灰色的海绵状纯铅（b），如图1-2所示。图1-2 蓄电池极板栅架一般由铅锑合金铸成，其作用是固结活性物质。如图1-3所示：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，（图1-3）右图为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。 图1-3 蓄电池极板栅架2）极板的片数将正、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，如图所示。 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。图1-4 蓄电池极板组隔板

4、，如图1-4所示：作用：放置在正负极板之间，以避免其接触而短路。要求：应具有多孔性，以便电解液渗透，且化学稳定性要好，具有耐酸和抗原氧化性。类型：）木质 价格便宜，但耐酸性差，已很少使用。）微孔橡胶 性能好，寿命长，但生产工艺复杂、成本高，故尚未推广使用。）微孔塑料 其孔径小、孔率高、薄而软，生产效率高、成本低，所以目前推荐使用。4）玻璃纤维纸浆和玻璃纤维丝棉5）袋式隔板 免维护蓄电池使用较多，它将正极板装入，起到良好的分隔作用，这样可以增大极板面积，进而增大蓄电池的容量。注意事项：隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽应面对着正极板，且与底部垂直，以便充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极

5、板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。电解液电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，它由纯净硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，也叫稀硫酸。水的密度为1 g/cm3,硫酸的密度为1.84/cm3，两者以不同的比例混合后形成不同密度的电解液。电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则粘度增加，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。汽车用铅蓄电池的电解液密度一般为1.241.30 g/cm3，使用中电解液密度应根据地区、气候条件和制造厂家的要求而定。 不同地区和气候条件下电解液的相对密度 表21使用地区最低温度充足电的蓄电池在25

6、时的电解液密度冬 季夏 季-401.31.26-30 -401.281.24-20-301.271.240-201.261.2301.231.234外壳 作用：用于盛装极板组和电解液。要求：耐酸、耐热、耐震动冲击。材料：硬橡胶、聚丙烯塑料两种。结构：蓄电池每组极板所产生的电动势大约为，要想获得更高的电动势，通常要使多组极板串联起来，因此在制造蓄电池外壳时，将一个电池外壳内分成若干个单格，即每个单格内一组极板，所以，的蓄电池为个单格，12蓄电池为个单格。每个单格的底部制有凸筋，用来搁置极板组。凸筋之间的空隙可以积存极板的脱落物质，防止正、负极板短路，如图1-5所示。图1-5 蓄电池壳体极板组的连

7、接均采用铅质连条进行串联。可分为两种形式，即传统的外露式连接和当前常见的穿壁式连接。加液孔用来向蓄电池单格内加注电解液或蒸馏水，加液孔盖上有通气小孔以保证蓄电池内部与大气的压力平衡。2.3 蓄电池的型号1国产蓄电池的型号国产蓄电池的型号一般标注在外壳上，分为三段5部分组成：串联的单格电池数蓄电池类型和特征额定容量和特殊性能如:6-QA-105D“6”用阿拉伯数字表示串联的单格电池数；“QA”用汉语拼音字母表示蓄电池的主要用途和类型，其含义如下：Q 起动用蓄电池；M 摩托车用蓄电池；JC 船用蓄电池；HK 飞机用蓄电池；“A”用汉语拼音字母表示蓄电池的特征（无字为干封普通铅蓄电池、“A”为干式荷

8、蓄电池、“B”薄型极板;“W”无需维护）；“105”数字表示20h放电率额定容量；105Ah“D”汉语拼音字母表示蓄电池的特殊性能（ G 高起动率蓄电池；S表示塑料壳体；D表示低温起动性能好）2德国蓄电池的型号按德国DIN标准生产的铅蓄电池，其型号由5个数字组成，分为前、后两部分，中间由空档隔开。前3个数字表示蓄电池的额定电压和额定容量，后两个数字表示蓄电池的特殊性能。DIN规定，3个单格蓄电池的首位数字基数为“0”，6个单格蓄电池的首位数字的基数为“5”；型号的第二、第三位数字表示蓄电池额定容量的十位数和个位数。当额定容量超过100安培小时后，每增加100安培小时，首位数字要加“1”。如“0

9、98 11”额定电压为“6V”、额定容量为98安培小时；再如“135 12”型蓄电池，其额定电压为“6V”、额定容量为135安培小时。桑塔纳轿车配用的蓄电池的型号为“554 15”，表示额定电压为12V，额定容量为54安培小时。后两位数字表示蓄电池的技术性能和结构特征。3美国、日本蓄电池的型号按美国BCI标准生产的铅酸蓄电池，型号由两组数字组成，中间由一短横线相隔。第一组数字表示蓄电池的组号，即蓄电池的外形尺寸；第二组数字表示蓄电池的低温起动电流值。北京切诺基用蓄电池型号为“58475”或“58500”，其外形尺寸一致，17.8时的起动电流分别为475安和500安.按日本标准生产的蓄电池，型号

10、由两部分组成。如6N22A、12N2A4A、12N73B第一部分表示蓄电池的型式。开头的数字“6”或“12”表示蓄电池的公称电压；“N”代表日本的缩写；后面数字表示10小时的电容量数值；数字之后的字母表示同一容量下的电槽的种类不同；第二部分表示端子及排气口的位置。数字表示端子的位置，字母表示排气口的位置。2.4 蓄电池的工作原理蓄电池的工作过程是一个化学能与电能相互转化的过程。当蓄电池的化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外 图1-6 蓄电池基本工作原理界电源相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。如图1-6所示：1.电动势的建立正极板上二氧化铅电离为正四价铅离子和

11、负二价氧离子,铅离子附着在正极板上,氧离子进入电解液中,使正极板具有2.0V的正电位；负极板上的纯铅电离为正二价铅离子和两个电子，铅离子进入电解液中，电子留在负极板上，使负极板具有-0.1的负电位。因此，正、负极板间有2.1V的电位差。2.放电过程在电位差的作用下，电流从正极流出，经过灯泡流回负极，使灯泡发光。正极板上的正四价铅离子与电子结合生成正二价铅离子，进入电解液再与硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在正极板上）；负极板上，正二价铅离子也同硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在负极板上）（图1-7）。结论:1）放电过程中，正极板上的正四价铅离子得电子成为正二价铅离子，并与硫酸根离子生成硫酸铅附着在

12、正极板上；负极板上的铅失去电子成为正二价铅离子，并与硫酸根离子生成硫酸铅，附着在负极板上。a) b)图1-7 蓄电池充电放电过程a) 充电过程 b) 放电过程2）正极板上的正四价铅离子逐渐变成正二价铅离子，其电位逐渐降低；负极板上电子不断流出，其电位逐渐升高，放电过程结束，两极板间的电位差减小为“0”，外接电路中的灯泡“熄灭”。3）随着放电过程的进行，电解液中的硫酸根离子不断与正、负极板上的铅离子生成硫酸铅而附着在极板上，使得电解液中的硫酸根离子逐渐减少。同时，由于正极板上负二价氧离子与氢离子生成水，电解液中的水不断增多,结果使得电解液的密度不断下降。3充电过程充电时，外接直流电源的正极接蓄电

13、池的正极板，电源的负极接蓄电池的负极板。当直流电源的电动势高于蓄电池的电动势时，电流将以放电电流相反的方向流过蓄电池。正极板上，正二价铅离子失去2个电子而成为正四价铅离子，再与水反应生成二氧化铅，附着在正极板上，电位升高；负极板上，正二价铅离子得到2个电子生成一个铅分子而附着在负极板上；从正、负极板上电离出来的硫酸根离子与水中的氢离子结合生成硫酸。结论：1）充电过程中，正极板上的正二价铅离子失电子成为正四价铅离子，电位上升；负极板上的正二价铅离子得到电子成为铅分子，电位降低。正、负极板间的电位差加大。2）随着充电过程的进行，极板上的的硫酸根离子不断不断进入电解液与氢离子生成硫酸，使得电解液中的

14、硫酸根离子逐渐增多，结果使得电解液的密度不断升高。2.5蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性包括：静止电动势、内阻、充电特性和放电特性。1.静止电动势定义：蓄电池在静止状态下（充电或放电后静止23小时），正负极板间的电位差称静止电动势，用E0(Ej)表示测量方法：（1）用直流电压表或万用表的直流电压档直接测得； （2）测出电解液密度，然后用经验公式求得。E0=0.85+25E0:蓄电池的静止电动势; 25 ：25时的电解液相对密度在实际使用中,蓄电池电解的温度受环境温度的影响,不可能总保持在25,这样就必须将任意温度时的相对密度换算成25时的相对密度。换算公式如下：25=t+(t25)t：电解液任

15、意温度下的实测相对密度；：相对密度温度系数， =0.00075; t：实测相对密度时的电解液温度。2.内电阻铅蓄电池的内电阻包括:电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条电阻。（1）极板电阻：正常使用条件下，极板电阻很小，只有极板发生硫化故障时，极板的电阻才明显增大；（2）电解液电阻：电解液电阻与电解液的温度、密度有关。密度大、温度低，电解液的粘度增大，渗透力下降，电解液的电阻增大；（3）隔板电阻：隔板电阻主要取决于隔板的材料、厚度及多孔性；（4）联条电阻：采用穿壁式结构后，电阻可以忽略不计。3.蓄电池的充电特性定义:在恒流充电过程中,蓄电池的端电压V、电动势E和电解液密度随时间变化的规律。蓄电池

16、的充电过程可分为以下四个阶段:（图1-8） (1)迅速上升阶段:充电开始,在极板的孔隙表层中首先形成硫酸,且来不及向外扩散,致使孔隙中的电解液密度增大.此阶段蓄电池的端电压和电动势迅速增大图1-8 蓄电池充电特性曲线(2)稳定上升阶段:充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外扩散硫酸速度相同时,蓄电池的端电压和电动势随整个容器内电解液密度的上升而缓慢上升.(3)急剧上升阶段:端电压上升致2.32.4V时,极板上可能参加变化的活性物质大多恢复为二氧化铅和铅,若继续充电,则电解液中的水被电解成H2和O2,以气泡形式放出,形成“沸腾”。但是氢离子在负极板处与电子的结合不是瞬时完成的，于是在负极板处就积聚了大

17、量的氢离子，使电解液与极板间产生了附加电位差（0.33V）,因而端电压上升到了2.7V.(4)急剧下降阶段：端电压上升到2.7V后应停止充电。若继续充电，则称为过充电。过充电会产生大量的气泡从极板孔隙中冲出，导致活性物质脱落，蓄电池的容量下降。停止充电后，电源电压消失，积聚在负极板周围的氢离子形成氢气逸出，孔隙内的硫酸向外扩散，电解液混合均匀，端电压迅速下降到稳定值。（5）充电终了：充电终了的标志是：电解液呈沸腾状（氢气和氧气的溢出）；电解液密度上升至最大值，且23小时内不再上升；单格电池的端电压上升至最大值（2.7V）,且23小时内不再上升.4蓄电池放电特性蓄电池的放电特性是指恒流放电时,蓄

18、电池的端电压、电动势和电解液密度随时间变化的规律。 蓄电池的整个放电过程可分为以下4 个阶段:（图1-9）图1-9 蓄电池放电特性曲线(1)开始放电阶段开始放电时, 化学反应在极板孔内进行, 首先消耗的是极板孔内的硫酸, 而该范围内硫酸很有限, 此时外围硫酸来不及向内补充, 所以极板孔内电解液密度迅速下降(电动势迅速下降) , 端电压迅速下降。(2) 相对稳定阶段随着极板孔隙内电解液密度的不断下降,孔隙内外电解液的密度差不断增大,在密度差的作用下, 硫酸向孔隙内的扩散速度也随之加快, 从而使放电电压和放电电流得以维持。当孔隙外补充的硫酸和孔隙内部消耗的硫酸基本相等时, 极板孔隙内外的密度差将基

19、本保持一定。此时孔隙内电解液密度将随着孔隙外电解液密度一起下降, 端电压也按近似直线规律缓慢下降。(3) 迅速下降阶段以下3 个方面的原因导致了端电压迅速下降。当放电接近终了时, 孔隙外电解液密度已大大下降, 孔隙外硫酸向孔隙内补充的速度减慢, 离子的扩散速度下降;随着放电时间的延长, 极板表面硫酸铅的数量增多, 使孔隙变小, 将极板活性物质与电解液隔开来; 硫酸铅本身的导电性能差。放电时间越长,硫酸铅越多, 内阻越大。通常把端电压急剧下降的临界点(端电压约为1.1.7 V) 称为放电终了。若此时仍继续放电, 端电压会很快下降到0 , 所以必须停止放电。(4) 电压回升阶段停止放电后, 由于放

20、电电流为0 , 故内阻上的压降为0 ; 且因有足够时间让硫酸渗入到极板孔隙内, 使电解液混合均匀, 所以端电压回升到由此时电解液密度相对应的电动势数值。蓄电池放电终了, 停止放电后, 端电压回升是一种表面现象, 在没有充电前, 若重新接通电路继续放电, 电压急剧下降到0 的现象又会出现。(5)放电终了放电终了的特征是:单格电池电压下降到放电终止电压值(20h放电率放电时，此值为1.75V);电解液的相对密度下降到最小许可值,约为1.11。2.6 蓄电池的容量及其影响因素1.蓄电池的容量定义：蓄电池在完全充足电的情况下，在允许放电的范围内对外输出的电量，单位为安培小时（Ah）。类型：为了准确地表

21、示出蓄电池的准确容量，要规定蓄电池的放电条件。在一定放电条件下，蓄电池的容量分为额定容量和起动容量。（1）额定容量完全充足电的蓄电池在电解液平均温度为25的情况下，以20h率放电的电流连续放电至单格电压降至1.75V时所输出的电量。如一只起动型蓄电池，在电解液平均温度为25的情况下，以4.5A放电电流连续放电20h后，单格电压降至1.75V。则它的额定容量为Q=4.520=90(Ah) 。（2）起动容量常温起动容量:电解液温度为25的情况下，以5min率放电电流连续放电至规定的终止电压时所输出的电量。（6V蓄电池为4.5V,12V蓄电池为9V)低温起动容量:电解液温度为-18的情况下，以3倍额

22、定容量的电流连续放电至规定的终止电压时所放出的电量。(6V蓄电池为3V,12V蓄电池为6V).2.影响因素蓄电池的容量与活性物质的数量、极板的厚薄、活性物质的孔率、极板的结构、生产工艺、放电电流、电解液温度、电解液密度等因素有关。（1）放电电流对蓄电池容量的影响（图1-10）；放电电流越大，蓄电池的容量就越低。图1-10 放电电流对蓄电池容量的影响放电电流过大，则单位时间内参加反应的活性物质及硫酸量增多，由于极板孔隙内硫酸消耗量过快，极板外部的硫酸来不及渗入到极板的内部，使得极板孔隙内的电解液密度下降过快，蓄电池的端电压下降过快，提前到达终止电压；由于硫酸来不及渗入到极板的内部，反应在极板的表

23、面进行，生成的硫酸铅也附着在极板的表面，阻碍硫酸渗入极板，则极板内部的活性物质得不到充分利用，蓄电池的容量减小。使用注意事项:使用起动机起动发动机时,蓄电池会大电流放电,端电压会急剧下降,输出容量会减小,且容易损坏.因此,起动时应注意,一次起动时间不应超过5秒,连续两次起动应间隔15秒.(2)电解液的温度电解液温度较低时, 粘度会增大,渗透能力下降,致使蓄电池的容量减小;电解液温度较低时,电解液的溶解度和电离度也会降低,同样加剧了蓄电池容量的下降.使用注意事项:寒冷地区注意蓄电池的保温。图1-11 电解液温度对蓄电池容量的影响(3)电解液的密度（图1-11）适当增加电解液的密度,减小了电解液的

24、内阻,其渗透能力有所提高,有利于增加蓄电池的容量.但密度过高时,由于电解液的粘度增加,其内阻也增加,渗透能力反而有所降低,引起蓄电池的容量下降.因此,电解液的密度偏低时,蓄电池的容量、放电电流可以提高。所以，冬季在电解液不结冰的前提下，尽量采用低密度的电解液。(4)电解液的纯度电解液中的一些杂质会腐蚀极板上的栅架、沉附于极板上形成局部电池产生自放电。（5）结构因素 蓄电池极板的表面积越大，极板片数越多，参加反应的活性物质就越多，容量就越大。另外，极板越薄，活性物质的多孔性越好，则电解液向极板内部的渗透越容易，活性物质利用率就越高，输出容量也就越大。2.7蓄电池的充电1充电方法蓄电池的充电方法可

25、分为定流充电、定压充电和脉冲快速充电。1）定流充电 充电过程中，使充电电流保持恒定的充电方法，称为定流充电。特点:（1）充电过程中，充电电流恒定，但充电电压是变化的（充电过程中，蓄电池的端电压不断升高，为保证充电电流的恒定，充电电源电压或调节负载应随时变化）。 （2）充电电流大小可根据充电类型及蓄电池的容量确定。图1-12 定流充电时蓄电池的连接（3）不同端电压的蓄电池可以串联充电。（4）充电时间长。定流充电的接线方法如图1-12所示。充电特性曲线如图1-13所示。图1-13 定流充电特性曲线为缩短充电时间，充电过程通常分为两个阶段。第一阶段采用较大的充电电流，使蓄电池的容量得到迅速恢复，当蓄

26、电池电量基本充足，单格电池电压达到2.4V，开始电解水产生气泡时，转入第二阶段，将充电电流减小一半，直到电解液密度和蓄电池端电压达到最大值且在23h内不再上升，蓄电池内部剧烈冒出气泡时为止。2）定压充电充电过程中,加在蓄电池两端的电压保持不变的充电方法,称为定流充电。连线方式如图1-14所示。图1-14 定压充电时蓄电池的连接特点:（1）充电过程中，充电电压保持不变。（充电开始，充电电流很大，随着蓄电池电动势的为断升高，充电电流逐渐减小，直至为零。）（2）充电电压的选择：一般单格电池的充电电压选择2.5V。（若充电电压低，则蓄电池出现充电不足的现象；若充电电压选择过高，则蓄电池充足电后还会继续

27、充电，此时的充电则为过充电）。3）脉冲快速充电(亦为分段充电)图1-15 快速脉冲充电过程脉冲快速充电必须用脉冲快速充电机进行，其充电电流波形如图1-15所示。脉冲快速充电的过程是：先用0.81倍额定容量的大电流进行恒流充电，使蓄电池在短时间内充至额定容量的5060，当单格电池电压升至2.4V，开始冒气泡时，由充电机的控制电路自动控制，开始脉冲快速充电，首先停止充电25ms（称为前停充），然后再放电或反向充电，使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流（脉冲深度一般为充电电流的1.53倍，脉冲宽度为1501000s），然后再停止充电40ms（称为后停充），以后的过程为：正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后

28、停充正脉冲充电循环进行，直至充足电。特点：（1）充电速度快、充电时间或短；（一次初充电只需5h）。（2）可以增加蓄电池的容量（充电过程中，化学反应充分，且加深了化学反应的深度,并可使极板去硫化明显.因此,蓄电池的容量增加）。(3)去硫化效果好。(4)充电过程中产生大量气泡,对活性物质的冲刷力强,易使活性物质脱落,蓄电池的使用寿命下降。2充电种类1）初充电定义:新蓄电池或修复后的蓄电池(更换极板)在使用前的首次充电为初充电.操作步骤:(1)检查蓄电池的外壳,拧下加液口盖;(2)按照不同的季节和气温选择电解液密度,将选择好的电解液从加液孔处缓慢加入蓄电池内,液面要高出极板上沿15mm.(3)静止6

29、8小时,让电解液充分浸渍极板.(由于电解液浸入极板后,液面会有所下降,应再加入电解液将液面调整到规定值).(4)待电解液温度下降到30以下后,将充电机的正极接到蓄电池的正极,充电机的负极接到蓄电池的负极,准备充电.(5)选择初充电规范第一阶段的充电电流约为蓄电池容量的1/15,充电至电解液中有气泡析出,单格端电压达到2.4V.第二阶段的充电电流约为蓄电池容量的1/30.(6)开始充电 注意:充电过程中要经常测量电解液的密度和温度.如果电解液的温度超过40,则应将电流减小;如果温度继续上升至45,则应停止充电.适当采取冷却措施以降低电解液的温度.充电接近终了时,如果电解液的密度不符合规定,应用蒸

30、馏水或相对密度为1.400g/cm3电解液调整调整后再充电小时(7)充足电的标志蓄电池电解液产生大量气泡,呈沸腾状态;蓄电池电解液的密度及单格端电压达到规定值,并连续3小时不变.(8)放电新蓄电池充足电后,应以20h率放电放电的步骤是:使充足电的蓄电池休息12小时,然后以20h率放电。放电开始后每隔2小时测量一次单格电压,当单格电压下降至1.8V时,每隔20min测量一次电压，单格电压下降至1.75V时,立即停止放电.(9)进行补充充电至蓄电池充足.2）补充充电蓄电池在使用过程中,若符合下列条件应进行补充充电:（1）起动机运转无力、灯光比平时暗淡；（2）电解液密度下降至1.15g/cm3以下；

31、（）单格电池电压下降至1.75V以下;（4）贮存不用近一个月的蓄电池。操作步骤：（1）清洁 从汽车上拆下蓄电池，清除蓄电池盖上的脏污，疏通加液孔盖上的通气孔，清除极桩和导线接头上的氧化物；（2）检查电解液的密度和液面高度；（3）用高率放电计检查各单格电池的放电情况；（4）将蓄电池的正、负极接至充电机的正、负极；（5）选择充电规范：第一阶段的充电电流约为蓄电池额定容量的1/10；第二阶段的充电电流约为蓄电池额定容量的1/20。（6）充足电的标志（电解液呈沸腾状态；电解液密度和蓄电池端电压达到规定值，且连续3小时不变）。（7）将加液口盖拧紧，擦净蓄电池的表面3）去硫化充电蓄电池使用过程中可能发生极板硫化,内阻加大,充电时温度上升较快,蓄电池的容