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汽车电气原理与维修 第一章蓄电池 第一节蓄电池概述 一 蓄电池的分类 1 铅酸蓄电池2 镍碱蓄电池 二 蓄电池的作用 蓄电池是一种可逆直流电源 是汽车上的两个电源之一 与发电机并联 在发动机起动时 蓄电池作为电源向起动机 点火系统和其它用电设备供电在发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电当发电机超载时 协助发电机供电蓄电池存电不足 而发电机负载又较少时 被发电机充电蓄电池相当于一个大容量电容器 当发电机转速 负载发生较大变化时 能够保持汽车电器系统电压的相对稳定 还可吸收发电机产生的瞬间过电压 保护汽车电子元件不被损坏 所以发电机不允许脱开蓄电池运转 汽车上的蓄电池主要用于起动 称为起动型蓄电池 第二节蓄电池的结构和型号 一 铅酸蓄电池的构造 单格蓄电池标称电压为2V 汽车用的12V蓄电池由6个单格电池串联而成 单格电池由正极板 负极板 隔板 电解液 电池盖板 加液孔塞和电池外壳组成 正极板上的活性物质为PbO2 呈深棕色负极板上的活性物质为纯铅Pb 呈青灰色 极板由栅架和填充其上的活性物质组成 正负极板间由隔板隔开 确保绝缘 防止短路 壳体 作用 蓄电池外壳为一整体式结构的容器 极板 隔板和电解液均装入外壳内 使用要求 应耐酸 耐热 耐寒 抗震动 并具有足够的机械强度 蓄电池电压 单格2V 蓄电池电压一般有6V和12V两种规格 因此 外壳内由间壁分成3个和6个互不相通的单格 电解液在充放电的电化学反应过程中 起离子间的导电作用并参与化学反应 电解液由密度为1 84g cm3的纯硫酸H2SO4和蒸馏水按一定比例配制而成 其密度一般为1 24 1 30g cm3 二 蓄电池的规格型号 按照JB T2599 1993 铅酸蓄电池产品型号编制方法 的规定 型号分为三段 例 6 QA 90由6个单体蓄电池组成 额定电压为12V 额定容量为90A h的起动型干荷电蓄电池 拓展 6QW54410CCA92RC 第三节蓄电池的工作原理与特性 一 蓄电池的工作原理 化学反应机理放电过程 将蓄电池的化学能转换成电能的过程 从理论上说 蓄电池这种放电过将极板上所有物质全部转变为硫酸铅 但实际转化的只有20 30 充电过程 将电能转换成蓄电池化学能的过程 充电时蓄电池的正负两极接通直流电源 二 蓄电池的工作特性 1 静止电动势蓄电池在静止状态 不充电也不放电 时正负极板之间的电位差 即开路电压 称为静止电动势 Es 一般规定单格铅蓄电池的额定开路电压为2 0V 开路电压 静止电动势 公式 Es 0 85 25 C V 汽车用蓄电池的电解液密度一般在1 12 1 30g cm3之间 因此Es 1 97 2 15 V 2 内阻蓄电池的内阻等于电解液电阻 隔板电阻 极板电阻 连条和极柱电阻的总和 在相同条件下 内阻越小 蓄电池的容量就越大 当电解液相对密度为1 2左右时 其电阻最小 蓄电池容量增大 3 充电特性指在恒流充电过程中 蓄电池的端电压和电解液密度 随充电时间变化的规律 特征 电解液中急剧地冒气泡 呈 沸腾 状态 端电压和电解液密度均上升到最大值 且2 3小时内不再上升 4 放电特性指在恒流放电过程中 蓄电池的端电压和电解液密度 随放电时间变化的规律 特征 电解液相对密度下降到最小许可值 约1 1 单体电池的端电压降低到放电终止电压 20h 1 75V 10h 1 7V 第四节蓄电池容量及影响因素 1 蓄电池容量 C 指在规定的放电条件下 完全充足电的蓄电池所能输出的电量 单位 安 时 A h 2 蓄电池的额定容量 C20 指完全充足电的蓄电池 在电解液温度为25 时 以20h放电率 放电电流为0 05C20 连续放电 直到单体电池端电压降至1 75V时为止所输出的电量 一 蓄电池的容量 1 结构因素极板厚度越薄 活性物质的利用率就越高 容量就越高 极板面积越大 同时参与反应的物质就越多 容量就越大 同性极板中心距越小 蓄电池内阻越小 容量越大 二 影响蓄电池容量的因素 2 使用因素放电电流 放电电流越大 容量越小 电解液温度 在一定的放电电流下 温度越低容量越小 电解液密度 适当增加电解液密度 可以增大容量 但密度过大 容量反而会降低 第五节蓄电池的充电方法 一 充电类型 根据充电目的的不同 充电作业可分为 初充电 新的蓄电池 补充充电 亏电蓄电池 例行每月保养 去硫化充电 极板硫化严重的蓄电池 均衡充电 各单格电池端电压 容量等存在差异 循环锻炼充电 应对蓄电池自放电情况 迫使活性物质都参与工作 一 初充电1 应用 对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电 2 作用 恢复蓄电池在存放期间 极板上部分活性物质缓慢放电和硫化而失去的电量 3 特点 初充电的特点 充电电流小 充电时间长 必须彻底充足 4 初充电程序 1 加注电解液密度 符合厂家规定 液面高度符合要求 2 连接蓄电池 3 选择充电电流恒流法IC1 C20 15IC2 C20 30 二 补充充电1 应用 蓄电池使用后的充电 2 需补充充电情况 1 启动无力时 非机械故障 2 前照灯灯光暗淡 表示电力不足时 3 电解液密度下降到1 20g cm3以下时 4 冬季放电超过25 夏季放电超过50 时3 补充充电与初充电的不同点 1 充电前不需要加注电解液 2 蓄电池补充充电电流的选择 IC1 C20 10 A IC2 C20 20 A 3 充电时间约为13 16h 三 去硫化充电1 应用 蓄电池轻度硫化 可用充电的方法予以消除2 作用 消除蓄电池的硫化故障3 初充电程序 1 倒出电解液 加入蒸馏水冲洗两次后 再加入蒸馏水 2 用IC C20 30 A 的电流进行充电 当密度上升到1 15g cm3时 倒出电解液 再加蒸馏水继续充电 直至密度不再上升 3 以20h率放电电流放电至单池电压降到1 75V时 再进行上述充电 反复进行以上过程 直至输出容量达到额定容量的80 以上 即可使用 二 充电方法 一 定流充电是指在充电过程中 充电电流保持一定的充电方法 由于各蓄电池需串联连接 所以又称串联充电 定流充电的连接方式 1 两阶段充电法第一阶段 用较大电流充电 当单格电池电压升到2 4V 电解液开始产生气泡 第二阶段 将充电电流减小一半进行第二阶段恒流充电 充电到电解液剧烈放出气泡 沸腾 再过充电2 3h直至电解液相对密度和电压稳定不变为止 2 定流充电的具体应用 1 初充电第一阶段 开始充电时电流调整为容量的1 15 到电解液冒出气泡 单体电池端电压达到2 4V为止 第二阶段 充电电流调整为蓄电池容量的1 30 充电到电解液剧烈放出气泡 沸腾 再过充电2 3h直至电解液相对密度和电压稳定不变为止 2 补充充电开始充电电流为容量的1 10 第二阶段为1 20 3 定流充电的注意事项 由于充电时 每个单体电池需要2 7V电压 故串联的单体电池总数不应超过n Uc 2 7 Uc为充电机的额定电压 串联的蓄电池最好容量相同 否则充电电流的大小必须按照容量最小的蓄电池来选定 而容量大的蓄电池则充电太慢 4 定流充电的优缺点优点适应性广 可以任意选择和调整充电电流 可普遍用于初充电 补充充电和去硫化充电等缺点充电时间太长 且需经常调解充电电流 二 定压充电是指在充电过程中 充电电压始终保持不变的充电方法 由于各蓄电池需并联连接 所以又称并联充电 定压充电的连接方法 1 定压充电过程 特点 因为IC U E R0 所以在定压充电开始时 充电电流很大 此后随着蓄电池电动势E的增大 充电电流逐渐减小 至充电终了时 IC将自动降低到零 因此电压充电无需由人照管 定压充电特性曲线 2 定压充电的应用只用于补充充电 因为不能调整充电电流的大小 3 定压充电的注意事项 要选择好充电电压 若充电电压过高 充电初期电流过大 过充电 使极板弯曲 电池升温 若充电电压过低 蓄电池不能充电 要求 一般单体电池电压约需2 5V 4 定压充电的优缺点 优点充电速度快 充电时间短 开始充电后4 5h内蓄电池就可以获得本身容量的90 95 且不需人工调整和照管 缺点由于充电电流大小不能调整 所以不能保证蓄电池彻底充足电 也不能用于初充电和去硫化充电 三 脉冲快速充电以脉冲大电流充电来实现快速充电的方法 1 充电过程 1 大电流恒流充电电流IC 0 8 1 C20至单池电压升至2 4V 2 前停充15 25ms 3 反向脉冲充电电流IC 1 5 2 0 C20 t 150 1000 s 4 后停充25 40ms 如此循环 直至充足电 2 脉冲充电的优缺点优点 1 充电时间大大缩短 初充电不多于5h 补充充电仅需1 2h 2 可增加蓄电池容量 3 具有明显的去硫化作用缺点 1 价格昂贵 2 需区分正 负极性 第六节蓄电池的常见故障及排除 蓄电池常见故障包括内部故障和外部故障 一 外部故障外壳裂纹 极柱腐蚀 极柱松动 封胶干裂 二 内部故障极板硫化 活性物质脱落 极板栅架腐蚀 极板短路 自放电 极板拱曲 一 极板硫化1 现象极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象简称硫化 粗晶粒硫酸铅导电性差 正常充电很难还原 晶粒粗 体积大 堵塞活性物质孔隙 内阻增大 2 故障特征放电时 内阻大 电压急剧下降 不能持续供给启动电流 充电时 内阻大 单格电池的充电电压高达2 8V以上 密度上升慢 温度上升快 过早出现沸腾现象 3 故障原因长期充电不足或过度放电电解液液面过低 极板外露部分硫化电解液相对密度过高 不纯4 解决办法去硫化充电 二 活性物质脱落 主要脱落的是正极板上棕红色的PbO2 1 故障特征蓄电池输出容量下降 充电时电解液混浊 有棕色物质自底部上升2 故障原因充电电流过大过充时间过长低温大电流放电汽车行驶时颠簸 振动 三 自行放电蓄电池在无负载的状态下 电量自动消失的现象称为自放电 蓄电池的自放电是不可避免的 栅架中含锑 1 故障特征如果充足电的蓄电池一昼夜容量降低超过2 称为故障性自放电 应不超过0 7 2 故障原因电解液含杂质过多蓄电池内部短路电池表面不清洁 四 极板短路1 故障特征充电电压很低或为零 密度上升很慢或不上升 气泡很少或无气泡 2 故障原因隔板损坏 使正负 极板接触活性物质大量脱落 沉积后将正负极板连通 必须拆开检查 第七节蓄电池的使用与维护 一 常用蓄电池 干荷电蓄电池免维护蓄电池胶体电解质蓄电池碱性蓄电池 一 干荷电蓄电池极板处于干燥的已充电状态和无电解液贮存的蓄电池能够在极板完全干燥的状态下长期保存 一般为2年 干荷蓄电池加足电解液后 静放20 30min即可使用 无需初充电需要进行补充充电需要添加蒸馏水 二 免维护电蓄电池 MF MaintenanceFree1 含义 在合理的使用期限内 无需进行日常维护或只需较少维护的蓄电池2 结构特点 极板栅架采用铅钙锡合金制成 消除了锑的副作用 采用袋式聚氯乙烯隔板 可避免活性物质脱落 极板短路 采用新型安全通气装置 可阻止水蒸气和硫酸气体通过 外壳由聚丙烯塑料制成 槽底无筋条 3 免维护蓄电池技术情况的检查 通过检查孔观察其内部密度计反应出的颜色来判断 绿色 技术状况良好 黑色 电解液密度偏低 应进行补充充电 浅黄色 电解液液面过低 需更换4 免维护蓄电池的使用特点 无需初充电 直接可以使用 无需添加蒸馏水 必要时需要进行补充充电 5 免维护蓄电池的优点使用中不需加水自放电少耐过充电性能好使用寿命长 一 三抓1 抓及时 正确充电装车使用电池应定期补充充电 其放电程度冬季不超过25 夏季不超过50 带电解液存放的蓄电池应定期补充充电 2 抓正确使用操作每次启动时间不超过5s 启动间隔时间应大于15s 最多连续启动3次 3 抓清洁保养及时清除蓄电池表面的酸液 经常疏通通气 二 蓄电池的维护 二 五防1 防止过充和充电电流过大2 防止过度放电3 防止电解液液面过低4 防止电解液密度过大5 防止电解液内混入杂质 三 蓄电池的检查 1 目测 电解液液面应在蓄电池外壳上 下液面线之间 2 用玻璃管测量见图 当液面过低时 应加注蒸馏水 以恢复正确的液面高度 除非确知电解液溅出 否则不许添加硫酸溶液 一 液面高度检查 1 用吸式密度计检测 测电解液密度 测电解液温度2 25 相对密度计算 25 t t 25 0 00075密度温度系数 二 电解液密度 放电程度 检查 电解液相对密度与充电状态比照表 注 表中的电解液密度为25 条件下 三 起动性能测试 利用高效放电计模拟接入起动机负荷 测量蓄电池在大电流放电时的端电压 用以判断蓄电池的起动能力和放电程度 1 利用高效放电计测试 U 9 6V 说明性能良好 但容量不足U 10 6 11 6V 说明为充足电状态U迅速下降 说明蓄电池已经损坏 用力将高效放电计的触针压紧蓄电池正负极5s 2 就车起动测试连续起动起动机几次 看驱动是否有力开启大灯 起动起动机 看力量是否足够 灯光稍变暗 四 冬季使用蓄电池的注意事项 1 应特别注意保持其处于充足电状态 以防结冰 2 冬季补加蒸馏水应在充电时进行 以防结冰 3 冬季容量降低 发动机启动前应进行预热 每次启动时间不超过5s 每次启动间隔应不少于