蓄电池的测试方法.pdf

24 August CHINA 特别报道Special Report 精 如何判断车载电池是状态良好还是使用寿命已尽是长久以来的一个难题 如果蓄电池已经达到临界状态 那么在彻底 衰退之前还能使用多久 这些问题的结论性答案最终取决于你采用的电池检测手段和操作步骤 维修中常遇到的一个问题是 蓄 电池有没有问题 如果答案是 不能确 定 那么这块蓄电池还能用多长时 间 正确的测试方法和手段可以为上述问 题提供确切的答案 当今汽车上大量增加的电子元器件 使得蓄电池的性能在许多方面对车辆整体 的运行状况起着至关重要的作用 汽车蓄 电池的使用历史已久 因此 大多数技师 很久都没有静下心来重温汽车蓄电池所采 用的技术 如果像我一样从事汽车维修这 一职业很多年 那么也许你会记得过去汽 车蓄电池大多只能使用2 3年 现如今 许多原装蓄电池和许多高 质量换装蓄电池都可使用7年或更长的时 间 蓄电池使用寿命的延长部分归功于先 进的制造材料和先进的制造技术 其余 的要归功于车辆充电系统的充电控制 但是 那个维修中常遇到的问题还是存 在 蓄电池有没有问题 我们先从对一个案例的研究开始 说的是一辆因蓄电池没电被拖来维修的 车 首先看一下图1A 这是一幅示波 器记录下的交流耦合波形 测试方法是 只用示波器的两个探针分别接在蓄电池 的正负极上 示波器的设置为 幅值每 格100mV 时基每格5ms 在这个测试 中 发动机怠速运转 没有大的用电器 工作 这辆车是由于蓄电池没电被拖来 的 用启动 充电电源将车发动后 图1A 所示的是最初的测试结果 从图中可以看 出 波形是一连串几乎垂直的直线 其 幅值超过了示波器的屏幕设置 如果细 看 可以从屏幕的右上角处看到直流电压 的读数 14 6volts DC 图1B所示为同一辆车 只不过是对 相同的测试条件做了一点小小的改变 将 jump box启动 充电电源重新跨接在车上 蓄电池的两极上 这样一来就增加了原车 文 Sam Bell 译 朱之亚 边明远蓄电池的测试方法 栏目编辑 桂江一 guijy 252011 8 汽车维修与保养 精 26 August CHINA 栏目编辑 牛纪元 editor1 特别报道Special Report 精 蓄电池的电容值 此时 发电机的波形在 屏幕上显示正常并较为稳定 接上启动 充电电源后交流电压幅值大幅度下降 这就说明车上的蓄电池快不行了 这组波 形中最后一幅图1C所示为这辆车换上新 蓄电池后的测试波形 迄今为止 许多培训师都机械地将 他们所学的东西教给别人 他们所重复的 内容在此就是过大的交流波表明发电机有 问题 现在清楚了 过大的交流波有可能 表明发电机有问题 但同时又有可能表明 蓄电池有问题 用跨接一个启动电源的方 式将一个没有问题的电容器接在蓄电池上 就可以确定蓄电池的好坏 图1A和图1B 所示的测试结果操作用时不到1min 稍后本文将重新谈到这种测试方法 并找出这种测试方法背后的科学依据 这 样就能确定这种方法是否真实有用 我们要了解什么 汽车蓄电池的主要作用是为启动 机 灯光系统和点火系统的工作提供足 够的电能 蓄电池是通过储存电能来做到 这一点的 更准确地说是通过储存能迅速 转换成电能的化学能来使启动 灯光和点 火系统工作的 蓄电池测试的目的是要确 定当前和以后蓄电池的工作是否可靠 我 们不但要考虑到蓄电池的容量 在美国蓄 电池的容量是用蓄电池标签上标注的冷启 动电流 CCA 来表示的 还要考虑到原 车出厂时规定的蓄电池容量 说白了就 是 在规定用700CCA蓄电池的车上用了 500CCA的蓄电池 尽管蓄电池能通过测 试 但在某个寒冷的早晨会出现车辆无法 启动的现象 遇到这种情况 说什么客户 都不会高兴的 在规定用350CCA蓄电池 的车上用一个650CCA蓄电池情况又会怎 样 如果蓄电池不能通过其中的一个测试 标准 蓄电池还是没用 就说这么多 详 见 如何选择换装的蓄电池 当然 我们和客户一样都想避免 因可预见的车上蓄电池故障而带来的不 便 有问题的蓄电池除了会造成启动机无 法正常运转这一简单的故障外 还会缩短 发电机和启动机的寿命 蓄电池还有另一个鲜为人知的功 能 这就是吸收和衰减电压的瞬时尖峰脉 冲 这一功能被称之为电容功能 电容功 能不好的蓄电池会引起车辆行驶性的疑难 杂症 大多数这样的疑难杂症是由充电系 统中过高的交流脉冲电流引起的 少数是 由对电压尖峰脉冲衰减不够造成 这些电 压尖峰脉冲通常来源于点火电路 蓄电池的几种测试方法 大多数 汽车维修与保养 的读者 都熟知三种常用的蓄电池测试方法 这三 种方法分别是电液比重测试法 负荷测试 法和电容性能测试法 本文将介绍第四种 测试法 这也是一种新的测试方法 我发 现这种方法特别可靠并且重复性也好 先 从三种已知的测试法开始 电液比重测试法 用比重计或折射仪 是从蓄电池的每一格中吸取少量电解液 并测量其比重 实际上这项测试所显示 的是蓄电池的每一格中电解液的浓度 浓度的大小可以决定蓄电池的充电状 况 用折射仪测试每次只需从蓄电池的 每一格中采集一滴电解液 由于与折射 仪的取样面相比 这一滴电解液的量很 小 所以无需做任何的温度补偿计算 相比较而言 比重计测试所用的电解液 数量较多 这与比重计的容积有较大的 关系 当电解液的温度与比重计的温度 相差较大时就需要做温度补偿计算 这种测试方法的主要优点是可以从 蓄电池每一格之间的电解液比重值差中看 出蓄电池的哪一格有问题 而且 测试较 快并相对容易 蓄电池的存电量不会因测 试而减少 蓄电池的存电量也不会因测试 而减少 蓄电池的充电状况也不会因测试 而改变 这种测试方法的一个缺点是对于 放电均匀且没电的蓄电池要对其充满电后 才能进行测试 否则电解液的比重会显示 蓄电池电量低 而对刚充满电的蓄电池进 行测试 不管实际的存电量如何 电解液 的比重都会显示出蓄电池是好的 进一 步讲是刚充满电的蓄电池有 浮电 存 在 因此测出的存电量总是大于实际的存 电量 可行的测试方法是将刚充满电的蓄 电池放置4h后再测量其电解液的比重 在实际的工作中 为了节省时间 这一步 图1 看一下 图A的波形是怎么回事 这真的是由于过大的交流脉动电压显示出来的众所周知的交流发电机故障吗 阅读本文你将会发现事实的真 相 电池的容量确实在起作用 汽车上最大的电容是什么 当然是蓄电池 图B的波形显示Jump Box确实起了作用 图C的波形来自于对同一辆车 进行的检测 但配备了一块全新的蓄电池 ABC 栏目编辑 桂江一 guijy 272011 8 汽车维修与保养 精 28 August CHINA 栏目编辑 牛纪元 editor1 特别报道Special Report 精 根据我的经验 用电液比重测试法 蓄 电池每格的电解液比重如果相差太大 举 例来说0 05或更高 那么就应换蓄电池 了 用负荷测试法对充满电的且内部温 度大于等于50 相当于10 的蓄电池进 行测试 如果该蓄电池不能输出额定冷 启动电流值一半的电流但在测试过程中 电压仍能保持在9 6V上 那么也应该将 这个蓄电池换掉 为了避免由于连接不 可靠而造成 电容性能测试法 的测试结果 有误 我们规定同一蓄电池要重复测试 两次 尽管这样 我还是乐于将第一次 测试就不合格的蓄电池换掉 这些年来我也采用多方法重复测试 的手段对一些蓄电池进行过检测 对大多 数换下的 坏 蓄电池进行测试时 我发 现接近三分之一的蓄电池能通过三种测试 方法其中的一种或者甚至两种 这三种测 试方法中没有任何一种方法的测试结果百 骤通常都被省去了 一种快速消除 浮 电 的方法是使喷油和点火系统都不工 作 然后打马达15s 等30s后 再打马 达15s 随后至少等2min 让蓄电池状态 稳定后再进行电解液比重测试 对于免维护蓄电池来说 当然不能 用电液比重测试法来测试 免维护蓄电池 上的 电眼 起什么作用 有些免维护蓄 电池采用了一个内置的电液比重观察孔 这就是俗称的 电眼 电眼 通过显 示出绿色或蓝色来表示蓄电池的存电量足 够 在电量足够的情况下可对免费维护蓄 电池做进一步的测试 但是 电眼 显 示绿色并不能说明蓄电池没问题 负荷测试法用一个层叠碳板变阻器 做负载 这种测试方法的可靠性要大得 多 测试时 用相当于蓄电池额定冷启 动电流 CCA 一半的负载给蓄电池加载 15s 同时用电压表测量蓄电池两极的电 压 通常的测试标准为 如果在给蓄电池 加载期间 蓄电池电压始终在9 6V以上 那么该蓄电池就没问题 不过 当蓄电池 温度低 特别是当电解液温度接近或低 于冰点时 测试的结果不一定可靠 另 外 对充电量不足75 的蓄电池也不能用 这种方法测试 因为做这种测试时蓄电池 要大量放电 所以蓄电池要重新充满电后 才可使用 放电叉式蓄电池测试仪 由 于测试时蓄电池的放电电流可达100A甚 至200A 专业的修理厂都不用这种测试 仪 最后还有一点就是 不牢靠或锈蚀 的蓄电池线接头有可能使正常的蓄电池显 示出有问题 见 蓄电池的维护方法 要想测试准确 测试仪应当直接接在蓄电 池的两个电极上 有些专家认为如果测 试时蓄电池温度在华氏零度左右 那么所 测电压读数只要大于8 5V就说明蓄电池没 问题 不过 由于许多现代的电子元器件 中晶体管的开关电压大多不能低于9V 所以8 5V的蓄电池电压有可能使客户的车 辆在寒冷的时候无法启动 蓄电池生产厂家对在保修期内出现 问题的蓄电池采用第三种测试即 电容性 能测试法 采用这种技术能测量几乎没有 一点电的蓄电池 电容性能蓄电池测试仪 在其测试连接线上使用了专门的夹子 并 向蓄电池内输入一定幅值和频率的低电压 交流电 根据被测蓄电池吸收测试电流所 引起的同位交流电流 I 的大小 测试仪计 算出被测蓄电池的电容 C 储存电荷的能 力 并将计算结果 C I E 以CCA A h 安 小时 以及其他相关的单位显示出来 直 接连到蓄电池的两个电极上时 这种测试 仪的测试结果非常可靠 但如果接到蓄电 池导线端进行测试 其测试结果就不一定 可靠 不锈钢制的蓄电池导线接头似乎问 题最多 经常会使人们将好的蓄电池误认 为坏的蓄电池 在实际的工作中 用电容 性能蓄电池测试仪测试侧置电极的蓄电池 时 往往需要临时在这种蓄电池的两级上 安装铝制的接头 如何解读测试结果呢 文章到此 我们已经了解了三种不同的测试方法 图2 图A的波形来自于对于一块已知状态良好的蓄电池进行电容检测时的显示结果截图 波形的痕 迹显示了由检测装置 输入 到蓄电池中的交流电压的情况 图B的波形显示了不同的情况 我将检 测仪器接到了一块容量非常低 CCA值只有10A 的蓄电池上 在整个检测过程中电池的直流电压仍 然为大约12 6V 图C显示的是对一块已知是坏的电池进行电容检测的情况 那些跳动的波形是由 什么因素导致的呢 你必须关注当前的检查结果才能够知晓 图D中下部的红色方波波形是从我采 用的设定为10mV A的低电流探针上输出的结果 上部的黄色波形线显示的是交流电压的检查结 果 该图显示的是对一块已知是状态良好的蓄电池进行电容检测的情况 AB CD 栏目编辑 桂江一 guijy 292011 8 汽车维修与保养 精 30 August CHINA 特别报道Special Report 精 分之百准确 不过 根据我的经验 三 种方法中的电容性能测试法的可靠性很 高 现在我们厂规定可用三种方法中任意 一种对重复测试 如果几次测试都不能通 过 那就该把蓄电池换掉 新的测试方法 让我们回到文章开头部分所提到的 对那辆故障车的检测 我们发现这种检测 方法快速可靠 与此同时还能看出发电系 统有没有大的问题 可以看出 这种测试 方法与电容性能测试法类似 要想知道这种检测方法的原理 首 先要稍为详细了解一下电容性能蓄电池 测试仪的工作原理 图2A是一幅用电 容性能蓄电池测试仪测试蓄电池时所显 示的波形图 可以看出 测试仪向电池内 注入 了低电压的交流电 波形看上去象变异的 方波 对不对 幅值有多大 做这个测试 所用的蓄电池是一个好蓄电池 平均的交 流电压约为 10mV 峰值约为45mV 但 是我们从图1A 1C上可以看出 好的蓄电 池能够衰减和吸收交流脉冲 图2B为同一测试仪在测试一个电容 量很低但充满电的钮扣电池时所显示的波 形 从图中可以看出该测试仪向蓄电池输 入了接近12V的交流方波电压 图2C为该 测试仪测试一个坏蓄电池时示波器所显示 出的波形 看着这几幅波形图我在想 做这项 测试时电流的情况会是怎样 说白了 我 们所看到的几个电压波形 特别是图2B 所示的电压波形 肯定是由测试所产生 的电压和蓄电池的电容交相感应所引起 的 图2C显示出了引起这个电压波动的 电能 这当然是一个方波 其脉冲电流 约为1 35A 这幅波形是测试一个容量为 350CCA的好蓄电池时采集的 将我们新发现的充电系统发电时 蓄电池测试法与蓄电池的电容性能测试 法做一下比较 从中可以看出 这两种 测试方法采用的是相同的基本原理 汽 车发电系统所发出的直流电流与蓄电池 维修和保养某些部件和系统时要断 开蓄电池电源 这一点无法避免 例如 不首 先断开蓄电池电源 许多车的安全气囊系统 就不能安全地被解除工作状态 在这一点上 没有变通的余地 如果这时用 记忆保持器 的话 简直就是找死 另外 更换启动机或发 电机时 为了防止意外短路而造成导线融化 也需将蓄电池的电源断开 但是 当今的汽车装有许多电子装置 一旦断开蓄电池的电源 许多装置所存储 的记忆就会丢失 其后果表现为 轻者 时 钟和收音机需重置 重者 怠慢 节气门初 始角度或曲轴位置基准角的自适应学习值 丢失 从而引起熄火或行驶性差等故障 断开蓄电池电源还会造成其他一些令 人更不愉快的后果 其中之一就是断电时 音响系统有光盘或磁带 通电后被锁止的 音响系统不接受输入的防盗码 因而无法 解除锁止状态 还有些确切的事例表明 某些没有防盗功能车辆的动力控制模块 PCM 断电后会 自行决定 进入防盗状 态 因此 有些时候需更换这些PCM 其他 一些车辆可能需要对电控节气门体 转向 角度传感器 侧滑传感器 自动空调等重新 做 基本设定 有时需用专用的设备才能 做这些 基本设定 断开蓄电池电源前应 先了解相关的问题 这样才能可靠地避免 由这项 简单 的工作而引起的不愉快 有许多维修和保养项目需将一些主保 险丝拆下或断开 需要时可在拆下或断开 的保险丝处并联一个 记忆保持器 这样 就可以避免相关电子装置所存储的自适应 学习值丢失 我不建议这时用启动 充电电 源的主电缆线直接来保持记忆 因为不下 心线路短路时 这种装置不能提供足够的 保护作用 更好的办法是用一个带保险丝 的接头插入启动 充电电源的点烟器插座 接头上用两根带有鳄鱼夹的仪表线 然后 再将两个鳄鱼夹连接到不靠近作业点的位 置上进行供电 所用保险丝的安培数要够 车辆的门灯和室内灯所用 但不能大到车 上任何线路受损后才熔断 对于大多数工 作来说 用一个10A或20A的保险丝就可以 了 要慎重 加装或改动电器或电线前一定 要仔细查看线路图和车上的电器系统 这是一根自制的蓄电池电缆线的一 端 接头这样压接就不会渗进水份 因此防 锈性很好 为了效果更好和看上去更专业 可以套上一段收缩比为4 1的热缩管 热缩 管能有效隔绝腐蚀性的酸蒸汽 见图4 购买这样一套专业的电缆线接头组件能 得到很好的回报 对客户也有很大的好处 特 别是在需要更换蓄电池电缆时 见图5 断开蓄电池电源的注意事项 图5 一套专业的蓄电池电缆端子维护工具不但 可以使你的投资获得丰厚回报 也会让你获得 用户的好评 尤其是在需要对蓄电池电缆进行 更换的时候 图4 图中前面所示的 蓄电池电缆的剪切截面 显示了采用专业工具进行电缆维护作业时可达 到的效果 像这样的卷接电缆接头使水分无从 进入 具有很高的抗腐蚀性能 要获得良好的 接头效果和外观 应使用收缩比为4 1的高质 量管状收缩卷压联接器 这也能有效地地密封 防止腐蚀性酸蒸汽的侵蚀 本身所形成的电容交相感应后就产生了 交流脉冲电压 用这种新的测试方法测 试蓄电池能否得出准确的答案 当然 发电系统有问题时有可能使这种测试方 法不怎么有效 还有一点大家都清楚 许多电脑控制的发电系统在正常怠速的 情况下甚至不发电 因此 用这种方法 测试蓄电池时就要改变测试条件 迫 栏目编辑 桂江一 guijy 312011 8 汽车维修与保养 精 使 发电系统发电 大多数情况下 要 使发电系统发电都很容易 只需打开远 光灯 后窗除霜器 座椅加热装置以及 使风机高速运转就可以了 无独有偶 检查发电系统工作状况 时也需要将这些大电流的用电器打开 根 据所用设备的功能 也可用仪器来控制发 电系统进入全负荷工作状态 使发电系统 进入全负荷的工作状态 对有些车来说需 要撑开节气门或用其他手段来提升发动机 的转速 那么 在这种情况下 电气系统没 问题时 交流脉冲幅值应为多大 根据我 20年来所做的实验 发电系统全负荷工 作时 交流脉冲幅值正常情况下最大不应 该超过300mV 大多数时候 交流脉冲 幅值都在200mV以下 但有些车辆的数 值略高一些 这再次说明 平时要多从正 常的车辆上采用一些有用的数据 这样就 能更快地找出故障原因 在任何情况下 交流脉冲幅值的读 数如果超过300mV 就无一例外的说明 蓄电池坏了 用其他方法测试其结果也 会一样 交流脉冲幅值为50mV或更低时 就无一例外地表明蓄电池一点问题也没 有 如果将启动 充电电源并入车上的蓄 电池后交流幅值明显下降 这就表明蓄电 池坏了 本文概述了通过观察发电系统负载时 的波形来判断蓄电池的好坏 实践证明 这种方法快速而可靠 而且也不需要考虑 检测时蓄电池的存电状况 不过 这种方 法不能用于发动机没发动的车上 也不能 用于发电系统有问题的车上 如果测试的 结果不能确定蓄电池的好坏 我建议再用 上文提到的一种或几种传统的方法进行检 测 这样就能确定出蓄电池的好坏 结束语 将检查蓄电池的电容性能做为例行 检查的一部份 这样 无需花较多的时 间也无需花较多的费用就可增加营业收 入 用本文所说的发电系统负载波形测试 法能找出发电系统早期的故障 客户可以 从避免可预见的无启动故障和其他行驶性 故障中收益 图1 图A所示的波形是怎么回事 这是不是众所周知的发电机出故障时所 引起的过高交流脉冲电压 读完本文后 就可以找出答案 蓄电池的电容性能的 确与此有关 汽车上最大的电容器是哪 一个电器 毫无疑问 是蓄电池 图B为 接上启动 充电电源所显示出的波形 图 C所示波形采自于同一辆车 但不过换了 一个新蓄电池 图2 图A是对一个好的蓄电池进行 电容性能测试时所采集的波形 该波形显 蓄电池的冷启动电流 CCA 是指0 相当于 17 8 时 电压高于7 2V之前 蓄电池所能连续提供的电流量 启动电流 CA 是指32 相当于0 时 电压高于 7 2V之前蓄电池所能连续提供的电流量 欧洲用安时 AH 表示蓄电池的性能 安 时是指在低于规定电压之前 蓄电池能以 一定的电流值连续放电的小时数 或者放 电电流与放电时间的乘积 带有目的性选 择正确的换装蓄电池时 所需考虑的不 仅仅是冷启动电流 外形尺寸和接头形 状 电容量保持时间 RC 是指蓄电池经 过一定时间一定电流的放电后仍能提供 足够的启动 照明和点火电流的能力 对这种能力的标准测试内容包括在电压 低于10 5V之前 蓄电池温度在80 相 当于26 7 时以连续25A负载放电所能 持续的时间 这种以分钟数表示的存电 量保持时间就是蓄电池的RC值 船用蓄电池的持续放电能力也许比 车用蓄电池好一些 不过有时需要考虑 到价格因素 在此 一个最重要的因素 是启动能力 特殊的结构使船用蓄电池 具有长时间放电的能力 但这种特殊结 构同时也降低了蓄电池大电流放电的能 力 出于这个原因 选择与原车蓄电池 相同外形尺寸的船用蓄电池时 该蓄电 池总的存电量应比原车蓄电池大30 这有关系吗 如果在不发动的车上听 车载音响 高RC值的蓄电池比低RC值的 蓄电池能持续收听音响的时间长 说听白 了就是低RC值蓄电池需要跨接电源才能 启动车辆时 高RC值的蓄电池照样能使 车辆启动 如果客户的车上用电器很多 建议你向他们推荐高RC值的蓄电池 如果有的客户会将他们的车定期长 时间停驶 那么 船用蓄电池对他们来 说是一种不错的选择 车辆行驶里程每 天都短的客户 特别是在冬季许多时候 都需用到暖风机 灯光和雨刮器的情况 下 其车上的蓄电池往往充电不足 这 些客户有可能成为修理厂附带销售的快 速充电器的最佳推销对象 也有可能成 为蓄电池常规保养时附带的涓流充电服 务最佳的推销对象 在气候炎热的地区使用容量高于规定 值的蓄电池会造成蓄电池早期损坏 因为 充电不足会造成极板硫化 在炎热地区 蓄电池的损坏大多是由缺电解液 特别是水 的成份 引起的 从这一特征上来说 在炎 热的地区最好不要使用免维护蓄电池 如何选择换装的蓄电池 示出了测试仪输入蓄电池的交流电压 图 B所示的波形与图A有所不同 我在测试 以上耦合了一个很低电容量 10 CCA 的 蓄电池 在测试过程中直流电压始终保持 在12 6V左右 图C为对一个坏蓄电池进 行电容性能测试时所显示的波形 是什么 使图D中的波形产生突变 要了解这一点 就需注意电流情况 图D下方的红色方波 为低电压电流探头输出的电流 其单位为 10mV A 上方的黄色所示为由此电流引 起的交流电压 该波形是对一个好蓄电池 进行电容性能测试时采集的 32 August CHINA 栏目编辑 牛纪元 editor1 特别报道Special Report 精 蓄电池具有潜在的危险性 因此 做事谨慎的技师在维护蓄电池时都采用 适当的方法 在美国造成15岁以上男性意外失明 有三个主要因素 不正确跨接蓄电池启 动车辆就是其中之一 蓄电池在充电时 会释放出氢气 氢气无色 无味并具有 高爆性 即使是一个小小的火花也能将 其引爆 在蓄电池正常的工作情况下 只会产生少量的氢气 发动机舱内正常 的气流就会将这些少量的氢气吹散 因 此 氢气不会在发动机舱聚积到危险的 程度 可是 当充电量过大或者为了辅 助车辆启动而跨接蓄电池时就会有氢气 大量产生的危险 再者 通常情况下连 接蓄电池最后一电极时会产生小火花 这就是为什么在跨接蓄电池时 辅助蓄 电池的负极要最后连接 见过蓄电池爆炸或其后果的人都 会说 眼睛防护是必须的 许多新型的 启动充电器都具有一个开关 这个开关 的作用是避免电缆线直接连接蓄电池时 产生火花 连接蓄电池时应将开关置于 关 的位置 蓄电池中的酸性液体会引起手上哪 怕是最小的裂痕和伤口的疼痛 因此 为了避免灼痛和粘呼呼的感觉 维护蓄 电池时要带上乙烯或橡胶的手套 检查蓄电池时要注意蓄电池的壳 体有没有裂痕 鼓包 变形 电解液有 没有泄漏 要确定蓄电池的固定牢靠 蓄电池中的电解液至少要超过每格中极 板的顶部 绝对不能向在用的蓄电池中 加入电解液 蓄电池酸 如果蓄电池中 的电解液液位过低 只能加蒸馏水 加 蒸馏水时 如果蓄电池的温度低或电量 不足 加入的蒸馏水不要超过极板的顶 部 原因是电解液升温和吸收充入的电 荷后会膨胀 更换蓄电池或甚至只是断开蓄电池 电源已经绝非是一项简单的事 当然 说其费事并不是说从蓄电池上拆下蓄电 池导线费事 而是说拆过蓄电池后车上 许多系统和模块都需要新进行 基本设 定 见 断开蓄电池电源后的注意事 项 大家都知道 在检查蓄电池可用 寿命时应当消除蓄电池电极上过多的腐 蚀物 做为专业的维修人员 我们不想 每次清洁过蓄电池电极后再花半个小时 的时间去做 基本设定 因此 大多 数人都会使用某种 记忆保持器 记 住 记忆保持器 始终会使电路的正 极带电 所以 在保养的过程中要随时 小心防止电路的正极电缆线对地短路 通常 我会采用车间的吸尘器和 小起子将蓄电池电极处大块的腐蚀物刮 下并吸除 然后再将蓄电池的导线断 开 接下来用浅的塑料或陶瓷容器盛差 不多满的热水加食用苏打水清洁电缆的 接头 这是种较为方便的做法 为了防 止 记忆保持器 短路 要分别清洁蓄 电池的两极 清洗液与蓄电池上的沉积 物相互作用时会产生大量的泡沫 对此 要有心理准备 清洗液的用量要根据需 要 清洗到没有泡沫产生就可以了 然 后迅速用清水冲洗并用铜丝刷轻刷导线 接头就可以了 如果蓄电池壳上有湿 气 用浸有热水加苏打水溶液的湿布 不 要太潮 擦净就行了 注意 不要将清洗 液弄进蓄电池的通气口或蓄电池内 对于侧置电极或电极桩头是用螺丝 固定在电缆线上的蓄电池来说 为了清 洗彻底 需将电极桩头拆下来再清洗电 缆接头 蓄电池的电极桩头本身也需要 清洁 用铜丝刷将最外层的氧化物刷掉 就可以了 如果蓄电池壳上有湿气 用 浸有热水加苏打水溶液的湿布 不要太潮 擦净就行了 注意 不要将清洗液弄进 蓄电池的通气口或蓄电池内 对于清洁后的电缆接头用什么样的 化学保护方法 专家们各有各的看法 我的经验是抹上薄薄的一层介电润滑脂 就可以了 这种做法通常的情况下是无 害的 电缆线接在蓄电池上后 接头的 外侧如需保护的话 我宁可用凡士林 因为喷上许多种类的防锈剂后 渗入的 液滴会影响电缆接头的导电性 在蓄电 池接头处采用防锈垫的做法从外观上看 很有用 这种防锈垫是否有其他的作 用 对此我表示怀疑 汽配商店通常都有两种不同等级的 蓄电池电缆线接头出售 一种是临时维 修用接头 这种接头价格低并且容易安 装 依我看 这种接头设计上是救急所 用 绝不应该长久地在车上使用 这种 接头长期在车上使用后会滋生大量的腐 蚀物 见图3 更好并且永久的解决办法是使用压 接或焊接的蓄电池电缆线接头 图见 断 开蓄电池电源的注意事项 一文 选 择一套专业级蓄电池电缆线接头组件是 一项很好的投资 这套组件中含有压接 钳 割线钳和削刀 可以为客户提供高 质量的维修 与更换电缆线总成相比能 省很多钱 许多汽配店还有铸造的蓄电 池电缆线接头出售 其中还有一些是定 制的特殊规格接头 图3 如图所示的临时维护用蓄电池电缆接线端 子很容易产生腐蚀 它们主要的作用是让一辆 有故障的汽车从停车地驶入汽车修理厂 临时 应用 而不是从汽车修理厂驶出 长期应用 蓄电池维护的方法 栏目编辑 桂江一 guijy 332011 8 汽车维修与保养 精 汽车诞生至今走过了百年多历史 已成为人类社会不可缺少的交通工具 对 人类社会的进步产生了巨大的推动作用 也成为世界各国经济发展的重要支柱性产 业 但是 随着全球汽车保有量的不断增 加 同时也带来了全球石油能源紧缺和环 境污染两大严酷问题 有数据统计 2010年我国汽车保有 量为7200万辆 消耗石油4 6亿吨 其中 50 是依靠进口 另外汽车从制造到报废 的整个生命周期内 产生的尾气 噪声 废弃物也给我们赖以生存的环境造成了极 大的污染 因此 推行新能源汽车已经势 在必行 各品牌汽车制造商正在积极的研 发制造出了一些低污染或零污染的绿色电 动汽车 并加紧产品化 生产化 这给现 代车辆的维修带来了新的技术问题 由 此 汽车后市场的技术人员从现在起很有 必要对电动汽车的先进技术进行了解与学 习 来适应掌握其到来的新能源汽车维修 技术转型的知识与技能 本文对几种电动汽车 以及过渡时 期的混合动力车的核心部分 电力驱动系 统的结构和工作原理以及维修保养知识作 一一介绍 一 电动汽车电力驱动系统概述 电动汽车的定义主要是指以电动机为 驱动源或作为辅助驱动系统行使的车辆 它包括纯电动汽车 EV 混合电动汽车 HV 以及燃料电池车 FCV 如图1所示是 三种电动汽车的基本结构及工作原理 电力驱动系统是电动汽车的心脏 它由电动机 功率变换器 变频器 和电子 控制器 ECU 电源存储装置四大部分组 成 图2为电动汽车电力驱动系统功能模 块框图 各部件功能如下 1 电动机的功用是将电能转换成机 械能驱动车辆 反之将机械能转换为电能 进行再生制动或对车载储能装置充电 2 功率变换器是用来对电动机提供 较高的电压和电流 3 电子控制器是根据驾车要求 提供 控制信号来控制功率变换器 进而调整电 动机的转矩和转速 电子控制单元又可分 为三个功能单元 检测器 接口电路和处理 器 检测器通过接口单元将所测量的物理 量 如电流 电压 温度 速度 转矩和磁通 量 转换为电信号 这些信号被处理成相应 的电平后输入处理器 处理器的输出信号被 放大 再经接口电路输出驱动功率变换器 4 电源存储装置的组成 包括蓄电 池 燃料电池 超级电容器和储能正轮 1 纯电动汽车 纯电动汽车是用装有储存电能的蓄 电池 为电动机提供电能直接驱动行使的 车辆 从结构上看 纯电动汽车的蓄电池 一般都安装在车身的中间位置 防止车辆 因前后碰撞 蓄电池受到损坏 可能发生 电池短路或者电解液伤害人体和物品的问 题 电动机的布置与内燃发动机布置基 本相同 把电动机减速器和控制器件都 组合在一起 分为前置前驱 FF 前置后 驱 FR 后置后驱 RR 如果采用轮毂电 机 还能方便实现四轮转向以及独立驱动 控制 随着电力功率变换器的发展 大功 率 高效率的电动机运用技术得以实现 目前 大多数纯电动汽车的主流驱动电机 采用永磁同步电机 这种永磁同步电机的 永久磁铁使用钕 铁 硼高能量的磁铁 配有转子位置的传感器 同步电流经逆变 后其最高效率可达95 左右 大功率电力 驱动模块使用的是IGBT开关组件 可以 方便实现电压脉宽调制 PWM 的控制 并 且在电机高速运转的恒功率区 采用弱磁 控制 如图3所示 能保证车辆高速行驶时 的驱动扭矩 电动汽车电力驱动系统浅析 上 文 江苏 杨忠颇 高惠民 图1 三种电动汽车的基本构成原理图2 为电动汽车电力驱动系统功能模块框图 电机 控制装置 电池 a 电动机的基本系统构成 电机 发动机 控制装置 燃料箱 电池 b 混合动力车的基本系统构成 电机 空气压缩机 燃料 电池 储氢罐 c 燃料电池车的基本系统构成 控制装置 储能装置 电子控制器功率变换器 电动机 传动装置 和差速器 软件 硬件 器件 拓扑 CAD 类型 VVVF 微处理器 IGBT 斩波器 FEM DC FOC 微控制器 MOSFET 逆变器 EM IM MARC DSP GTO PWM 力 SRM STC 群联计算 MCT 谐振 热 PMSM VSC 芯片 BJT 图解法 PMBM NNC PMHM 模糊 34 August CHINA 特别报道Special Report 精 纯电动汽车的另一个重要部件就是 蓄电池 最新的电动汽车 包括混合电动 汽车 用镍氢电池取代了铅蓄电池 镍 氢电池的特点是 无需补充电解液 充放 电时移动物质只有氢离子 电解液浓度不 会变化 极板上没有移动物质生成 因而 即使放电电流增大 也不会由于极板反应 面积下降而导致电池容量下降的现象 只 要保持电池的冷却要求 循环使用寿命远 远大于铅蓄电池 为了降低纯电动汽车的 重量和电池的体积 同时方便家庭充电使 用 高能量密度的锂电池也逐步在纯电动 汽车 插电式混合动力汽车上运用 电动汽车节能优势还体现在车辆减速 时将驱动电机作为发电机进行控制 把车 轮的运动能量转化为电能储存在电池中 并且将获得的再生制动与液压制动系统协 调控制 优化车轮制动力的增长过程 纯电动汽车上还配备了随车充电设 备 图4为感应式充电系统电路图 它利 用车外充电器 将工频电压临时转换成 100kHz高频交流电 变压器一次线圈和 二次线圈分别设在充电机的连接器一端和 车辆一侧的连接器上 通过电磁感应传递 电力 2 燃料电池车 燃料电池车是利用氢气 或碳氢化合 物质 与空气中的氧在催化剂的作用下 透 过固体高分子电解质膜进行电化学反应产 生电能 向电动机供电产生动力源驱动的 车辆 燃料电池的电化学反应如图5所示 燃料电池能量转换效率可达60 以 上 为内燃机的2 3倍 零排放 无环境 污染 燃料电池的燃料是氢和氧 氧化还 原产生反应后生成清洁的水 即使使用甲 醇 然气或者汽油作为燃料 反应后产生 的也是极少量的二氧化碳和氮氧化合物 而且氢燃料属于再生能源 来源广泛 不 依赖于石油燃料 图6为燃料电池系统分 类框图 燃料电池进行化学反应时会产生热 量 反应温度为80 左右 所以系统装有 水泵和散热器 在燃料电池极板两端用冷 却水循环冷却 图3 弱磁控制 图4 感应式充电系统电路图 图5 燃料电池的电化学反应 图6 燃料电池系统分类 由线圈的电流产生磁力 扭矩 线圈 最大扭矩 最大功率 此帖的磁力减弱的 合成磁力 直接磁场 控制的电功率 弱磁场控制的功率 最高效率区域 转速 运转区域扩大 最高转速 商用电源 PET变换器 充电器 整流器 触点 一次侧 二次侧 驱动用电池 充电侧 车辆侧 Anode H2 2H 2e Cathode O2 4H 4e 2H2O 阴极阳极 氢气 空气 电流 分离堆 氢气 铂金电极 催化剂 固体电解质膜 燃料选择 燃料储藏 驱动用电源组合 高压容器铅 氢 氢吸附合金罐 固体高分子形燃料电池 转换器 电池 Ni MH 液态氢储存罐 锂离子 甲醇 碳素吸附材料 化学氧化物 大容量电容器 逆变器电动机 DMFC 水蒸汽改变系统控制系 容器 复合型 自动调温 空气供给系 碳氢化合物 汽油 天然 气等 部分氧化型 冷却系 改质方式 栏目编辑 桂江一 guijy 352011 8 汽车维修与保养 精 车辆搭载氢燃料大都采用压缩氢气或 液态氢 35MPa高压氢气 一次充气后可 以行使距离350km 为进一步提高续航里 程 70MPa的高压容器也已经试制成功 并已投入使用 美国GM的燃料电池车 Hybrogen3采用液态氢的形式 罐装68L 液态氢 可以行驶400km 由于燃料电池是一种原电池 只能产 生电能而不能储存电能 所以需要蓄电装 置来用于减速时的能量再生储存和高负荷 时的动力辅助输出 现在很多燃料电池车 都使用镍氢电池 锂电池或超级电容器作 为蓄电装置 图7为燃料电池 蓄电池 超 级电容 FC B C 驱动形式的燃料电池车 系统结构 这种形式在动力能量流上再并 联一组超级电器 用于提供 吸收加速和 紧急制动时的峰值电流 从而减轻蓄电池 的负担 延长蓄电池的使用寿命 图8为燃料电池车的整车控制系统框 图 整车控制器是以驾驶员操作信号进行 驾驶意图反映 根据各个部件和整车的工 作状态进行整车安全管理和能量分配决 策 通过CAN总线向部件ECU发送控制命 令 操纵硬件驱动执行器 3 混合动力汽车 纯电动汽车和燃料电池有着新能源使 用和无环境污染堵多优于传统内燃机车辆 的优点 但是与内燃机用的燃油的能量密 度相比较 蓄电池的能量密度还很低 蓄 电池每次充电后所行驶距离短 而且纯电 动汽车和燃料电池车在目前的使用上还存 在着基础配套设施 如充电站 加氢站 的 建设不完整 带来投运困难 因此 一种 以油 电结合的过渡时期的混合动力汽车 HV 应运而生 混合动力汽车的最大特点是油耗比 传统的汽油机轿车低50 由此 也能够 大幅度降低CO2的排放 混合动力汽车是 汽 柴油机和电动机组合而成的混合驱动 车辆 它可以根据车辆行驶状态 灵活地 使用两种动力 并且弥补两种动力之间的 不足 从而发挥车辆最大动力 电动机和 发动机扭矩曲线如图9所示 1 混合动力汽车分类 混合动力汽车因各个组合部件的布置 方式及控制策略的不同 形成各种类型 如根据发动机和电机的功率比的大小 分 为轻度混合型 电动不能单独驱动车辆 中度混合型 功率混合型或电动辅助型 和 重度混合型 能量混合型或燃油辅助型 根据动力源传递方式不同 分为串联式 并联式和混联式三种 串联式混合动力汽车驱动示意图如图 10所示 发动机 发电机以及电动机机械 或电动式直接连接在一起 发动机驱动发 电机产生电力传递给电动机 再由电动机 驱动车轮 另外在发电机和电动机之间连 接了储存电力的蓄电池 在储存电能和再 生能量的同时向电动机供给所需电能 这 样发动机只需要工作在高效率 高负荷区 域而降低了油耗 并联式混合动力汽车 发动机直接驱 动力的传递路径和电动机驱动力传递路径 相对于驱动轴并列一体 如图11所示 本田IMA即在发动机和变速器之间布 置永磁同步电机 如图12所示 发动机作 为主要动力源 电机作为加速的辅助动力 源和用于减速时的再生制动 也用于发动 机的启动和怠速停机的启动 图7 FC B C驱动形式的燃料电池车系统结构 图8为燃料电池车的整车控制系统框图 图9 扭矩曲图10 串联式混合动力汽车驱动示意图图11并联式混合动力汽车 燃料电池主DC DC电机控制器 电机 燃料电池 控制器 主DC DC 控制器 蓄电池 辅助 DC DC 电池管理 系统 超级电容 信号 能量 整车控制器 低压电路及 安全系统 CAN网络 CAN 控制 器 燃料 电池 ECU 道路 实际 路况 实际车辆 状态显示 CAN 控制 器 CAN 控制 器 CAN 控制 器 CAN 控制 器 主 DC DCBCU 预期车 辆状态 驾驶员 操作 信号 调理 传感器 执行器 蓄 电池 ECU 电机 ECU 扭矩 N m 电动机 400 300 200 100 发动机 2000 4000 6000 转速 r min 发动机动力传递 电动机动力传递 电力传递 电池 逆变器 发动机减速时 加速时 发电机 电动机 发动机动力传递 电动机动力传递 电力传递 电池 加速时减速时 逆变器 加速时减速时 加速时 发电机 电动机 发动机 整车 控制器 36 August CHINA 特别报道Special Report 精 混联型混合动力汽车驱动如图13所 示 它弥补了串联和并联的缺点 充分发 挥了各自的优势 丰田Prius 采用的就是 混联驱动系统 THS 系统 它的动力管 理系统 HV控制 ECU 以加速踏板开度及 HV蓄电池荷电状态为控制参数 决定车 辆运行模式 即电动机独立工作模式 发 动机独立工作模式和发动机与电动机联合 工作模式 通过动力分配装置变速驱动桥 行星齿轮机构调节动力流动途径 图14 所示 使发动机和电动机运行在最大效 率工作区 以获得最佳燃油经济性 图15为丰田Prius动力传递列线图 2 混合动力汽车动力分配 起步及低速工况 车辆从静止起步到 车速低于30km h时 车辆由电动机独立 驱动 动力流向如图16所示 中等负荷工况 此时发动机被启动 发动机转速在1000 1200r min 开始启 动喷油 发动机的动力通过驱动桥变速机 构行星齿轮系统分为两条线路 一条是通 过齿圈直接传到减速机构驱动车轮 另一 条是驱动发电机发电 给HV电池充电或者 为电动机运转提供电能 如图17所示 大负荷及加速工况 此时电动机从 HV电池获得电能 作为辅助动力 提供 此行驶工况所需的峰值功率 与发动机共 同驱动车辆 如图18所示 减速及制动工况 在踩下制动踏板 后 车辆减速 此时齿圈轴反拖电动机 旋转 电动机作为发电机发电向HV电 池充电 同时产生制动转矩 如图19 所示 HV电池充电工况 根据HV蓄电池荷 电状态需要时 发动机可以仅驱动发电机 向HV电池充电 如图20所示 图12 本田IMA并联式混合动力汽车 图13 混联型混合动力汽车驱动图14 Prius动力传递列线图 图15 流动途径 图16 起步及低速工况 图17 中等负荷工况 图18 大负荷及加速工况 图19 减速及制动工况 图20 HV电池充电工况 发动机 电动机 变速器 动力传递 电力传递 发电机 逆变器 电池 动力 分配机构 发动机 减速器 电动机 混合动力变速驱动桥 MG1太阳齿轮 MG2发动机 传动链 行星齿轮架 环齿轮 差速器齿轮 发电机 电动机 齿圈 THS II运作 列线图 纵坐标表示下列机构的转速和 旋转方向 太阳轮 行星架 齿圈 纵线之间的距离表示传动比 MG1 MG2状态 旋转方向 扭矩 放电充电 充电放电 齿圈齿数 78 太阳轮齿数 30 主动 行星齿轮 MG1 变频器 蓄电池 MG1 太阳齿轮 发动机 支架 MG2 环齿轮 发动机 MG2 车轮 转速 0 行星齿轮 MG1 变频器 MG1 太阳齿轮 发动机 支架 MG2 环齿轮 发动机MG2 车轮 转速 0 主动 从动 行星齿轮 MG1 变频器 MG1 太阳齿轮 发动机 支架 MG2 环齿轮 发动机 MG2 车轮 转速 0 主动 从动 HV 蓄电池 HV 蓄电池 反作用 控制 行星齿轮 发动机 MG1 变频器 HV 蓄电池 MG1 太阳齿轮 发动机 支架 MG2 环齿轮 主动 从动 转速 0 MG2 车轮 行星齿轮 发动机 MG1变频器 蓄电池 MG1 太阳齿轮 发动机 支架 MG2 环齿轮 主动 从动 车轮驱动 转速 0 MG2 车轮 栏目编辑 桂江一 guijy 372011 8 汽车维修与保养 精 3 混合动力驱动系统基本组成 混合动力驱动系统主要由HV蓄电 池 混合动力变速驱动桥 行星齿轮组 变频器和HV控制ECU等组成 HV蓄电池 由168个单格镍氢蓄电池 1 2V 6 蓄电池 28个模块 组成 额定电压DC 201 6V 安装在车辆后备箱内 在车辆起 步 加速和上坡时 HV电池将电能提供 给驱动电机或储存发电机和再生制动产生 的电能 混合动力变速驱动桥 混 合 动 力 变 速 驱 动 桥 由 发 电 机 MG1 驱动电机MG2和行星齿轮组成 发电机MG1类型为三相永磁无刷同步发 电机 MG1由发动机带动旋转 产生高 压电向驱动电机MG2供给电能或向HV电 池充电 同时它还可以作为电动机启动 发动机或调节发动机最佳运行转速 最 大扭矩时 最高电压为AC500V 电流为 75A 驱动电机MG2为三相永磁无刷同步 电动机 它是由来自MG1或HV蓄电池的 电能驱动 产生车辆行驶动力 减速或制 动时 产生再生制动电能向HV蓄电池充 电 最高电压为AC500V 最大输出功率 为50kW 1200 1540r min 最大扭矩为 400N m 0 1200r min 行星齿轮组 行星齿轮组以适当比例 分配发动 机或电动机驱动力 直接驱动车辆和发电 机 实现车辆无级变速行驶 变频器 变频器采用了IPM智能功率模块 如 图21所示 由增压转换器 逆变 整流 器 直流转换器 空调变频器组成 如图 22所示 增压转换器的作用是将HV电池 201 6V直流电压增压到500V直流电压 反 之从500V降压到201 6V 逆变 整流器的 作用是将DC 500V转换成AC 500V 给电 动机MG2供电 反之将AC 500V转换成DC 500V 经降压后 给HV电池充电 直流 转换器作用是将HV电池DC 201 6V降为 DC 12V 为车身电器供电 空调变频器的作用是将HV电池DC 201 6V转换成AC 201 6V交流电为空调系 统中电动变频压缩机供电 HV控制ECU HV控制ECU采用32位计算机 接收 来自传感器和控制器 发动机ECU HV电 池ECU 制动防滑控制ECU 电动转向 ECU MG1 MG2解角传感器 MG1 MG2电压和电流传感器等 信息 根据此 图21 IPM智能功率模块 图22 空调变频器 发电机电动机 逆变器 IPM 智能功率模块 电流 传感器 IGBT 电动机用逆 变器控制信号