汽车蓄电池电源系统.ppt

第一章电源系统 蓄电池是一种可逆的化学电源 既能将化学能转变成电能供给用电设备 也能在充电时将电能转变成化学能储存起来 汽车配装蓄电池的目的主要是启动发动机 以及在发电机未发电时 暂时为汽车电气供电 发电机 调节器 蓄电池 蓄电池主要作用是发动机起动时向起动机供电 发电机为主电源 调节器作用是使发电机的输出电压保持恒定 电源系统电路 一 铅蓄电池的结构 型号及选择1 铅蓄电池的结构现代汽车上使用的蓄电池一般由6个单格电池串联而成 每个单格电池的电压约为2V 6个单格电池串联后对外输出12V电压 目前国内外汽油发动机汽车 均选用12V蓄电池 蓄电池主要由极板 隔板 电解液和外壳四部分组成 1 极板蓄电池的极板分为正极板和负极板 极板由栅架和活性物质组成 蓄电池在充 放电过程中 电能与化学能的相互转换 都是依靠极板上的活性物质和电解液中的硫酸进行化学反应来实现的 2 栅架 由铅锑合金浇铸而成 普通栅架含锑量5 7 干荷电蓄电池栅架含锑量1 5 2 3 目前 多采用铅 低锑合金栅架或铅 钙 锡合金栅架 为降低蓄电池内阻 改善启动性能 现代汽车蓄电池采用了放射型栅架 栅架 放设型栅架 蓄电池构造 2 隔板为了减少蓄电池的内阻和体积 正 负极板应尽量靠近 但又不能彼此接触 以防短路 所以 要在相邻的正负极板间插入绝缘隔板 3 电解液电解液由蓄电池专用硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成 其电解液密度在25 常温下 一般为1 24 1 30g cm3 电解液密度对蓄电池的性能和使用寿命都有影响 密度大些可以减少结冰的危险 并提高蓄电池的容量 但密度过大 由于电解液黏度增加 流动性差 不仅会降低蓄电池的容量 还会由于腐蚀作用增强而缩短极板和隔板的使用寿命 选用电解液密度的大小应按地区 气候条件和制造厂的要求而定 同时可参照下表选用 4 外壳蓄电池外壳用来盛装电解液和极板组 外壳应耐酸 耐热和耐振动冲击 以前蓄电池外壳多采用硬橡胶制成 近年来 由于要求外形美观 质量轻 更主要的是易于热封合 生产效率高 便于表面清洁 减少自行放电 所以 蓄电池外壳多用塑料制成 蓄电池外壳为整体式结构 壳内分成6个互不相通的单格 底部制有凸起的肋条 用来搁置极板组 肋条之间的空隙可以积存极板脱落的活性物质 防止正 负极板短路 蓄电池在每个单格顶部都设有加液口 以便加装电解液 补充蒸馏水和检测电解液密度 每个加液口上都设有旋塞 旋塞上有通气孔 应保持畅通 以便随时排除水被电解和化学反应产生的氢气和氧气 防止外壳胀裂 发生事故 2 蓄电池的型号按照 IB2599 85的规定 国产蓄电池的型号采用汉语拼音大写字母和阿拉伯数字表示 型号分三部分 各部分之间用短横线分开 其内容与排列如下 1 用数字表示串联的单体电池数 例如 3 表示6V电池 6 表示12V电池 2 蓄电池类型根据其主要用途划分 用字母表示 Q 表示启动用蓄电池 M 表示摩托车用蓄电池 3 蓄电池特征用汉语拼音大写字母表示 紧接在类型代号之后 各字母表示的特征如下 A 干电荷J 胶体电解液W 免维护H 湿电荷I 激活式S 少维护F 防酸式B 半密闭式Q 气密式M 密闭式Y 液密式D 带液式 第一部分串联的单体蓄电池数 第二部分蓄电池类型类型与特征 第三部分额定容量 在一些企业标准中 额定容量之后还加一些大写字母表示特殊性能 如 G 表示高启动率蓄电池 S 表示塑料槽蓄电池 D 表示低温蓄电池 U 表示负极板采用导电塑料板栅的蓄电池 蓄电池型号举例如下 例1蓄电池标号6一Q一60 例2蓄电池标号6一AO一105 例3蓄电池标号6一OA一60G 例4蓄电池标号6 QA 100S 3 蓄电池的选择汽车选择蓄电池时 蓄电池的额定电压必须与该车电气系统的额定电压一致 必须具有足够的容量 以保证发动机能可靠地启动 蓄电池的选择可参照下表 蓄电池国产汽车常用蓄电池选型举例 二 蓄电池的工作原理蓄电池属于二次电池 其充电过程和放电过程是一种可逆的电化学反应 其工作原理如下 1 充电过程的电化学反应所谓充电过程 就是电能转变为化学能的过程 具体来说 就是在外加电场的作用下 正极板上的硫酸铅被氧化成二氧化铅 Pb02 负极板上的硫酸铅被还原为海绵状铅 Pb 电解液中的H20转变为硫酸的过程 化学反应式为 2PbSO4 2H2O Pb 负极 PbO2 正极 2H2SO4 充电反应 充电时蓄电池的两极板接通直流电源 其电压U高于蓄电池的电动势E 于是充电电流从正极进入 负极流出 而电子以相反方向由正极板经外部电路流往负极板 2 放电过程的电化学反应铅蓄电池的放电过程就是化学能转变为电能的过程 其化学反应式为 Pb 负极 PbO2 正极 2H2SO4 2PbSO4 2H2O 放电反应 当充审l反应完成后 蓄电池正 负极之间的电动势 开路电压 E约为2 1V 由蓄电池充放电时的电化学反应过程可得出以下结论 1 蓄电池充电时 由于正极板处的活性物质发生化学反应 产生氧气逸出 负极板发生化学反应 产生氢气逸出 形成气泡 2 蓄电池在放电时 电解液中的硫酸逐渐减少而水增多 电解液密度下降 充电时恰恰相反 电解液的密度增加 故可通过测量电解液密度的方法来判断蓄电池充放电的程度 3 蓄电池放电终了时 实际极板上只有20 30 的活性物质转变为硫酸铅 极板E尚有70 80 的活性物质没有起作用 蓄电池的充放电 使用维护 1 充放电完成的标志 1 蓄电池充电完成的标志有 1 蓄电池内产生大量气泡 即出现 沸腾 现象 2 端电压上升至最大值 且2h内不再上升 3 电解液密度上升至最大值 且2h内不再上升 2 蓄电池放电结束的标志有 1 单格电池电压下降至终止电压 例如 铅酸电池电压下降至1 75V 2 电解液密度下降至最小允许值 约1 11g cm3 蓄电池单格的端电压下降至一定值 例如1 75V 时 如果继续放电 就是过度放电 过度放电对蓄电池是非常有害的 易造成极板的损坏 三 蓄电池的容量及其影响因素1 容量蓄电池在规定条件下 规定放电温度 放电电流和终止电压 放出的电量称为蓄电池的容量 单位 安时 A h 目前 汽车上常用的蓄电池的容量标定方法有两种 1 额定容量蓄电池的额定容量是用20h放电率来标定的 根据GB5008 1 9l 启动用铅蓄电池技术条件 规定 将充足电的新蓄电池在电解液温度为25 5 条件下 以20h放电率的放电电流 连续放电至单格电池的平均电压降到1 75V时 输出的电量称为蓄电池的额定容量 表示方法为放电电流乘以放电时间 单位为安培小时 A h 2 储备容量GB5008 1 91 启动用铅蓄电池技术条件 规定 蓄电池在25 5 条件下 以25A电流恒流放电至单格电池平均电压降到1 75V时 所维持的放电时间 称为蓄电池的储备容量 单位为分钟 min 储备容量表达了在汽车充电系统失效后 蓄电池能为照明和点火系统等用点设备提供25A恒流的能力 2 充电方法蓄电池充电一般在充电机上进行 目前应用比较多的是硅整流充电 常见的充电方法有 1 恒流充电蓄电池在充电过程中 保持其充电电流恒定不变 即随着蓄电池电动势的上升 同步上升充电电压 当蓄电池单格电压至2 4V时 以一半电流继续充电 直至充电结束 恒流充电的特点 1 具有较大适应性 适用于初充电等 2 充电时间长 易形成过充电 充电机 2 恒压充电蓄电池在充电过程中 保持其充电电压恒定不变 充电电流随着充电的进行逐渐减小 恒压充电的特点 1 由于充电初期充电电流大 因此充电速度快 2 充电结束时 充电电流自动减小为0 操作方便且不会发生过充电 3 脉冲快速充电法充电初期采用大电流充电 当电池容量为额定容量的60 单格电压至2 4V 电解液开始冒泡时 在控制电路的作用下进行脉冲充电 脉冲快速充电法的特点 1 充电速度快 2 对极板的冲刷力强 因而对极板的使用寿命有一定的影响 不宜采用快速充电的蓄电池 新电池 液面高度不正确的蓄电池 单格电解液密度差别较大的蓄电池 电解液浑浊 带有褐色的蓄电池 极板硫化严重的蓄电池 电解液温度超过50 的蓄电池 3 充电工艺为保证蓄电池的正常工作 普通型新蓄电池和修理后的蓄电池必须进行初充电 使用中的蓄电池也必须及时进行补充充电 蓄电池充电一般在充电机上进行 根据蓄电池技术状态不同 可选择不同的充电工艺 1 初充电对普通型新蓄电池进行的首次充电 称为初充电 初充电的目的在于恢复蓄电池在存放期间 极板部分活性离子缓慢放电和硫化而失去的电量 因此 初充电对蓄电池的使用性能影响极大 若初充电不彻底 将导致蓄电池永久性的充电不足 使容量减小 使用寿命缩短 初充电的特点是充电电流小 充电时间长 这是因为新极板总是难免受到潮湿空气的氧化 其电阻相对增大 采用小电流充电则可防止温升过高而影响充电质量 1 初充电的设备与器材 不同容量 电压 放电程度的蓄电池若干个 充电机4 5台 蓄电池用电解液若干瓶 玻璃管 温度计 密度计 2 初充电的一般步骤如下 接线方法根据充电机输出的额定电压和额定电流确定需要充电的蓄电池个数 每一条充电支路中串联的蓄电池个数为 充电步骤 a 加注电解液对待充电的蓄电池进行技术状况检查 清洁外部 然后按下述要求加注电解液 首先根据所在地区的最低温度按照表1一l一1或蓄电池制造厂家的使用说明书确定所需电解液的密度 将电解液注入新电池 静置4 6h 然后将液面调整到高出极板上缘10 15mm 加注电解液前 电解液温度应低于30 若液面因渗入极板而降低时 应补充电解液 直到电解液高出极板10 15mm 根据被充蓄电池的容量 按充电电流规范确定充电电流 见表 蓄电池充电电流及充电时间 二 铅蓄电池的使用与维护1 铅蓄电池的常见故障蓄电池的故障除材料和制造工艺方面的原因之外 多数情况都是由于使用维护不当造成的 蓄电池的外部故障有外壳裂纹 极柱腐蚀和松动等 内部故障有极板硫化 活性物质脱落 正极板栅架腐蚀 极板短路 自行放电 极板拱曲等 二 铅蓄电池的使用与维护1 铅蓄电池的常见故障蓄电池的故障除材料和制造工艺方面的原因之外 多数情况都是由于使用维护不当造成的 蓄电池的外部故障有外壳裂纹 极柱腐蚀和松动等 内部故障有极板硫化 活性物质脱落 正极板栅架腐蚀 极板短路 自行放电 极板拱曲等 2 蓄电池构造认识及其技术状况的检查1 蓄电池的构造认识 2 蓄电池的外观检查 3 电解液液面高度的检查 4 蓄电池放电程度的检查 测量的密度值根据下式换算成25 时的相对密度 二 铅蓄电池的使用与维护式中 1 实测电解液温度 t 实测电解液温度 依次检查每个单格的电解液相对密度 各单格的密度差应小于0 01 记录测量结果 使用高率放电计测量蓄电池的放电程度 测数据与下表对照 判断蓄电池的放电程度 3 极板故障的类型及成因 1 极板硫化极板上生成一层粗结晶 大颗粒的硫酸铅的现象称为 硫酸铅硬化 简称 硫化 它造成蓄电池的内阻显著增大 容量明显减小 电解液密度上升很慢 过早出现大量气泡 初充电压高 温度不正常升高 充电初期出现大量气泡 这些都是蓄电池硫化的基本特征 2 活性物质脱落活性物质脱落主要是指正极板上的活性物质二氧化铅脱落 这是蓄电池早期损坏的主要原因之一 活性物质脱落的主要特征是蓄电池输出容量降 充电时电解液浑浊 充电时间短 3 正极板栅架腐蚀正极板栅架腐蚀的主要特征是极板呈腐烂状态 活性物质以块状堆积在两隔板之间 蓄电池输出容量降低 正极板栅架腐蚀的主要原因是氧化所致 4 自行放电充足电的蓄电池在放置期间 电量自行减少的现象称为自行放电 每昼夜容量下降不超过1 为正常性自行放电 每昼夜容量下降超过2 则为故障性自行放电 导致故障性自行放电的主要原因是电解液中混入有害杂质 电池表面潮湿不清洁 隔板 隔壁破裂 沉淀池中活性物质脱落过多导致正 负极板短路等 4 蓄电池常见故障的检查与排除 1 设备与器材 1 不同类型的故障蓄电池若干只 2 蓄电池用电解液若干 3 玻璃管 4 温度计 5 密度计 6 高率放电计 7 充电机若干台 8 护目镜若干 5 铅蓄电池应注意的几个问题根据蓄电池在使用过程中常见的内部故障 应注意以下几个方面的问题 1 防止硫化防止硫化的主要措施是保持蓄电池经常处于充足电的状态 应定期 1 2个月 从车上取下蓄电池彻底充电 对于放完电的蓄电池 也应在24h内将电充电 2 减轻栅架腐蚀电解液密度过大 温度过高和充电时间过长 都会加速栅架腐蚀 3 防止故障性自行放电为了防止故障性自行放电 必须注意 1 蓄电池中加注的电解液必须是用蓄电池专用硫酸和蒸馏水配制而成 2 盛装电解液和蒸馏水的器皿必须是非金属耐酸材料制成的 电池表面要保持清洁 干燥 并防止杂质掉人蓄电池内部 在蓄电池使用过程中 除了注意上述事项之 还应做到 a 保持外部清洁 清除灰尘 污物和极柱 电线上的氧化物等 b 蓄电池安装要牢固 连接要紧固 c 经常检查和调整电解液的液面高度 d 根据季节和温度的变化 及时调整电解液密度 e 经常检查和疏通加液盖上的通气孔 f绎常榆杏蓄电池的放电程度 及时充 蓄电池整体拆卸与安装一 蓄电池正 负极接线柱的识别二 拆卸蓄电池的步骤1 拆蓄电池电缆线2 拆蓄电池3 检查 清洗蓄电池4 检查蓄电池外壳 三 安装蓄电池的步骤1 安装蓄电池 1 检查待用蓄电池是否适合本型汽车使用 2 安装蓄电池压板 不要将压板螺栓与螺母拧得太紧 否则 会拧弯蓄电池压板 损坏蓄电池外壳 2 连接蓄电池电缆线连接接头夹子时 接头上应先涂上凡士林或润滑剂 以防止氧化生锈 避免极柱和接头氧化腐蚀 便于以后拆卸 三 蓄电池技术状况的检查1 蓄电池的外观检查 1 检查蓄电池外壳是否破裂或发生电解液泄露 2 检查蓄电池正 负极柱是否有氧化物 3 检查蓄电池通气孔塞是否损坏或堵塞 2 蓄电池技术状况的检查 一 电解液液面高度的检查a电解液液面高度指示法b观察孔判断法c放电程度的检测 密度计测量电解液密度 高功率放电计测量蓄电池空载端电压 2 蓄电池放电程度 1 用密度计测量电解液密度 电解液的密度用吸式密度计测定 如图3 5所示 将密度计插入电池单体内 吸入电解液 使密度计浮子浮起 电解液液面所在的刻度即为密度值 注意在测量密度时 应同时测量电解液温度 并将测得的电解液相对密度换算成15 时的相对密度值 图3 5测量电解液的密度和温度 2 用高率放电计测量放电电压 高率放电计是模拟接入起动机负荷 测量蓄电池在大电流 接近起动机的起动电流 放电时的端电压 用以判断蓄电池的放电程度和起动能力 如图3 6所示 一般技术状况良好的蓄电池 用高率放电计测量时 单体电池电压应在1 5V以上 并在5s内保持稳定 如果5s内电压迅速下降或某一单体电池电压比其他单体电池低0 1V以上时 表示该单体电池有故障 应进行修理 图3 6用高率放电计测量蓄电池的放电电压 蓄电池的常见故障1 极板硫化极板上生成一层粗结晶 大颗粒的硫酸铅的现象称为 硫酸铅硬化 简称 硫化 1 故障现象它造成蓄电池的内阻显著增大 容量明显减小 电解液密度上升很慢 过早出现大量气泡 初充电压高 温度不正常升高 充电初期出现大量气泡 这些都是蓄电池硫化的基本特征 2 故障原因 蓄电池长期处于亏电状态 PbSO4不转化 温度降低 电解液过低 使的极板氧化 此外 电解液密度过高 不纯 环境温度变化很大也会使极板硫化 3 处理措施不严重时 可用硫化充电法消除硫化 反之则更换 2 活性物质脱落活性物质脱落主要是指正极板上的活性物质二氧化铅脱落 这是蓄电池早期损坏的主要原因之一 1 故障现象充电时电解液会成为混浊褐色溶液 充电电压上升过快 放电电压下降过快 容量明显不足 电解液过早 沸腾 2 故障原因 充电电流过大或长时间过充电 使大量的水电解 产生的气体在极板孔隙内产生压力 造成活性物质脱落 过度放电 极板上的PbSO4太多而使其体积膨胀 对活性物质产生挤压 造成活性物质脱落 极板安装不稳或蓄电池安装不牢固 使极板组颠簸振动加剧 造成活性物质脱落 3 处理措施脱落较少时 可倒出全部电解液 用蒸馏水冲洗后 重新加入电解液 充足电后继续使用 反之则更换 3 正极板栅架腐蚀正极板栅架腐蚀的主要特征是极板呈腐烂状态 活性物质以块状堆积在两隔板之间 蓄电池输出容量降低 正极板栅架腐蚀的主要原因是氧化所致 4 自行放电充足电的蓄电池在放置期间 电量自行减少的现象称为自行放电 每昼夜容量下降不超过1 为正常性自行放电 每昼夜容量下降超过2 则为故障性自行放电 导致故障性自行放电的主要原因是电解液中混入有害杂质 电池表面潮湿不清洁 隔板 隔壁破裂 沉淀池中活性物质脱落过多导致正 负极板短路等 3 处理措施 若是蓄电池盖表面脏污造成自行放电 则清洁蓄电池盖表面 并对已亏电的蓄电池进行补充充电 如果是因沉淀池沉积物太多造成极板短路 则应全部倒出全部电解液 并用蒸馏水将壳体内部冲洗干净后重新加注电解液 再将蓄电池充足电 如蓄电池自放电是由于电解液不纯而造成的 应先将蓄电池全放电后将电解液全部倾出 再用蒸馏水冲洗壳体内部 然后加注电解液并将蓄电池充足电 正确使用汽车蓄电池延长使用寿命为保持蓄电池良好的工作状态 延长其使用寿命 要做到 1 安装 蓄电池在汽车上安装要牢固 减轻震动 否则 车子在颠簸路况行驶时 导致蓄电池抖动甚至脱落而损坏 甚至损坏汽车 2 连接线 蓄电池连接线 活接头需要经常检查是否牢靠 线与接头之间是否接触良好 否则 将有可能导致产生电火花 严重的会引起电池爆炸 损坏汽车 3 防锈 可以用凡士林在清理刮净锈物后涂抹 以防再受锈蚀 4 清洁 保持蓄电池的外部清洁 经常清除蓄电池盖上的灰尘污物及溢出的电解液 有助于防止自放电 5 封口胶 封口胶开裂后必须及时修复 保持电池的可靠性 6 电解液液面高度 保持正常的电解液液面高度 保障蓄电池的性能稳定 7 低温气候下 当汽车进入低温区域时候 尽量避免蓄电池完全放电 并注意观察电解液是否会冻结 8 充电 密切留意蓄电池过充或长期亏电 过充电会促使极板活性物质硬化脱落 亏电会使极板硫化 9 放电 蓄电池长时间大电流放电 将极大地损伤电池内部结构 建议车主每次启动时间不能超过5秒 需要两次连续启动 中间要间隔10 15秒的时间 案例故障症状一辆轿车的学电池充足电后 第二天电压明显降低 致使启动机不转 电喇叭