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第1章蓄电池 1概述 2蓄电池的构造与型号 3蓄电池的工作原理与工作特性 4蓄电池的容量 5蓄电池的充电 6蓄电池的故障及排除 7蓄电池的使用与维护 8新型蓄电池 1概述 蓄电池 一种可逆的直流电源 即放电后经过充电能复原续用 提供和存储电能的电化学装置一 基本原理 蓄电池的电能是由浸在电解液中两种不同极板之间发生化学反应产生的 蓄电池放电 流出电流 化学能电能 释放能量 蓄电池充电 充入电流 电能化学能 储存能量 二 主要用途 三 种类 返回本章首页 蓄电池的作用 蓄电池的作用 与发电机并联向用电设备供电 在发动机起动时 向起动机和点火系统等供电 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 它可将发电机的电能转变为化学能储存起来 即充电 蓄电池相当于一个大容量电容器 起到了稳定整车系统电压的作用 蓄电池的种类 根据用途根据电解液的不同铅酸蓄电池 以下简称铅蓄电池 结构简单 起动性能好 价格低廉 广泛用于汽车上 起动型 在短时间内能提供大电流 汽车用 其他 酸性蓄电池 铅酸蓄电池 碱性蓄电池 镍碱蓄电池 2铅蓄电池的构造与型号 一 铅蓄电池的构造汽车蓄电池是由3 6个单格电池串联组成组成部件 1 极板及极板组2 隔板3 电解液4 联条 正极板 极板 极板 是蓄电池的核心部件 是带有栅格结构的铅栅格板 极板分正极板和负极板两种 正极板上的活性物质是二氧化铅 呈棕红色 负极板上的活性物质是海绵状纯铅 呈青灰色 极板组 极板组 极板组的作用 接受充入的电能和向外释放电能 极板组的结构特点 见图 1 为了增大蓄电池容量将多片正极板 4 13片 和多片负极板 5 14片 分别并联 用横板焊接组成正 负极板组 横板上连有电桩 2 安装时 正负极板相互嵌合 之间插入隔板 用极板连接条将所有的正极和所有的负极分别连接 如此组装起来 便形成单格蓄电池 3 单格电池中负极板的数目比正极板多一块 极板组图 1 极板组总成2 负极板3 隔板4 正极板5 极板联条 单格蓄电池 不管单格蓄电池含有几块正极板和负极板 每个单格蓄电池均只能提供2 1V的电压 极板的数量越多 蓄电池能提供2 1V电压的时间越长 以一个单格电池的正极边连接另一单格电池的负极边的方式依次连接 用连条 最后留出一组正负极作为蓄电池的正负极 这样 把若干个单格电池串联起来后即构成汽车蓄电池 见图 现代汽车蓄电池一般由6个单格蓄电池串联而成 12V 蓄电池图 隔板 隔板的作用 为减少尺寸 降低内阻 正负极板应该尽量靠近 但为了避免相互接触而短路 正负极板之间用绝缘的隔板隔开 结构特点 多孔性材料 化学性能稳定 有良好的耐酸性和抗氧化性 为厚度小于1mm的长方形板 长 宽略大于极板 一面有特制的沟槽 安装时将沟槽面竖直朝向正极板 电解液 说明 由密度为1 84g cm3的纯硫酸加水制成 密度一般在1 24g cm3 1 31g cm3 纯度是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素 外壳 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 硫酸液面应高出极板组15mm左右 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 底部有突起的肋条以搁置极板组 外壳应耐酸 耐热 耐寒 抗震动 联条 外露式 铅连接条 各单格电池为串联连接 一个单格电池的正极桩与另一个单格电池的负极桩用联条焊接 由铅锑合金制成 连接方式 1 外露式2 跨桥式3 穿壁式 联条 穿壁式 二 蓄电池的型号 蓄电池的型号例如 3 Q 906 QA 105G表示 由3个单格组成 额定容量为90A h 起动型铅蓄电池 表示 由6个单格组成 额定容量为105A h A 干式荷电极板 起动型铅蓄电池 G 高起动功率 3蓄电池的工作原理及特性 一 蓄电池的基本工作原理二 蓄电池电动势的建立三 蓄电池的放电过程四 蓄电池的充电过程五 蓄电池的工作特性 返回本章首页 一 蓄电池的基本工作原理 蓄电池的基本工作原理 化学反应PbO2 Pb 2H2SO42PbSO4 2H2O说明 蓄电池中参与化学反应的物质 正极板 PbO2 负极板 Pb 电解液 硫酸水溶液放电 正极板的PbO2和负极板的PbPbSO4电解液中的H2SO4减少 密度下降 充电 正极板的PbSO4恢复为PbO2 负极板的PbSO4恢复为Pb 电解液中的H2SO4增加 密度下降 放电 充电 二 蓄电池电动势的建立 蓄电池电动势的建立 蓄电池的正负极板浸入电解液中后 由于少量的活性物质溶解于电解质溶液 产生电极电位 由于正 负极板电极电位的不同而形成蓄电池的电动势 结论 蓄电池的电动势 静止电动势 大约为2伏 分析 蓄电池电动势的建立2 分析 为何蓄电池的静止电动势为2伏 正极板处 当正极板浸入电解液中时 少量的PbO2溶入电解液中 与水生成Pb OH 4 再分解成四价铅离子和氢氧根离子 正极板处 PbO2 2H2OPb OH 4Pb OH 4Pb4 4OH 当两者达到动平衡时 正极板的电位约为 2V 在溶液中 沉附在极板 有沉附在极板上 使极板带正电有与溶液中OH 的结合生成Pb OH 4的倾向 Pb4 蓄电池电动势的建立3 负极板处 金属Pb受到两方面的作用当两者达到动态平衡时 极板的电极电位约为 0 1V结论 一个充足电的蓄电池 单格 的静止电动势E0约为2 1V 实际测定结果为E0 2 044V PbPb2 电解液中 极板带负电 Pb2 有沉附于极板表面的倾向 正负电荷相吸 Pb 三 蓄电池的放电过程 说明 蓄电池的放电过程说明 若将蓄电池与外电路的负荷接通 电动势使电路内产生电流 电子e从负极板经过外电路负荷流向正极板 正极板处 Pb4 2ePb2 Pb2 SO42 PbSO4 沉附在正极板上 负极板处 Pb2 SO42 PbSO4 沉附在负极板上 PbPb2 2e Pb继续溶解 外部电路继续流通 正负极板上的活性物质PbO2和Pb不断转化为PbSO4 电解液中的硫酸逐渐减少 水增多 四 蓄电池的充电过程 说明 2e 放电状态 溶解电离 输入电流 充电后生成物 正极板 负极板 PbSO4 Pb PbO2 2H2SO4 Pb2 SO42 Pb4 电解液 充电电源 PbSO4 2H2O SO42 Pb2 2e 2H2O 2e 蓄电池的充电过程说明 若将蓄电池直流电源接通 当电源电压高于蓄电池的电动势时 电源力使电子e从正极板经过外电路流向负极板 正极板处 PbSO4Pb2 SO42 Pb2 2ePb4 Pb2 2SO42 PbSO4PbSO4 2H2OPbO2 2H2SO4负极板处 PbSO4Pb2 SO42 Pb2 2ePbSO42 2H H2SO4 蓄电池的工作过程结论1 1 蓄电池对外既不充电也不放电 不工作 时的静止电动势大约为2伏2 放电过程 将蓄电池的化学能转化为电能的的过程放电过程中 正负极板上PbO2PbSO4负极板上PbPbSO4电解液PbSO4H2O可以通过测量电解液密度来判断蓄电池的充放电程度 蓄电池放电终了 极板上尚有70 80 的活性物质没有起作用 应该充分提高极板活性物质的利用率 活性物质减少 密度下降 蓄电池的工作过程结论2 3 充电过程 将蓄电池的电能转化为化学能的过程放电过程中 正负极板上PbSO4还原为PbO2负极板上PbSO4还原为Pb电解液PbSO4增多H2O减少 密度增加 充电一直进行到极板上的活性物质完全恢复到放电前的状态为止 如果继续充电 将引起水电解 放出大量气泡 蓄电池的工作特性 蓄电池的工作特性 蓄电池的静止电动势 内阻和充放电特性的变化规律 主要包括蓄电池的静止电动势蓄电池的内阻放电特性充电特性 蓄电池的工作特性1 1 静止电动势静止电动势是指蓄电池在静止状态 不充电也不放电 正负极板之间的电位差 即开路电压 用E0表示 它的大小取决于电解液的相对密度和温度 E0 0 84 25 25 为25 时的电解液的相对密度E0 1 97 2 15之间 蓄电池的工作特性2 2 内电阻蓄电池的内电阻为极板电阻 电解液电阻 隔板电阻 连条和极柱电阻的总和 用R0表示 蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力 在相同的条件下 内电阻越小 输出电流越大 带负载能力越强 3 蓄电池的放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中 蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律 将完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电 在放电过程中不断地调节外接的电位器 使放电电流保持稳定不变 每隔一定的时间 测量端电压和电解液密度 得到如图所示的放电特性曲线 端电压 蓄电池的放电特性说明1 端电压的变化情况 1 开始放电阶段端电压由2 14V迅速下降至2 1V极板孔隙内硫酸迅速消耗 电解液密度迅速下降 浓差极化增大 端电压迅速下降 2 相对稳定阶段端电压由缓慢下降至1 85V极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡 所以端电压缓慢下降 蓄电池的放电特性说明2 3 迅速下降阶段端电压由1 85V迅速下降至1 75V 电解液密度的变化情况 密度直线下降 蓄电池放电终了的特征 单格电池电压降到放电终止电压 电解液比重降到最小许可值约为1 13 放电终止电压与放电电流的大小有关 放电电流越大 允许的放电时间就越短 放电终止电压也越低 如下表所示 C20 蓄电池的额定容量 放电终止电压的影响因素 4 蓄电池的充电特性 在恒流充电过程中 蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律 充电电源必须采用直流电源 以一定的电流人向一只完全放电的蓄电地进行充电 保持充电电流入不变 每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度 可以绘制出蓄电池的充电特性曲线 如图所示 端电压 蓄电池的充电特性说明1 端电压变化情况 1 充电开始阶段端电压迅速上升 开始充电时 孔隙内迅速生成硫酸 端电压迅速上升 2 稳定上升阶段端电压缓慢上升至2 4V左右 孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散 当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时 端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升 蓄电池的充电特性说明2 3 充电末期电压迅速上升到2 7V左右 且稳定不变 电解液呈沸腾状态 活性物质还原反应结束后的充电称为过充电 充电电流用于电解水 应避免长时间过充电 电解液密度的变化 密度直线上升蓄电池充电终了的特征 蓄电池的充满电的特征 端电压上升到最大值2 7V 并在2h 3h内不再增加 电解液相对密度上升到最大值1 27g cm蓄电池内产生大量气泡 即电解液产生 沸腾 现象 4蓄电池的容量及其影响因素 一 蓄电池的容量二 容量的类型三 影响容量的因素 返回本章首页 一 蓄电池容量 蓄电池的容量是指在规定的放电条件下 完全充足电的蓄电池所能放出的电量 用 C 表示 蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力 衡量蓄电池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标 蓄电池的容量采用Ah 安时 来计量 即容量等于放电电流与持续放电时间的乘积 二 蓄电池的几种标称容量 额定容量起动容量 额定容量 20h率额定容量国标GB5008 1 91 启动用铅蓄电池技术条件 规定 将充电的新蓄电池在电解液温度为25 5 C条件下 以20h率的放电电流 即额定容量的0 05倍 连续放至单格电池平均电压降到1 75V时 输出的电量称为额定容量 实际测量蓄电池容量超过20小时为合格例 3 Q 90型蓄电池以4 5A 0 05C20 0 05 90 4 5A 的电流连续放电至单池平均电压降到1 75V时 若放电时间大于等于20h 则其容量C If tf 90A h 达到了额定容量 为合格产品 若放电时间小于20h 则其容量低于额定容量 为不合格产品 起动容量 起动容量表征了铅蓄电池在发动机起动时的供电能力 是检验蓄电池质量的重要指标之一 起动容量受温度影响很大 故又分为低温起动容量和常温起动容量两种 1 低温起动容量 电解液在 18 时 以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1V时所放出的电量 持续时间应在2 5min以上 2 常温起动容量 电解液在30 时 以5min放电率电流 3倍额定容量的电流 持续放电至单格电压下降至1 5V时所放出的电量 持续时间应在5min以上 起动容量举例 3 Q 90型蓄电池在30 以270A的电流放电5min 蓄电池的端电压降到4 5V 其起动容量为 270 5 60 22 5说明 起动容量在数值上小于额定容量 低温起动容量小于常温起动容量 三 影响蓄电池容量的因素 极板的构造对容量的影响放电电流对容量的影响电解液温度对容量的影响电解液密度对容量的影响 1 极板构造因素对容量的影响 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 放电电流对容量的影响 蓄电池在不同电流下的放电特性 汽车起动机工作时 蓄电池属于大电流放电 蓄电池在不同电流下的放电特性 如 额定容量为135A h 若以5min放电率 即3倍额定容量的大电流 放电 到单格电压降到1 5V时 只能维持放电5min 则此时输出的电量 即实际容量 405 A 5 60 33 7A h 电解液温度对容量的影响 温度 粘度 渗入极板困难 活性物质利用率 C 同时 粘度 内阻 内压降 端电压 C 电解液密度对容量的影响 电解液密度 电动势E 电液渗透能力 参加反应的活性物质 C 过高 粘度 内阻 极板硫化 C 实践证明 电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量 冬季使用的电解液 在不使其结冰的前提下 尽可能采用稍低的电解液密度 1 12 1 30g cm3 5 蓄电池的充电 蓄电池的充电 新蓄电池和新修复的蓄电池必须进行初充电 使用中的蓄电池要进行补充充电 为了使蓄电池保持一定的容量和延长寿命 需定期进行过充电和锻炼充电 充电方法充电种类 返回本章首页 恒流充电恒压充电脉冲快速充电 初充电补充充电去硫化充电 说明 说明 蓄电池是直流电源 必须用直流电源对其进行充电 充电时 充电电源的正极接蓄电池的正极 充电电源的负极接蓄电池的负极 汽车上的充电设备是由发动机驱动的交流发电机 充电间多采用硅整流充电机 晶闸管整流充电机和智能充电机等 充电的种类 初充电 初充电对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电 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 初充电的特点 充电电流小 充电时间长 必须彻底充足 初充电的程序 加注电解液 密度符合厂家规定 液面高度符合要求 选择充电电流 恒流法IC1 C20 15IC2 C20 30连接蓄电池测量电解液相对密度 充电的种类 补充充电1 补充充电 蓄电池使用后 常有充电不足现象 尤其是短途车辆 的充电 需补充充电情况 条件 启动无力时 非机械故障 前照灯灯光暗淡 表示电力不足时 电解液密度下降到1 20g cm3以下时 冬季放电超过25 夏季放电超过50 时 充电的种类 补充充电2 补充充电与初充电的不同点充电前不需要加注电解液 蓄电池补充充电电流的选择 第1阶段 IC1 C20 10 A 充到单格电池电压2 4V 第2阶段 IC2 C20 20 A 充电时间约为13 16h 充电的种类 去硫化充电 去硫化充电 消除硫化的充电工艺 蓄电池轻度硫化 可用充电的方法予以消除 倒出电解液 加入蒸馏水冲洗两次后 再加入蒸馏水 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 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 充电方法 恒流充电 在充电过程中 充电电流恒定不变 通过调整电压 保证电流不变 充电电路的特点 把同容量的蓄电池串联起来接入充电电源 恒流充电的优点为 充电电流可任意选择 有益于延长蓄电池寿命 可用于初充电和去硫化充电 恒流充电的缺点是充电时间长 且需要经常调整充电电流 恒流充电的方法 恒流充电方法 两阶段充电法 在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 将充电电流减小一半进行第二阶段恒流充电 直到蓄电池完全充足电为止 充电方法 恒压充电 在充电过程中 充电电压恒定不变 是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法 被充电蓄电池采用并联连接 要求并联支路的单格电压总数相同 恒压充电特性曲线见图 恒压充电 恒压充电的优点为 充电电流开始很大 充电速度快 充电时间短 充电电流IC会随着电动势E的上升 而逐渐减小到零 使充电自动停止 不必人工调整和照管 恒压充电的缺点是 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 对于就车使用的蓄电池 为了防止其产生硫化故障 必须定期 每两个月 拆下用改进恒流充电的方法充电一次 充电方法 脉冲快速充电 以脉冲大电流充电来实现快速充电的方法 其充电电流波形见图 脉冲快速充电 大电流恒流充电IC 0 8 1 C20至单池电压升至2 4V 前停充15 25ms 反向脉冲充电IC 1 5 2 0 C20t 150 1000us 后停充25 40ms 如此循环 直至充足电 6 蓄电池的故障及其排除 外部故障 外壳裂纹 极柱腐蚀 极柱松动 封胶干裂 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 内部故障外部故障 蓄电池常见故障包括 返回本章首页 蓄电池常见的故障1 故障一 极板硫化 蓄电池常见的故障2 故障二 活性物质脱落 蓄电池常见的故障3 故障三 极板栅架腐蚀 蓄电池常见的故障4 故障四 极板短路 蓄电池常见的故障5 故障五 自放电 7蓄电池的维护与检查 维护观察蓄电池外壳表面有无电解液漏出 检查蓄电池在车上安装是否牢靠 导线接头与电桩的连接是否紧固 经常清除蓄电池盖上的灰尘泥土 擦去电池顶上的电液 透通加液孔盖上的气孔 清除包桩和导线接头上的氧化物 定期检查和调整电解液的相对密度及液面高度 经常检查蓄电池放电程度 超过规定时立即充电 返回本章首页 如何延长蓄电池的使用寿命 如何延长蓄电池的使用寿命 正确起动发动机定期补充充电安装牢固可靠新蓄电池使用之前 需要合理选择电解液相对密度 根据不同使用条件进行选择寒冷地区使用相对密度较高的电解液 液面高度保持正常 例如 对于使用55415型号干荷电蓄电池的桑塔纳轿车每行驶7500Km 应检查液面高度 使用55415MF型号免维护蓄电池的桑塔纳轿车每行驶30000Km 应检查液面高度 液面过低容易产生硫化现象 电解液不足时 补充蒸馏水 蓄电池的使用与维护 1 保持蓄电池外表面的清洁干燥 及时清除极桩和电缆卡子上的氧化物 并确定蓄电池极桩上的电缆连接牢固 清洗蓄电池时 最好从车上拆下蓄电池 用苏打水溶液冲洗整个壳体 左下图 然后用清水冲洗蓄电池并用纸巾擦干 对蓄电池托架 可先用腻子刀刮净厚腐蚀物 然后用苏打水溶液清洗托架 右下图 之后用水冲洗并干燥 托架干燥后 漆上防腐漆 蓄电池的使用与维护 对极桩和电缆卡子 可先用苏打水溶液清洗 再用专用清洁工具进行清洁 如下图所示 清洗后 在电缆卡子上涂上凡士林或润滑油防止腐蚀 注意 清洗蓄电池之前 要拧紧加液孔盖 防止苏打水进入蓄电池内部 蓄电池的使用与维护 2 保持加液孔盖上通气孔的畅通 定期疏通 3 定期检查并调整电解液液面高度 液面不足时 应补加蒸馏水 4 汽车每行驶1000km或夏季行驶5 6天 冬季行驶10 15天 应用密度计或高率放电计检查一次蓄电池的放电程度 当冬季放电超过25 夏季放电超过50 时 应及时将蓄电池从车上拆下进行补充充电 5 根据季节和地区的变化及时调整电解液的密度 冬季可加入适量的密度为1 40g cm3的电解液 以调高电解液的密度 一般比夏季高0 02 0 04g cm3为宜 6 冬季向蓄电池内补加蒸馏水时 必须在蓄电池充电前进行 以免水和电解液混合不均而引起结冰 7 冬季蓄电池应经常保持在充足电的状态 以防电解液密度降低而结冰 引起外壳破裂 极板弯曲和活性物质脱落等故障 蓄电池电解液密度 放电程度和冰点温度的关系见下表 蓄电池的使用与维护 检查电解液液面高度的检查蓄电池容量的检查蓄电池放电程度的检查蓄电池极桩连接状态的检查 3 检查电解液液面高度 目测 电解液液面应在蓄电池外壳上 下液面线之间 用玻璃观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 蓄电池的检查 电解液密度 每行驶6000 7500Km 应检查相对密度 检查电解液密度用吸式密度计检测 方法见图 充电状态 1007550250电解液相对密度 g cm3 1 271 231 191 151 11 用高率放电计模拟起动放电检测 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 端电压应不低于规定值 右图为高率放电计 模拟启动放电检测 绿色区域端电压高于9 6V 状态良好黄色区域端电压低于9 6V 存电不足红色区域端电压低8V于蓄电池故障 更换蓄电池 三 冬季使用蓄电池时的注意事项 应特别注意保持其处于充足电状态 以防结冰 冬季补加蒸馏水应在充电时进行 以防结冰 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 每次启动间隔应有15S冬季气温低 蓄电池充电困难 应经常检查蓄电池存电状况如有必要可以更换容量较大的蓄电池可以适当调整电解液密度 四 蓄电池的储存 未灌电解液的蓄电池的储存新蓄电池的储存时间 自出厂日期算起 干荷电蓄电池不超过2年 免维护蓄电池不超过4年 干燥 通风 室温5 40 C避免爆晒 远离热源按行存放于木架之上旋紧加液孔盖 通气孔密闭使用过的蓄电池的长时间储存 2 使用过的蓄电池的长时间储存 汽车长时间不用时 应妥善保存蓄电池干