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汽车电气设备构造与维修 教学课件 主讲人 课件首页 汽车电气设备构造与维修 项目一汽车电气系统的组成与特点 项目四起动机的结构与维修 项目三交流发电机的结构与维修 项目二蓄电池的结构与维修 项目五点火系统的结构与维修 项目六照明系统的结构与维修 项目七信号灯系统的结构与维修 项目十四汽车电气设备线路 项目八电喇叭的结构与维修 项目九汽车仪表的结构与维修 项目十汽车报警装置的结构与维修 项目十一辅助电气的结构与维修 项目十二汽车空调系统的结构与维修 项目十三防盗系统的结构与维修 项目一汽车电气系统的组成与特点 活动一汽车电气系统的组成 活动二汽车电气系统的特点 活动一汽车电气设备的组成 项目一汽车电气系统的组成与特点 一 汽车电气设备的组成汽车电气作为汽车四大组成部分之一 在现代汽车上所占比例已越来越大 现代汽车的电气设备种类和数量繁多 但按照各电器的作用归纳起来主要有以下八个子系统 1 电源系统也称为充电系统 包括蓄电池 发电机 调节器及充电指示装置 其主要作用是给汽车各用电设备提供低压直流电能 2 起动系统包括起动机及其控制装置 其作用是用于起动发动机 3 点火系统该系统用于汽油发动机上 其任务是产生高压电火花 点燃汽油发动机汽缸内的可燃混合气 4 照明系统包括汽车内外各种照明灯及其控制装置 用来保证夜间行车安全 5 信号系统包括声 光信号及各种行车信号标识灯 用来保证车辆运行时的人车安全 6 仪表系统包括各种电器仪表 电流表 电压表 机油压力表 水温表 燃油表 车速及里程表 发动机转速表等 用来显示汽车的运行参数 活动一汽车电气设备的组成 7 舒适系统也称为辅助电器系统 包括电动刮水器 空调器 低温启动预热装置 收录机 点烟器 玻璃升降器等 其作用是给驾 乘人员提供舒适的工作和乘坐环境 8 微机控制系统包括汽车的动力传动控制 底盘行驶控制 车身控制和信息与通讯控制等 随着现代汽车技术的发展 各控制系统由独立变成了相互联系 构成了汽车局域网络 其作用主要是解决目前汽车使用所面临的安全 环保 能源问题和提高行驶汽车的动力性 舒适性 二 汽车电气设备的发展随着汽车技术的发展 汽车已经不再是单纯的运输工具 它正向着高速 安全 经济 舒适 环保 智能化 人性化发展 而汽车电气的发展起着至关重要的作用 汽车电气技术的发展又主要是汽车电子技术的发展 电子技术在现代汽车上的应用则是以微处理机对各种工作过程的控制为主要特点 微处理机实质上是一种比较简单 便宜的单片计算机 它把中央处理单元 CPU 一定容量的存储器和输入输出接口电路集成在一块芯片上 微处理器工作时 通过各种传感器接受输入信息 经过分析 计算后再向执行机构发出指令 控制机构动作 项目一汽车电气系统的组成与特点 活动一汽车电气设备的组成 项目一汽车电气系统的组成与特点 从60年代开始研究汽车电子技术 其发展大致可分为三个阶段 1965 1975年 汽车电子产品是由分立元件和集成电路IC组成 1975 1985年 主要发展专用的独立控制系统 如电子控制汽油喷射 防抱死制动装置等 1985 2000年 主要开发可完成各种功能的综合系统及各种车辆整体系统的集中控制 这个时代称为汽车的电子时代 尤其是汽车电子技术的进步 将促使各子系统控制走向集中化 以此形成计算机集中控制系统 这一系统除中心电脑外 甚至包括多达23个微处理器以及大量的传感器和执行机构 组成一个庞大而复杂的信息交换和电控系统 目前 车用计算机的容量已与现代PC机不相上下 计算速度则要求更高 目前来说 微处理机重点应用于下述几个方面 最佳点火时刻控制 最佳空燃比控制 怠速控制 废气再循环控制 安全系统 减振控制系统 操纵系统 信息交换和报警系统 汽车导航系统 语音系统等 其中 微处理技术在发动机工作过程控制 自动变速 动力转向控制 防抱死制动系统 汽车悬架控制系统等方面已取得可喜的成果 随着计算机人工智能化的进展 将人工智能用于汽车控制也已不再是遥远的事了 国外已研究出装有人工智能电脑的汽车 当汽车运行过程中出现不正常工况时 电脑便会模仿人的声音向驾驶员发出警告 活动一汽车电气设备的组成 今后汽车电子技术发展的主攻方向是不断地提高排放的标准 不断地降低燃油消耗 不断地提高安全性 不断地提高舒适性把汽车和外部交通环境结合起来考虑 优化汽车的行驶环境 强化交通运输高水平的监控 达到进一步节油 减少排放 减轻对人们生活的压力 目前 应用电子技术对汽车进行适时控制特点是 并非是一两个因素的控制 往往是需要多个信息输入 然后 经过信息处理后 才形成准确的判断 指令多个执行器协调完成一次控制动作 同时还要求该次控制结果能反馈 以作下次参考 完成汽车的适时控制过程 这主要是由于汽车行驶工况的变化范围甚宽 情况复杂 仅采用一个模型来解决全部工况要求是不够的缘故 例如 发动机的排放控制 若考虑所有工况的排放量都很低 不超标 即不管是处在什么工况下 如冷起动 暖车 怠速 低速 低负荷 加速 满载 高速 超速 超负荷等各类工况下 则非一般传统方法所能做到 非单纯机械所能完成 另外 有些技术要求已大大突破了当前的机械技术所具有的能力 例如向车内发出反声波以抵消车内噪音 向发动机支座发出反振波 以降低发动机对车身的振动及噪音 提高舒适性诸类等等 总之 电子技术在当代和未来汽车产品的技术中的重要地位是不能没有的和无法代替的 项目一汽车电气系统的组成与特点 活动二汽车电气系统的特点 项目一汽车电气系统的组成与特点 一 汽车电气设备的一般特点汽车电气设备众多 但具有以下四个共同特点 1 两个电源蓄电池和发电机 汽车所有设备均与蓄电池 发电机并联 发电机为主电源 主要提供汽车运行时各用电设备用电 蓄电池为辅助电源 主要供起动机用电 2 低压直流现代汽油机用12V 柴油机用24V 由于汽车用电设备增多 42V电源的研发已经在进行 3 并联单线汽车用电设备较多 但均采用并联电路 从电源到用电设备只用一根导线 汽车车身作为一根共用导线 安装在钣金件上 挂车上或非金属车厢板上的电器设备则一般采用双线制 4 负极搭铁为减少蓄电池电缆铜断子在车架 车身连接处的电化学腐蚀 提高搭铁可靠性 统一标准 便于汽车电子设备的生产 使用和维修 规定汽车电气系统采用单线制时 必须统一电源负极搭铁 活动二汽车电气系统的特点 项目一汽车电气系统的组成与特点 二 汽车电气设备的使用特点汽车电气设备在使用的过程中 环境对其影响是很大的 具体有以下几个方面 1 温度与湿度的影响温度的变化包括 外界环境温度和条件使用温度 在我国 外界环境温度变化范围大约是 40 50 阳光下 条件使用温度与汽车工作时间的长短 电子线路布置的位置及其自身的发热 散热条件等有密切关联 就一般情况而言 发动机的温度可达100 以上 仪表板内壁温度可达60 以上 而排气管内温度可达600 以上 排气含氧传感器即置于此 这样高的使用温度往往是造成电子元件过热损坏的主要原因之一 另外 在寒冷地区工作的汽车 温度变化较大 如汽车在寒冷地区起动后立即行驶时 各部分温度发生急剧变化 冷却液温度从室外的 30 到起动l0min后升到 80 左右 发动机油温也在起动30min后升到80 左右 所以电气设备特别是电子元器件的安装要考虑到所安装位置的温度环境 湿度的增加则会增加水分子对电子元件的浸润作用 使电子元器件的绝缘性能减弱 加速其老化 活动二汽车电气系统的特点 项目一汽车电气系统的组成与特点 2 电压的波动的影响正常情况下 汽车电源是波动的 在发动机未起动前或转速低于某值时 由蓄电池供电 在发动机转速超过一定转速时 发电机对外供电 给用电设备供电和给蓄电池充电 由于蓄电池放电程度不同 其输出电压变化较大 同时发电机调节器是用通 断的方式来控制发电机励磁电流的 输出电压在标准电压附近上下波动 这个波动范围应是从蓄电池端电压到调节器起作用的电压之间 例如使用12v电源的汽车 低温起动时其蓄电池端电压可低到6 8v 而发电机高速运转时 则可达14 5v 汽车电器设备在使用过程中的开关过程 触点断合 点火脉冲等动作会由于电磁感应而在短时间内产生较高电压 称为脉冲电压 也称为瞬时过电压 瞬时过电压的峰值很高 但持续时间很短 对强电设备 如起动机 电喇叭等 危害不大 但对微电子设备及其元件危害较大 因此 在使用有电子控制装置的汽车时 需特别注意瞬时过电压的产生及其预防 活动二汽车电气系统的特点 3 无线电干扰的影响现代汽车上的各个电器工作方式不同 它们之间会以不同的方式彼此侵扰 点火 开关等工作产生的脉冲 即是一种干扰 通常所有汽车电器能在车上共同工作而不干扰其他电器的正常工作 也能抵抗其他电器于扰的能力称为汽车电器的相容性 事实上 由于汽车电器间的相互干扰不可避免 因此 对汽车电子电路来说 重要的是电磁相容性 任何因素激发出的电路中的振荡 都会通过导线等以电磁波的形式发射出去 不仅干扰收音机 通信设备 而且对车上具有高频响应特点的电子系统电会产生电磁干扰 此外 由车外收发两用机之类的无线电设备 雷达 广播电台等发射的无线电波 也会干扰汽车上的仪器 使电子控制装置失控 因此 汽车上应用的计算机 控制器 传感器 执行器等 应具有良好的电磁屏蔽措施 确保电气设备正常工作 4 其他环境的影响振动和冲击是汽车行驶过程中不可避免的 对电子设备的破坏是机械性的 会造成脱线 脱焊 触点抖动 搭铁不良等故障 除此之外 还会受到水 盐 油及其他化学物质的危害 所以 电子元件应具备对水浸 冰冻的承受能力 对盐的耐腐蚀性 对沙尘的耐脏性 对机油 机油添加剂 汽油和防冻液的耐腐蚀性 项目一汽车电气系统的组成与特点 项目二蓄电池的结构与维修 活动一蓄电池的结构与原理 活动二蓄电池容量及影响因素 活动三蓄电池的充电 活动四蓄电池的常见故障及原因分析 活动五蓄电池的使用 维护与检测 蓄电池又称二次电池 是一种将所获得的电能以化学能的形式贮存并可将化学能转化为电能的电化学装置 它是目前世界上广泛使用的一种化学 电源 具有电压平稳 安全可靠 价格低廉 适用范围广 原材料丰富和回收再生利用率高等优点 是世界上各类电池中产量最大 用途最广的一种电池 汽车用蓄电池 至1905年应用至今 已经有一百多年的历史了 在其整个发展历程中 容量 能量密度 材料以及寿命等方面都有了很大的改进 进入21世纪 随着电子技术的发展及在汽车上的应用 人们对环保的要求越来越高 汽车蓄电池也将随着电动汽车的普及而逐渐由起动型转为驱动型 一 汽车用蓄电池的作用汽车蓄电池作为汽车上的两个电源之一 在汽车上与发电机并联 其主要作用有 1 起动发动机时 向起动系 点火系 以及收音机 点烟器 及常用灯光等供电 2 当发动机低速运转 发电机电压低于蓄电池的充电电压时 由蓄电池向用电设备供电 3 储蓄电能 当发动机中 高速运转 发电机电压高于蓄电池的充电电压时 蓄电池将发电机的剩余电能储存起来 4 过载返回送电 当发电机过载时 蓄电池协助发电机向用电设备供电 5 电容器功能 蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压 保持汽车电器系统电压的稳定 保护电子元件 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 二 对汽车用蓄电池的基本要求汽车用蓄电池最基本的功能是必须能够满足起动发动机的需要 即在短时间内 5s 10s 可供给起动机以强大的电流 一般为200 800A 有些柴油机可达1500A 故对汽车用蓄电池的基本要求是 容量大 内阻小 有足够的起动能力和连续供电能力 三 起动型铅酸蓄电池的结构蓄电池的种类很多 下面以起动型铅酸蓄电池为例介绍其结构 起动型铅酸蓄电池由3只或6只单格电池串联而成 如图2 1所示 每只单格电池电压约为2V 串联成6V或12V以供汽车选用 如图2 2所示 它主要由极板 隔板 电解液 外壳 联条和极柱等组成 下面分别加以介绍 图2 1单格电池 图2 2蓄电池的结构 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 一 极板极板是蓄电池的核心部分 蓄电池充放电过程中 电能与化学能的相互转换依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸的化学反应来实现 极板分正 负极板两种 它由栅架和活性物质组成 如图2 3所示 图2 3极板 1 栅架栅架用于容纳活性物质 并使极板成型 一般由铅锑合金浇铸而成 如图2 4所示 铅锑合金中 一般加入6 8 5 的锑 以提高栅架的机械强度并改善其浇注性能 但锑会加速氢的析出而使电解液的消耗加剧 甚至会引起蓄电池自放电和栅架的膨胀 溃烂 缩短蓄电池使用寿命 因此 栅架正向低锑 甚至无锑的铅钙锡合金发展 图2 4栅架 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 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2 5为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构 2 活性物质活性物质就是极板上的工作物质 为充放电过程提供不可缺少的离子 正极板上的活性物质为深棕色的二氧化铅 PbO2 负极板上的活性物质为青灰色的海绵状纯铅 Pb 将一片正极板和一片负极板浸入电解液中 可得到2 1V左右的电动势 为增大蓄电池容量 常将多片正 负极板分别并联 用横板焊接成正 负极板组 安装时 正负极板组相互嵌合安装 中间插入隔板后装入蓄电池单格内 便形成单格电池 如图2 6所示 图2 6极板组 图2 5放射形栅架 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 由于正极板活性物质比较疏松 且正极板处的化学反应比负极板上的化学反应剧烈 反应前后活性物质体积变化较大 为防止因正极板拱曲和活性物质脱落 在每个单格电池中 负极板的片数总比正极板多一片 国产负极板的厚度为1 8mm 正极板的厚度为2 2mm 国外大多采用薄型极板 厚度为1 1 1 5mm 薄型极板对提高蓄电池的比容量 极板单位尺寸所提供的容量 和改善起动性能都是很有利的 图2 7隔板 木质隔板因原料丰富 制作简单 价格便宜 曾得到广泛应用 但因其耐腐蚀性能差 已被淘汰 近年来 由于人造材料工业的不断发展 其价格大幅下降 且微孔橡胶和微孔塑料隔板耐酸性好 强度高 使用寿命长 而玻璃纤维隔板具有多孔性好 成本低廉等优点 故在实际使用中得以普及 隔板一面平滑 另一面有凹槽 为保证正极板在充 放电过程中化学反应激烈时 而使电解液顺利地上下流通 安装时 带沟槽的一面应朝向正极板 这样还能保证活性物质脱落时 能沿槽迅速沉至底 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 三 电解液电解液一般由密度为1 84g cm3的专用硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成 它是蓄电池发生化学反应的主要物质 为电化学反应提供必要的离子 电解液的配制应严格选用GB4554 84标准规定的二级专用硫酸和蒸馏水 且配置时 一定要把浓硫酸缓慢倒入蒸馏水中 并不断搅拌 电解液的密度一般为1 24 1 33g cm3 电解液密度过低 冬季易结冰 电解液密度过大 电解液粘度增加 蓄电池的内阻增加 而加速隔板 极板的腐蚀 使其使用寿命缩短 故应根据本地区气候条件和制造厂的要求合理选用 如表2 1所示 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 电解液相对密度值 随温度的变化而变化 一般温度每升高1 相对密度变化值为0 0007g cm3 四 外壳外壳用来盛放电解液和极板组 并使蓄电池构成一个整体 外壳的材料有硬质橡胶和聚丙烯塑料两种 由间壁将其分为三个或六个相互分离的单格 底部有凸起的筋条支撑极板组 凸筋之间的空间用来容纳极板脱落的活性物质 以防极板短路 如图2 8所示 图2 8外壳 橡胶外壳的每单格有一个小盖 塑料外壳采用整体盖 普通蓄电池每单格的中间有一个电解液加液孔 用于添加电解液和蒸馏水 以及测量电解液密度 温度和液面高度 平时拧装一个螺塞 螺塞上有一个通气小孔 蓄电池使用时应保持其畅通 以便随时排出蓄电池内化学反应放出的氢气 H2 和氧气 O2 防 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 止外壳胀裂和发生事故 如图2 9所示 图2 9加液孔盖 图2 10联条 五 联条为提高蓄电池的供电电压 用联条将各单格电池串联连接 一个单格电池的正极桩与相邻单格电池的负极桩采用联条焊接 如图2 10所示 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 联条连接方式通常有外露式 内部穿壁式或跨接式等 如图2 11所示 图2 11联条的连接方式 为减少蓄电池内阻和质量 现代蓄电池上采用单格电池直接联条 各个单格电池的极板连接条通过单格电池间壁以最短的距离相互连接 这样可减少由于外部影响造成短路的危险 六 极柱极柱的作用是将蓄电池的电压引出 第一个单格电池的正极板联条与正极柱相连 最后一个单个电池的负极板联条与负极柱相连 极柱有锥形 侧置式和L形 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 等 如图2 12所示 为便于识别 极桩的上方或旁边标刻有 或P 或N 标记 或者在正极桩上涂红色油漆 二 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理就是化学能和电能的相互转化 它分为充电和放电两个过程 如图2 13所示 图2 12蓄电池极柱外形 图2 13蓄电池的工作原理 当铅蓄电池接通外电路负载放电时 正极板上的PbO2和负极板上的Pb都变成了PbSO4 电解液中的硫酸变成了水 充电时 正极板上的Pb SO4分别恢复成原来的PbO2和Pb 电解液中的水变成了硫酸 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 蓄电池的化学反应方程式为 当铅蓄电池的正 负极板浸入电解液中时 在正 负极板间就会产生约2 1V的静止电动势 此时若接入负载 在电动势的作用下 电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极 这一过程称为放电 蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程 充电时 蓄电池的正 负极分别与直流电源的正 负极相连 当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时 在电场的作用下 电流从蓄电池的正极流入 负极流出 这一过程称为充电 蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程 三 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性包括蓄电池的内阻 单格电池电压 额定电压 充电电压 充电特性和放电特性 1 蓄电池的内阻反映了它的负载能力 在条件相同时 内阻越小 输出电流越大 负载能力越强 蓄电池的内阻Ri主要由极板电阻Ri1 隔板电阻Ri2 电解液电阻Ri3和联条电阻组成Ri4 即Ri Ri1 Ri2 Ri3 Ri4 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 图2 14放电特性 5 蓄电池的放电特性是指恒流放电过程中 蓄电池的端电压Uf和电解液密度 25 随时间 f而变化的规律 将一只完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行恒流放电 在放电过程中 每隔一定时间 测量其单格电池的端电压和Uf和电解液密度 25 便可得到其放电特性曲线 如图2 14所示 3 单格电池的额定电压单格电池的额定电压为2V 整个蓄电池的额定电压为单格电池额定电压与串联的单格电池数的乘积 24V汽车电系的电压 可由2个12V蓄电池串联而得到 4 充电电压又叫起泡电压 即高于此电压时 蓄电池的水分解为氢气和氧气 而明显的冒气泡 不同蓄电池的充电电压有所不同 12V蓄电池一般应限制在14 1 14 7V 免维护蓄电池的充电电压一般应限制在13 8 14 1V 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 开始放电阶段 由于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 端电压由2 14V迅速下降至2 1V 当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时 孔内外电解液密度一起缓慢下降 所以端电压缓慢下降至1 85V 随着放电的继续 当放电接近终了时 电化学极化 浓差极化 欧姆极化显著增大 端电压由1 85V迅速下降至1 75V 此时应停止放电 如果此时继续放电 过度放电 会在孔隙中生成粗结晶的PbSO4 而使极板损坏 蓄电池容量下降 故应尽量避免 当停止放电后 缘于极板孔隙中的电解液和壳体内的电解液相互渗透趋于平衡 而使端电压有所回升 图2 15充电特性 6 蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中 蓄电池的端电压UC和电解液密度 25 随时间 C而变化的规律 如图2 15所示 以一定的充电电流IC给一只完全放完电的蓄电池充电 在充电过程中 每隔一 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 定时间 测量其单格电池的端电压和Uf和电解液密度 25 便可得到其充电特性曲线 从充电特性曲线可以看出 充电时 电解液密度 25 按直线规律上升 这是因为恒流充电 电流值一定 故化学反应速度一定 单位时间内生成的硫酸量一定 开始充电时 极板孔隙内迅速生成硫酸 浓差极化增大 端电压迅速上升 随着充电的进行 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 端电压随电解液密度变化而缓慢上升至2 4V 充电末期 端电压迅速上升到2 7V左右 且维持2 3h不变 电解液呈沸腾状态 当充电接近终了时 PbSO4已基本还原成PbO2和Pb 这时 过剩的充电电流将电解水 使正极板附近产生O2从电解液中逸出 负极板附近产生H2从电解液中逸出 电解液液面高度降低 因此 铅蓄电池在使用过程中需要定期补充蒸馏水 蓄电池充电终了的特征是 1 蓄电池产生大量气泡 即所谓沸腾 2 端电压和电解液密度均上升至最大值 且2 3h内不再增加 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 四 汽车用蓄电池的类型目前燃油汽车上使用的蓄电池主要有两大类 铅酸蓄电池 以下简称铅蓄电池 和镍碱蓄电池 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 铅蓄电池由于结构简单 价格便宜 内阻小 可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛采用 铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池 干荷电铅蓄电池 湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池 一 干荷电蓄电池干荷电蓄电池是指极板处于干燥的已充电状态和无电解液贮存的蓄电池 它的外观 内部零件结构及使用效果与普通蓄电池的基本相同 如图2 16所示 二者的根本区别在于前者的极板在干燥状态下能较长期地保存制造过程中所得到的电荷 干荷电蓄电池和普通蓄电池相比 自放电小 贮存期长 因而被大批量生产和使用 图2 16干荷电蓄电池 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 二 湿荷电蓄电池湿荷电是指极板为荷电状态 带有少量的电解液 而大部分电解液被吸入极板和隔板中贮存的一种蓄电池 它与普通蓄电池的不同之处在于 采用极板群组化成后浸入相对密度为1 350g cm3 内含0 5 质量比 硫酸钠的稀硫酸溶液中浸渍10min 离心沥酸后不经干燥即密封而成湿荷电蓄电池 三 免维护蓄电池免维护蓄电池又称MF Maintenance Free 蓄电池 是指在汽车合理使用期间 不需要对蓄电池进行加注蒸馏水 检测电解液液面高度 检测电解液密度等维护作业 如图2 17所示 免维护蓄电池内部安装有电解液密度计 可自动显示蓄电池的存电状态和电解液液面的高低 图2 17免维护蓄电池结构 如果密度计的观察窗呈绿色 表明蓄电池存电充足 可正常使用 若显示深绿色或黑色 表明蓄电池存电不足 需补充充电 若显示浅黄色 表明蓄电池已接近报废 如图2 18所示 图2 18内装式密度计工作示意图 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 各种铅蓄电池的特点见表2 3 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 五 蓄电池的型号按机械工业部颁发的JB2599 93 铅蓄电池产品型号编制方法 标准规定 铅蓄电池的型号分为三部分 见表2 4 其中 蓄电池类型采用其用途加以划分 如 Q 表示起动用蓄电池 M 表示摩托车用蓄电池 而 N 表示内燃机用蓄电池 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 蓄电池特征部分 当产品同时具有两种特征时 原则上按表2 5顺序将两个代号并列标示 蓄电池的特殊性能部分 置于型号的末尾 如G表示薄型极板的高起动率蓄电池 S表示采用工程塑料外壳 电池盖及热封工艺的蓄电池 例如 6 QA 60 6个单格电池组成 额定电压为12V 额定容量60A h的起动型干荷电铅蓄电池 6 QAW 60 6个单格电池组成 额定电压为12V 额定容量为60A h的起动型干荷电免维护蓄电池 活动一蓄电池的结构与原理 项目二蓄电池的结构与维修 蓄电池的容量C是指在规定的放电条件下 一定的放电电流 一定的终止电压和一定的电解液温度下 完全充足电的蓄电池所能够输出的电量 它是标注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重要指标 一 蓄电池容量的分类蓄电池的容量根据其使用条件不同可以进行如下划分 1 理论容量假定活性物质全部参加放电反应 由活性物质质量按法拉第电化当量定律计算所得容量 2 实际容量C蓄电池实际放出的电量 恒流放电时 C Iftf 实际容量总小于理论容量 3 额定容量国标GB5008 1 91 起动用铅蓄电池技术条件 规定 完全充足电的蓄电池在电解液温度为25 2 条件下 以20h放电率的放电电流 0 05C20 连续放电至12V蓄电池的端电压降到10 5 0 05V时输出的电量 额定容量是检验蓄电池质量的重要指标 在蓄电池型号中体现 如6 QA 105即表示额定容量为105Ah 4 储备容量 活动二蓄电池的容量及其影响因素 项目二蓄电池的结构与维修 国标GB5008 1 91 起动用铅蓄电池技术条件 规定 完全充足电的蓄电池在电解液温度为25 2 条件下 以25A电流连续放电至12V蓄电池电压降到10 5 0 05V时 放电所持续的时间 计量单位为min 储备容量表达了在汽车电源系统统出现故障时 蓄电池尚能向外电路提供25A电流的能力 5 起动容量起动容量表示蓄电池在发动机起动时的供电能力 分为低温起动动容量和常温起动容量 低温起动容量是指电解液在 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所放出的电量 持续时间应在2 5min以上 常温起动容量是指电解液在30 时 以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1 5V所放出的电量 持续时间应在5min以上 二 影响容量的因素蓄电池的容量不是一个定值 它与多种因素有关 具体体现在产品的结构因素和使用条件两方面 一 产品结构因素对容量的影响极板上活性物质的数量 极板厚度 极板面积 极板中心距 活性物质的孔率等对容量均有一定的影响 活动二蓄电池的容量及其影响因素 项目二蓄电池的结构与维修 理论上说 一般活性物质的数量越多 容量越大 但是 实际上活性物质的利用率只有60 左右 一旦活性物质的数量确定后 则可通过增大极板面积以提高其利用率 从而增大容量 国产蓄电池基本极板面积已基本统一 每对极板面的容量为7 5Ah 故通过极板数量N计算极板的容量C20 7 5 N 1 极板越薄 活性物质的利用率就越高 容量就越高 反之亦然 极板面积越大 同时参与化学反应的活性物质就越多 容量越大 中心距越小 蓄电池内阻越小 容量越大 活性物质的孔率一般来说活性物质的孔率越大 电解液扩散渗透更容易 容量越大 但孔率的过分增大会导致活性物质的减少 而导致容量减少 二 使用因素对容量的影响蓄电池的放电电流 电解液温度 电解液密度等使用因素对容量的影响如下 随着放电电流If增大 蓄电池的电化学极化 浓差极化 欧姆极化变强 使蓄电池的端电压下降变快 而使放电时间缩短 随着If的增大 单位时间内生成硫酸铅增多 而导致孔隙堵塞 使活性物质利用率低 从而导致C降低 此外随着If的增大 单位时间消耗硫酸量增多 使电解液密度下降快 容量C减小 故在起动发动机的时候 应该要保证每次起动发动机时间不得超过5s 再次起动时间间隔15s以上 活动二蓄电池的容量及其影响因素 项目二蓄电池的结构与维修 当蓄电池温度降低时 电解液的粘度随之增大 而导致离子渗入极板困难 使活性物质利用率低而导致蓄电池容量C降低 与此同时 随着电解液粘度的增大 蓄电池内阻增大 而导致内压降增高 端电压值减少 使C进一步减小 所以冬季的时候要对蓄电池保暖 以保证其有足够的容量 随着电解液密度 增大 蓄电池的电动势E增大 电解液渗透能力增强 使参加反应的活性物质量增多 而使蓄电池的容量C增大 但是当密度 过高时 会使电解液粘度增大 使其内阻增大 而加剧极板硫化 导致蓄电池容量降低 实践证明 电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量 所以 冬季使用的电解液 在不使其结冰的前提下 应尽可能采用稍低的电解液密度 此外应考虑车辆在用地区的温度 因为温度的高低会影响电解液的密度 活动二蓄电池的容量及其影响因素 项目二蓄电池的结构与维修 充电是蓄电池使用过程中的延长使用寿命的一个重要环节 放电后的蓄电池必须通过充电才能重新投入使用 新蓄电池和修复后的蓄电池在首次使用前必须进行初充电 在蓄电池的正常使用过程中 为了延长蓄电池的使用寿命 还要进行一些必要的补充充电 均衡充电等 一 充电方法蓄电池的充电必须根据不同的情况选择恰当的方法 并且正确得使用充电设备 以提高工作效率 并延长充电设备和蓄电池的寿命 通常蓄电池的充电方法如下3种 一 恒流充电是指在充电过程中 充电电流保持不变 通过调整电压 保证电流不变 的充电方法 它广泛用于初充电 补充充电和去硫化充电等 恒流充电的适应性强 可任意选择和调整充电电流的大小 有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命 其缺点是充电时间长 要经常调节充电电流 活动三蓄电池的充电 项目二蓄电池的结构与维修 活动三蓄电池的充电 二 恒压充电是指在充电过程中 充电电压保持恒定不变的充电方法 它是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法 三 脉冲快速充电脉冲快速充电的过程是 先用0 8 1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50 60 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 5 3倍 脉冲宽度为150 1000 s 然后再停止充电40ms 称为后停充 而后按着正脉冲充电 前停充 负脉冲瞬间放电 后停充 正脉冲充电 循环进行 直至充足电为止 脉冲快速充电的优点是充电时间可大大缩短 新蓄电池充电仅需5h 补充充电需1h 但蓄电池的寿命有一定的影响 并且脉冲快速充电机结构复杂 价格昂贵 故适用于电池集中 充电频繁 要求应急的场合 项目二蓄电池的结构与维修 二 充电的种类根据充电目的不同 蓄电池的充电可分为初充电 补充充电 去硫化充电 间歇过充电和循环锻炼程度 一 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 其目的是恢复蓄电池在存放期间 极板上部分活性物质因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 二 补充充电补充充电是指对使用中的蓄电池在无故障的前提下 为保持或恢复其额定容量而进行的正常的保养性充电 一般汽车用蓄电池应每隔1 2个月从车上拆下来进行一次补充充电 使用中 如发现下列现象之一时 必须及时进行补充充电 电解液相对密度降至1 15g cm3以下时 冬季放电量超过25 夏季超过50 时 前照灯灯光比平时暗淡 起动无力时 单格电池电压降到1 70V以下时 三 间歇过充电间歇过充电又称预防硫化过充电 是避免使用中极板硫化的一种预防性充电 一般应每隔3个月进行一次 活动三蓄电池的充电 项目二蓄电池的结构与维修 充电方法是先按补充充电方式充足电 停歇1h后 再以减半的充电电流进行过充电 即出现 沸腾 现象为止 如此反复 直至充足电为止 铅蓄电池的外部故障容易察觉 现象比较明显 可通过简单的修补 除污 紧固等方法进行修复 而内部故障则不易察觉 只有在使用或充电时才出现一定症状 一旦产生就不易排除 因此在使用中应以预防为 图2 19普通铅蓄电池的外部故障 主 尽量避免内部故障产生 内部故障则包括极板硫化 活性物质脱落 自行放电 极板短路和栅架短路等 一 极板硫化蓄电池长期充电不足或放电后长时间未充电 极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅PbSO4的现象 叫做硫酸铅硬化 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 且会堵塞活性物质孔隙 而阻碍电解液的渗透和扩散 使蓄电池的内阻增大 以至于在起动发动机时 不能提供强大的电流 导致不能起动 活动四蓄电池的常见故障及原因 项目二蓄电池的结构与维修 故障 1 故障特征 放电时 内阻大 电压急剧下降 不能持续供给起动电流 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 2 产生原因 蓄电池长期充电不足或放电后不及时充电 当温度变化时 硫酸铅发生再结晶 蓄电池液面过低 电解液不足 极板上部与空气接触发生氧化后与电解液接触 而生成粗晶粒硫酸铅 长期过量放电或小电流深度放电 使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4 电解液密度过高 电解液不纯或气温变化剧烈 新蓄电池初充电不彻底 活性物质未得到充分还原 3 排除方法 轻度硫化 用小电流长时间充电的方法予以排除 硫化较严重时 采用去硫化充电法充电恢复 硫化特别严重时 予以报废 4 预防措施 保持蓄电池经常处于足电状态 放完电的蓄电池在24h内送充电间充电 电解液密度符合规定 二 活性物质脱落活性物质脱落 主要指正极板上的活性物质PbO2的脱落 严重时 电解液混浊并呈褐色 1 故障特征 充电时电解液混浊 有褐色物质自底部上升 电压上升过快 活动四蓄电池的常见故障及原因 项目二蓄电池的结构与维修 沸腾过早出现 相对密度上升缓慢 放电时 电压下降过快 输出容量下降 2 故障原因 充电电流过大 电解液温度过高 使活性物质膨胀 松软而易于脱落 过充电时间过长 水电解成H2和O2 从极板孔隙中大量逸出 在极板孔隙中造成压力 而使活性物质脱落 低温大电流放电 造成极板弯曲变形 导致活性物质脱落 汽车行驶时颠簸 振动 3 排除方法 沉积物较少时 可清除后继续使用 若沉积物较多时 应更换新极板和电解液 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 但应避免故障性自放电 1 故障特征 如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2 称为故障性自放电 2 故障原因 电解液含杂质过多 杂质与极板之间以及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差 通过电解液产生局部放电 蓄电池长期存放 硫酸下沉 使极板上 下部产生电位差引起自放电 电池表面不清洁 电解液堆积在电池盖的表面 使正 负极柱形成通路 极板活性物质脱落 下部沉积物过多使极板短路 极板中含有锑 电解液密度过大 活动四蓄电池的常见故障及原因 项目二蓄电池的结构与维修 3 排除方法 自放电较轻的蓄电池 可将其正常放完电后 倒出电解液 用蒸馏水反复清洗干净 再加入新电解液 充足电后即可使用 自放电较为严重时 应将电池完全放电 倒出电解液 取出极板组 抽出隔板 用蒸馏水冲洗之后重新组装 加入新的电解液重新充电后使用 4 预防措施 使用符合标准的硫酸和蒸馏水配置电解液 配置电解液的容器要保持清洁 防止杂质进入电池内 电池表面要保持清洁干燥 四 极板短路蓄电池正 负极板直接接触或被其它导电物质搭接称为极板短路 1 故障特征 充电电压很低或为零 蓄电池温度迅速升高 密度上升很慢或不上升 充电末期气泡很少或无气泡 2 故障原因 隔板破损使正 负极板直接接触 活性物质大量脱落 沉积后将正 负极板连通 极板组弯曲 导电物体落入池内 3 排除方法 出现极板短路时 必须将蓄电池拆开检查 更换破损的隔板 消除沉积的活性物质 校正或更换弯曲的极板组等 五 极板栅架腐蚀极板栅架短路主要出现在正极板上 活动四蓄电池的常见故障及原因 项目二蓄电池的结构与维修 1 故障特征 极板呈腐烂状态 活性物质以块状堆积在隔板之间 蓄电池输出容量降低 2 故障原因 蓄电池经常过充电 正极板处产生的O2使栅架氧化 电解液密度 温度过高 充电时间过长 会加速极板腐蚀 电解液不纯 3 排除方法 腐蚀较轻的蓄电池 电解液中如果有杂质 应倒出电解液 并反复用蒸馏水清洗 然后加入新的电解液 充电后即可使用 腐蚀较严重的蓄电池 如果是电解液密度过高 可将其调整到规定值 在不充电的情况下继续使用 腐蚀严重的蓄电池 如栅架断裂 活性物质成块脱落等 则需更换极板 蓄电池的故障除少数因质量问题而造成外 大部分是因为使用维护不但所致 故应严格按规定正确使用和维护好蓄电池 以避免蓄电池的过早损坏 实践证明 蓄电池的电气性能和使用寿命不仅取决于本身的结构和产品质量 而且很大程度上决定于它的正确使用和细致维护 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 一 蓄电池的正确使用与维护 一 三抓1 抓及时 正确充电 放完电的电池24h内送充电间 装车使用的电池应定期补充充电 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15s 最多连续启动3次 车上蓄电池应固定牢靠 安装搬运时应轻搬轻放 3 抓清洁保养 保持蓄电池表面清洁 及时清除蓄电池表面的酸液 经常疏通通气孔 二 五防防止过充和充电电流过大 防止过度放电 防止电解液液面过低 防止电解液密度过大 防止电解液内混入杂质 二 冬季使用蓄电池时的注意事项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 每次启动间隔应有15s 4 冬季气温低 蓄电池充电困难 应经常检查蓄电池存电状况 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 三 蓄电池的拆装注意事项1 拆装 移动蓄电池时 应轻搬轻放 严禁在地上拖拽 2 蓄电池型号和车型应相符 电解液密度和高度应符合规定 3 安装时 蓄电池固定在托架上 塞好防振垫 4 极桩涂上凡士林或润滑油 防腐防锈 极桩卡子与极桩要接触良好 5 蓄电池搭铁极性必须与发电机一致 6 接线时先接正极后接负极 拆线时相反 以防金属工具搭铁 造成蓄电池短路 四 蓄电池技术状况的检查 图2 20蓄电池的清洁 一 外部检查 清洁检查蓄电池封胶处有无开裂和损坏 极桩有无破损 壳体有无泄露 否则应修理或者更换 疏通加液孔盖的通气孔 清洁蓄电池外壳 并用钢丝刷或极柱接头清洗器清洁极柱和电缆卡子上的氧化物 清洁后涂抹一层凡士林或润滑脂 如图2 20所示 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 二 检查电解液液面高度一般每行驶1000km或冬季行驶10 15天 夏季行驶5 6天 应检查电解液液面高度 橡胶外壳蓄电池电解液液面高度应高出极板10 15mm 可用玻璃观管测量 如图2 21所示 塑料外壳蓄电池呈半透明状 液面应在厂方标明的上下刻线之间 如图2 22所示 图2 21电解液液面检查方法 图2 22透明壳体液位检查 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 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 三 检查电解液密度电解液密度的大小 是判断蓄电池容量的重要标志 测量蓄电池电解液密度时 蓄电池应处于稳定状态 蓄电池充 放电或加注蒸馏水后 应静置半小时后再测量 电解液密度的大小拆用吸式密度计进行检测 方法见图2 23 图2 23蓄电池电解液密度检测 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 先吸入电解液 使密度计浮起 电解液面所在的刻度即为相对密度值 在测量密度时应同时测量电解液的温度 并将测量的密度值换算成25 时的相对密度 而后与当地的标准密度值进行比较 以判断蓄电池的存电情况 且可用如下经验公式进行计算 25 t 0 0007 t 25 放电量 25 t 0 04 25 相对密度每下降0 04 相当于蓄电池放电25 的额定容量 亦可参照表2 6进行初步判断 通过对各个单格电池电解液密度的测量 可以确定蓄电池是否失效 如果单格电池之间的密度相差0 05g cm3 则该电池失效 一般冬季放电超过25 夏季放电50 就需要进行充电 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 四 蓄电池开路电压检查测量蓄电池开路电压时 蓄电池应处于稳定状态 蓄电池充 放电或加注蒸馏水后 应静置半小时后再测量 蓄电池开路电压可用万用表的电压挡测量 将万用表的正 负表笔分别与蓄电池的正 负极相接即可 五 负荷试验检测负荷试验要求被测蓄电池至少存电75 以上 若电解液密度低于1 22g cm3 用万用表测得静止电动势不到12 4V 应先充足电 再作测试 1 用高率放电计检查 图2 243V高率放电计 高率放电计是模拟起动机工作状态 检测蓄电池容量的仪表 它由一只电压表和一负载电阻组成 由于在检测时 蓄电池对负载电阻的放电电流可达100A以上 所以 能比较准确判定蓄电池的容量和基本性能 是目前普遍使用的检测仪表 它有3V和12V两种1 3V高率放电计3V高率放电计由一个3V电压表和一个定值负载电阻组成 如图2 24所示 测量 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 一般技术状况良好的蓄电池 用高率放电计测量时 单体蓄电池电压应在1 5V以上 并在5s内保持稳定 如果5s内电压迅速下降 或某一单体电池的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 2 12V高率放电计12V高率放电计用于测量6V或12V整体电池 以测量12V蓄电池为例 测量时 时应将两叉尖紧压在单体电池的正 负极柱上 历时5s左右 观察大负荷放电情况下蓄电池所能保持的端电压 不同厂牌的放电计 负荷电阻值不同 放电电流和电压表读数也就不同 使用时应参照原厂说明书中有关规定 表2 7是3V高率放电计测得的单体电池电压与放电程度对照表 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 将高率放电计的正 负放电针分别压在蓄电池的正 负极柱上 保持3 5s 如图2 25所示 1 若电压保持在 10 6 11 6V以上 存电量为充足 蓄电池无故障 2 若电压保持在 9 6 10 6V 存电量为不足 蓄电池无故障 3 若电压降到 9 6V以下 存电量严重不足或蓄电池有故障 图2 2512V高率放电计 活动五蓄电池的使用 维护与检测 项目二蓄电池的结构与维修 项目三交流发电机的结构与维修 活动一交流发电机的结构与原理 活动二常见交流发电机的结构 活动三交流发电机的电压调节器 活动四交流发电机的特性 活动五电源系统控制电路 活动六电源系统使用与维护 活动七电源系统常见故障及原因分析 活动八交流发电机的拆装 活动九交流发电机的检修 活动十交流发电机的试验 汽车电源系统主要由蓄电池 发电机 电压调节器和充电状态指示装置组成 如图3 1所示 当发动机运行时 发电机为汽车上的点火 燃油喷射系统 照明 ECU等用电设备提供电能 早期使用的是直流发电机 它是配合汽车上的常规铅酸蓄电池使用的 在很长的一段时间内 它能高满足汽车的需要 一直到20世纪70年代中期 随着汽车电子技术的发展和用电设备的增多 才逐渐为交流发电机所取代 交流发电机具有体积小 重量轻 结构简单 维护方便 使用寿命长和低速充电性能好等优点 图3 1电源系统组成图 在电源系统中设有电压调节器的目的是满足汽车电器设备用电及向蓄