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1、汽车电气设备,配 套 教 材 信 息,教材名称：汽车电气设备（第2版） 教材主编：凌永成 教材定价：38RMB 出版社：北京大学出版社 出版时间/版次：2010年3月第2版 国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-16916-2 教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类 创新型应用人才培养规划教材,第2章 蓄电池,汽车电源系统用于向汽车用电设备提供低压直流电能，以保证汽车在行驶中和停车时的用电需要。,蓄电池和发电机共同构成汽车电源系统。此外，汽车电源系统还包括电压调节器（用于动态调节交流发电机的输出电压）、电流表或其他充电状态指示装置（电压表或充电指示灯）、钥匙开关等，连接关系如图
2、2-1所示。,图2-1交流发电机、调节器、蓄电池的连接电路,2.1 蓄电池的作用与分类,2.1.1蓄电池的作用,蓄电池（Battery，俗称电瓶。图2-2）是一种可逆的直流电源，有放电和充电两种工作状态。,在放电状态下，蓄电池可将化学能转变为电能；在充电状态下，蓄电池可将电能转变为化学能。,图2-2 蓄电池,在汽车上，蓄电池和发电机并联连接（图2-3），两者协同工作，共同为汽车电气设备供电。,在发电机正常工作时，全车用电设备均由发电机供电，与此同时，蓄电池将发电机多余的电能转变为化学能储存起来（即蓄电池处于充电状态）。,图2-3 蓄电池与汽车电气设备并联电路,蓄电池的具体作用如下：,（1）发动
3、机起动时，蓄电池向起动机和点火系统以及燃油喷射系统供电。 （2）发动机低速运转、发电机电压较低时，蓄电池向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。 （3）发电机出现故障不发电时，蓄电池向用电设备供电。 （4）发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。 （5）发动机熄火停机时，蓄电池向电子时钟、汽车电子控制单元（ECU/ECM，亦称计算机、微机、电脑）、音响设备以及汽车防盗系统供电。,此外，蓄电池还有一些辅助功能。因为蓄电池相当于一只大容量的电容器，所以不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。,2.1.2对蓄电池的要求,起动发动机时，蓄电池必须
4、能在短时间（510s）内向起动机连续提供强大的起动电流：汽油发动机一般需要200600A；柴油发动机一般需要5001000A，甚至更大。,所以，对汽车用蓄电池的基本要求是容量大、内阻小，以保证蓄电池具有足够的起动能力。,起动型铅酸蓄电池的突出特点是内阻小、起动性能好、电压稳定，此外还有成本低、原料丰富等优点，所以在汽车上广泛应用。,2.1.3蓄电池的分类,汽车用蓄电池有铅酸蓄电池（Lead-acid Battery）和碱性蓄电池（Alkaline Secondary battery）两大类。,汽车用铅酸蓄电池又分为普通型、干荷电型、湿荷电型、免维护型和胶体型等。,蓄电池在汽车上的安装位置根据车
5、型和结构而定，原则上离起动机越近越好。大多数轿车的蓄电池装在发动机舱内（图2-4），也有装在行李箱内（图2-5），甚至装在后排乘客座椅下方的；货车蓄电池的安装位置以空载时质量平衡为原则，一般装在车架前部的左侧或右侧；客车的蓄电池多装在车厢内。,图2-4 蓄电池装在发动机舱内,图2-5 奥迪A4轿车蓄电池装在行李箱内备胎下面,蓄电池都是用特制的金属框架和防振垫固定的（图2-6）。,图2-6 蓄电池的固定方式,图 蓄电池的固定方式,2.2 铅酸蓄电池的构造与型号,2.2.1铅酸蓄电池的构造,现代汽车用铅酸蓄电池由六只单格电池串联而成，每只单格电池的电压约为2，串联后蓄电池电压为12。,铅酸蓄电池的
6、结构如图2-7所示，其构件主要有极板、隔板、电解液、外壳、联条、接线柱等。,图2-7 铅酸蓄电池的结构 1隔壁；2凸筋；3负极板；4隔板；5正极板；6电池壳；7防护板；8负接线柱；9通气孔；10联条；11加液螺塞；12正接线柱；13单格电池盖,1.极板,极板（Plate）是蓄电池的核心构件，由栅架和活性物质组成，形状如图2-8所示。,栅架（图2-9）是用铅锑合金浇铸而成的，活性物质就涂覆在栅架上。加锑的目的是提高栅架的机械强度和改善浇铸性能。但是锑有副作用，会加速氢的析出而加快电解液消耗。锑还易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池自放电和栅架腐蚀，缩短蓄电池的使用寿命。,图2-8 极板,图2-9
7、 栅架,目前，国内外大都采用低锑合金栅架，含锑量为23。为降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，现代汽车蓄电池多采用放射形栅架。,（a）切诺基吉普车蓄电池 （b）上海桑塔纳轿车蓄电池 放射形栅架 放射形栅架 图2-10 放射形栅架结构,极板上的工作物质称为活性物质，主要由铅粉、添加剂与一定密度的稀硫酸混合形成。为防止龟裂和脱落，铅膏中还掺有玻璃纤维等牵引附着物。,极板分为正极板和负极板两种。将涂上铅膏后的生极板先经热风干燥，再放入稀硫酸中进行充电便得正、负极板（图2-11）。,图2-11正极板（右）和负极板（左）,正极板（positive plate）上的活性物质为二氧化铅（PbO2），呈棕
8、红色，负极板（negative plate）上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。,目前国产蓄电池极板的厚度为1.82.4 mm，国外大都采用1.11.5 mm厚的薄型极板（正极板比负极板厚）。采用薄型极板可提高蓄电池的比容量和起动性能。,图2-11正极板（右）和负极板（左）,安装时各片正、负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入蓄电池单格内便形成单格电池。如图2-12所示，在每个单格电池中负极板总比正极板多一片。,因为正极板活性物质比较疏松，且正极板处的化学反应剧烈，反应前后活性物质体积变化较大，所以正极板夹在负极板之间，可使其两侧放电均匀，从而减轻正极板的翘曲和活性物质脱落。,图2-12
9、单格蓄电池极板组,2.隔板,为了减少蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池的正、负极板应尽可能靠近。为了防止相邻正负极板彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板（separator）隔开。,图2-13袋式（信封式）隔板,有的厂家用微孔塑料袋做成袋式隔板（因其形似信封，故亦称信封式隔板，图2-13），套在正极板上，可以有效地防止活性物质脱落。,3.电解液,电解液（electrolyte，俗称电瓶水。图2-14）是用纯净硫酸和纯净蒸馏水（distilled water）按一定比例配制而成的稀硫酸溶液。,图2-14 常见的成品蓄电池电解液,电解液的密度对蓄电池的性能和寿命影响很大。,为了提高蓄电池容量和降低电解液
10、的冰点，希望电解液的密度大一些。但密度过大，会使流动性变差，反而会降低蓄电池的容量，而且还会加快隔板和极板的损坏，缩短蓄电池的使用寿命。,表2-1 不同地区和气候条件下电解液的密度,4.外壳,外壳（housing）用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。外壳材料有硬橡胶和塑料两种。,每个单格的盖板中间有加液孔，可以用来检查液面高度和测量电解液的密度，加液孔平时用加液螺塞拧紧。加液螺塞中心的通气孔（图2-15）应保持畅通，使蓄电池在电化学反应中放出的气体可随时逸出。,图2-15 蓄电池加液孔、加液螺塞及通气孔,5.接线柱,铅酸蓄电池首尾两极板组的横板上焊有接线柱（terminal post
11、，亦称极桩。），接线柱有圆锥形、L形和侧孔形三种，如图2-16所示。,侧孔形 圆锥形 L形,图2-16 铅酸蓄电池接线柱外形,如图2-17所示，正接线柱连接去起动机和电流表的电线，负接线柱连接去车身或车架的搭铁电线。,图2-17 大众速腾轿车蓄电池接线柱（极桩）,为了便于区分，正接线柱附近标有“”或“P”记号（图2-18），负接线柱附近标有“”或“N”记号（图2-19），有些蓄电池正接线柱上涂有红色油漆。,图2-18 正接线柱旁边标有“”记号,图2-19 负接线柱附近标有“”记号,6.联条,联条（cell connector）的作用是将单格蓄电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压。联条一般由铅锑
12、合金铸造而成，硬橡胶外壳蓄电池的联条位于电池上方，塑料外壳蓄电池则采用穿墙式联条，如图2-20所示。,（a）外露式联条连接 （b）内部穿墙式连接 （c）跨越式连接,图2-20 单格电池的连接方式,2.2.2铅酸蓄电池的型号与选用,1. 铅酸蓄电池的型号,按机械行业标准JB 25991985铅酸蓄电池产品型号编制方法的规定，铅酸蓄电池型号由三部分组成，其内容及排列如下：,（1 ）串联单格电池数。串联单格电池数是指该电池总成所包含的单格电池数目，用一位阿拉伯数字表示。,（2）电池类型。根据其主要用途划分，用一个汉语拼音字母表示，起动型铅酸蓄电池用“Q”表示，代号“Q”是“起”的第一个汉语拼音字母。
13、,（3）电池特征。电池特征为附加部分，用一个汉语拼音字母表示，仅在同类用途的产品有某种特征，而在型号中又必须加以区别时采用。当产品同时具有两种特征时，应按表2-2顺序将两个代号并列标志。,表2-2 常见电池产品特征代号,（4）额定容量。额定容量是指20h放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为Ah，在型号中可省略不写。有时在额定容量后面用一个字母表示特殊性能，如“G”表示高起动率，“S”表示塑料外壳，“D”表示低温起动性好。,（5）铅酸蓄电池产品型号举例。,6Q105： 表示由6个单格串联，额定电压为12V，额定容量为105Ah的起动型蓄电池。,6QAW100： 表示由6个单格串联，额定电压为
14、12V，额定容量为100Ah的起动型干荷电免维护蓄电池。,6QA40S： 表示由6个单格串联，额定电压为12，额定容量为40Ah的起动型干荷电塑料外壳蓄电池。,2.蓄电池的选用,和选用其他汽车外购件一样，要先选“型”，再选“号”。,选用汽车蓄电池，首先要选起动型，然后再选电压和容量。主要根据起动机要求的电压和容量来选择蓄电池，一般应满足连续起动三次以上的要求。,每车尽量选用一个蓄电池，实在不行，才选用两个蓄电池。若电压不够，则两个电池串联，每个蓄电池的电压为总电压的12，但是新旧蓄电池不可混用。,2.3 蓄电池的工作原理与特性,2.3.1蓄电池的基本工作原理,铅酸蓄电池在充、放电过程中的化学反
15、应是可逆的，其电化学反应方程式可简化为：,（2-1）,铅酸蓄电池充、放电反应原理如图2-21所示。当接通外电路负载蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下降。,（a）放电 （b）充电 （c）过充电 图2-21 铅酸蓄电池反应原理,在蓄电池处于过充电时，会引起水的电解。其反应式为：,（2-2）,2.3.2蓄电池的工作特性,1.静止电动势,蓄电池处于静止状态（不充电也不放电）时，正、负极板间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。,2.内阻,电流流过铅酸蓄电池时所受到的阻力称为铅酸蓄电池的内阻。铅酸蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液和
16、联条的电阻。在正常状态下，铅酸蓄电池的内阻很小，所以能够供给几百安培甚至上千安培的起动电流。,电解液的电阻与其密度和温度有关。如6Q75型铅酸蓄电池在温度为+40时的内阻为0.01，而在20时内阻为0.019，可见，内阻随温度降低而增大。,电解液电阻与密度的关系如图2-22所示。由图可见，电解液密度为1.20gcm3（15）时其电阻最小。同时，在该密度下，电解液的粘度也比较小。密度过高、过低时，电解液的电阻都会增大。,因此，适当采用低密度电解液和提高电解液温度（如冬季对电池采取保温措施），对降低蓄电池内阻、提高起动性能十分有利。,图2-22 电解液电阻与密度的关系,3.放电特性,铅酸蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随放电时间而变化的规律。,图2-23 恒流放电特性曲线,图2-23所示
