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1、第 2 章 蓄电池学习目标q了解蓄电池的分类与功用。q掌握铅蓄电池的结构组成及选用。q了解蓄电池的容量概念及影响因素。q了解铅蓄电池的常见故障。q掌握铅蓄电池的正确维护与检测方法。 第 2 章 蓄电池 2.1 概述 2.1.1 蓄电池的分类 蓄电池是一种化学电源，靠其内部的化学反应来储存电能或向 用电设备供电。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。同时，由于人们对燃 油汽车排放要求的提高和能源危机的冲击，各国正在不断探索和研 制电动汽车，其主要的动力源为新型高能蓄电池。下表列出了各种 蓄电池特点。 类 型优 点缺 点适 用 车 辆 铅酸 蓄电 池
2、结构简单；价格 便宜；内阻小； 电压稳定；可以 短时间供给起动 机强大的起动电 流比容量小 ；使用寿 命相对较 短一般车辆镍碱 蓄电 池容量大；使用寿 命长；维护简单 ；能承受大电流 放电而不易损坏活性物质 导电性差 ；价格较 高使用时间 长、可靠 性高的车 辆 电动 车蓄 电池比容量大；无污 染；充、放电性 能好；使用寿命 长结构复杂 ；成本高电动汽车第 2 章 蓄电池2.1.1 蓄电池的分类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。各种铅蓄 电池的特点见下表。
3、类 型特 点普通 铅蓄 电池新蓄电池的极板不带电，使用前需按 规定加注电解液并进行初充电，初充 电的时间较长，使用中需要定期维护 。 干荷 电铅 蓄电 池新蓄电池的极板处于干燥的已充电状 态，电池内部无电解液。在规定的保 存期内，如需使用，只需按规定加入 电解液，静置2030min即可使用，使 用中需要定期维护。 湿荷 电铅 蓄电 池新蓄电池的极板处于已充电状态，蓄 电池内部带有少量电解液。在规定的 保存期内，如需使用，只需按规定加 入电解液，静置2030min即可使用， 使用中需要定期维护。 免维 护蓄 电池使用中不需维护，可用34年不需补 加蒸馏水，极桩腐蚀极少，自放电少 。第 2 章 蓄
4、电池2.1.1 蓄电池的功用 汽车上装有蓄 电池和发电机两个 直流电源，这两个 电源并联，全车的 用电设备均为并联 。蓄电池的功用：1）起动发动机时，蓄电池向起动系和点火系供电。 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）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）当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电 。5）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。 第 2 章 蓄电池 2.2 铅蓄电池 2.2.1 铅蓄电池的结构 铅蓄电池一般由3 个或6个单
5、格电池串联 而成，结构如图所示：1负极柱 2加液孔盖 3正极柱 4穿壁连接 5汇流条 6外壳 7负极板8隔板 9正极板 第 2 章 蓄电池2.2.1 铅蓄电池的结构1极板极板是蓄电池的核心部分，蓄电池 充、放电的化学反应主要是依靠极板上 的活性物质与电解液进行的。极板分为 正极板和负极板，均由栅架和活性物质 组成。栅架的作用是固结活性物质。栅架 一般由铅锑合金铸成，具有良好的导电 性、耐蚀性和一定的机械强度。栅架的 结构右上图所示。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，右下图为桑塔 纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。 第 2 章 蓄电池2.2.1 铅蓄电池的
6、结构正极板上的活性物质是二氧化铅 （PbO2），呈深棕色；负极板上的活 性物质是海绵状的纯铅（Pb），呈青 灰色。将活性物质调成糊状填充在栅 架的空隙里并进行干燥即形成极板。 如右上图所示。将正、负极板各一片浸入电解液 中，可获得2V左右的电动势。为了增 大蓄电池的容量，常将多片正、负极 板分别并联，组成正、负极板组，如 右下图所示。在每个单格电池中，正 极板的片数要比负极板少一片，这样 每片正极板都处于两片负极板之间， 可以使正极板两侧放电均匀，避免因 放电不均匀造成极板拱曲。1极板组总成 2负极板 3隔板 4正极板 5极板联条 第 2 章 蓄电池2.2.1 铅蓄电池的结构2隔板隔板插放在正
7、、负极板之间，以防止正、负极板互相接触造成 短路。隔板应耐酸并具有多孔性，以利于电解液的渗透。常用的隔 板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中，木质隔板耐酸性较 差，微孔橡胶隔板性能最好但成本较高，微孔塑料隔板孔径小、孔 率高、成本低，因此被广泛采用。3电解液电解液在蓄电池的化学反应中，起到离子间导电的作用，并参 与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸（H2SO4）与蒸馏水按一定比 例配制而成，其密度一般为1.241.30g/cm3。第 2 章 蓄电池2.2.1 铅蓄电池的结构电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰 的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则粘度增加，反而降低蓄
8、电池的容量，缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定， 下表列出了不同地区和气温下的电解液的密度。另外，电解液的纯度 也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。气 候 条 件 完全充足电的蓄电池25时 电解液的密度（g/cm3） 冬季夏季 冬季温度低于 40地区1.301.26冬季温度高于 40地区1.281.25冬季温度高于 30地区1.271.24冬季温度高于 20地区1.261.23冬季温度高于 0地区1.241.23第 2 章 蓄电池2.2.1 铅蓄电池的结构4壳体壳体用于盛放电解液和极板组， 应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用 硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式 结构，底部有凸起
9、的肋条以搁置极板 组。壳内由间壁分成3个或6个互不相 通的单格，各单格之间用铅质联条串 联起来，如右图所示。壳体上部使用 相同材料的电池盖密封，电池盖上设 有对应于每个单格电池的加液孔，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。加液孔 盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中 产生的气体顺利排出。第 2 章 蓄电池2.2.2 免维护蓄电池的特点 免维护蓄电池又称MF蓄电池，免维护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。免维护蓄电池特点：1）栅架材料采用铅钙合金，既提高了栅架的机械强度，又减少 了蓄电池的耗水量和自放电
10、。2）采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板，将正极板装在隔板袋内，既 可避免正极板上的活性物质脱落，又能防止极板短路。因此壳体底 部不需要凸起的肋条，降低了极板组的高度，增大了极板上方的容 积，使电解液贮存量增多。3）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。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 所示。 第 2 章 蓄电池2.2.2 免维护蓄电池的特点4）采用了新型安全通气装置和气体收集器，在孔盖内部设置了 一个氧化铝过滤器，可阻止水蒸气和硫酸气体通过
11、，同时又可以使氢 气和氧气顺利逸出。通气塞中装有催化剂钯，可促使氢、氧离子重新 结合成水回到蓄电池中。 1绿色（充电程度为65或更高） 2黑色（充电程度低于65） 3浅黄色（蓄 电池有故障）4蓄电池盖 5观察窗 6光学的荷电状况指示器 7绿色小球第 2 章 蓄电池2.2.3 铅蓄电池的工作原理 1铅蓄电池的静止电动势将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、负极板与电解液 相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。铅蓄电池的静止电动势Ej：Ej0.85+25 （2-1）式中，Ej-静止电动势，即开路电压（V）；25-基准温度（25）时，电解液的相对密度（g/cm3）。注意，实测电解
12、液的相对密度，应转换成25时电解液的相对密 度，转换关系式为：25t + 0.00075（t25） （2-2）式中，t-实测电解液相对密度（g/cm3）；t-实测电解液温度（ ）。因为铅蓄电池工作时，电解液密度总是在1.121.30g/cm3之间 变化，所以每个单格电池的电动势也相应地在1.972.15V之间变化 。 第 2 章 蓄电池2.2.3 铅蓄电池的工作原理2铅蓄电池的放电当铅蓄电池的正、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
13、变为电能的过程 。放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb，都与电解液中的 H2SO4反应生成硫酸铅（PbSO4），沉附在正、负极板上。电解液中 H2SO4不断减少，密度下降。理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止 ，但由于生成的PbSO4沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内 层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，因此 在使用中被称为放完电蓄电池的活性物质利用率只有2030 。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质 的利用率，增大蓄电池的容量。第 2 章 蓄电池2.2.3 铅蓄电池的工作原理蓄电池放电终了的特征是：（1）单格电池电压降到放电终止电
14、压；（2）电解液密度降到最小许可值。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。放电电流（A ）0.05 C20 0.1C200.25 C20C203C20放电时间20h10h3h25mi n5min单格电池终止 电压（V）1.751.701.651.551.50第 2 章 蓄电池2.2.3 铅蓄电池的工作原理3铅蓄电池的充电充电时，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
15、转换为化学能的过程。充电时，正、负极板上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的 H2SO4增多，密度上升。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 需要定期补充蒸馏水。蓄电池充足电的标志是：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态；（2）电解液的密度和蓄电池的端电压上升到规定值，且在23h 内保持不变。 第 2 章 蓄电池2.2.4 铅蓄电池的型号 按机械工业部JB259985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
16、：如型号6QA60代表额定电 压12V、额定容量60Ah的起动型干荷电铅蓄电池。 第一 部分第二部分 第三部 分 串联 的单 格电 池数蓄电池的 类型蓄电池的特征 蓄电 池的 额定 容量 蓄电池 的特殊 性能 用阿 拉伯 数字 表示用大写的 汉语拼音 字母表示 如：Q-起 动用铅蓄 电池 N-内燃机 车用蓄电 池 M-摩托 车用蓄电 池 用大写的汉语 拼音字母表示 如：A-干荷电 铅蓄电池 H-湿荷电铅蓄 电池 W-免维护铅蓄 电池 B-薄型极板无字母-普通 铅蓄电池 20h 率放 电率 的额 定容 量， 单位 为 Ah ，单 位略 去不 写。 用大写 的汉语 拼音字 母表示 如：G- 高起动
