汽车电子 第一章蓄电池

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1、第一章 蓄电池n第一节 概述n第二节 蓄电池的构造及型号 n第三节 蓄电池的工作原理n第四节 蓄电池的特性n第五节 蓄电池的容量n第六节 蓄电池的充电n第七节 其它车用电池简介第一节 概述 n一、蓄电池的种类n二、铅蓄电池的用途n三、铅蓄电池的优缺点电池电池是将化学能转换为电能的一种低压直流电源，通常 称为化学电源。一般将电池分为四大类：n 1、原电池，又称一次电池，如锌二氧化锰电池等 。n 2、蓄电池，又称二次电池，如铅二氧化铅，镉 氢氧化镍电池等。n 3、储备电池，如镁氯化银，锌二氧化铅电池 等。Reserve batteries are used for very long term s

2、torage where the electrolyte is isolated from the cell and only activated at time of use.n 4、连续电池，或称燃料电池，如氢一空气，肼_一一空 气电池等。 一、蓄电池的种类蓄电池可分为两类：nA.酸性蓄电池 它采用的电解液是化学纯净硫酸 溶液nB.碱性蓄电池 它又可分为苛性钠蓄电池和苛性 钾蓄电池。1、汽车上常用的蓄电池n汽车上常用的是铅蓄电池n除普通型铅蓄电池外，它还有以下三种类型：n A、干式荷电型蓄电池蓄电池内部无电解液贮存，极 板是干的，且长期处于荷电状态（2年），新的蓄电池不 必经过长时间初充电

3、加液静置即可投入使用。n B、湿荷电型蓄电池极板为荷电状态，蓄电池内部有 少量电解液，大部分电解液被极板和隔板吸收并储存起来 。胶体电解质铅蓄电池是其中一种。n C、免维护型蓄电池在汽车合理使用过程中，不需要 添加蒸馏水的一种新型蓄电池。国外称MF蓄电池。市内 短途可行驶8万公里，长途可行驶4048万公里，不需进 行维护，可用3.54年不加水。 2、铅蓄电池在汽车上的安装位置 n根据汽车制造厂车型结构设计而定。一般轿车装在发动罩内，货车装在车架 前部的左侧或右侧，客车多装在车厢内 。n蓄电池都是用特制金属框架和防震垫固 定的。 二、铅蓄电池的用途n 汽车上装有两个直流低压电源，一个 是起动型蓄

4、电池，另一个是发电机。发 电机是由发动机带动而发电的，蓄电池 是靠内部的化学反应来储存电能和向外 供电的。 它们的连接方式如下图所示 ：n由此可见，这两个电源与全车用电设备均接 成并联电路。3、蓄电池的作用n蓄电池是汽车电气系统的心脏，在一定 情况下（如发动机未运转时）蓄电池供 给用电设备所需的全部电能。 蓄电池的作用（续）n在发动机工作时，用电设备所需电能主要由 发电机供给，而铅蓄电池的主要用途有： n1）汽车发动机起动时，蓄电池向起动机和点火 装置供电。此时要求蓄电池在短时间内（5s 10s）给起动机提供强大的起动电流（汽油机为 200A600A。柴油机有的高达1000A）。n 2）在发电

5、机不发电或电压较低发动机处于 低速时，蓄电池向点火系及其它用电设备供 电，同时向硅整流发电机供给他激激磁电流 。 蓄电池的作用（续）n3）当用电设备同时接入较多，发电机超载时， 蓄电池协助发电机共同向用电设备供电。n4）当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时 ，可将发电机的电能转变为化学能储存起来，即 充电。n5）蓄电池还有稳定电网电压的作用。当发动机 运转时，交流发电机向整个系统提供电流。蓄电 池起稳定电器系统电压的作用。蓄电池相当于一 个较大的电容器，可吸收发电机的瞬时过电压， 保护电子元件不被损坏，延长其使用寿命。三、铅蓄电池的优缺点n 1、铅蓄电池最突出的优点内阻小 ，电压高而且稳定，

6、还复系数（即放出 电量与充入电量之比）高，成本低，易 于满足汽车需要。n2、铅蓄电池也有一些缺点如比能 低，可靠性较差，易于出现故障，需要 经常维护，使用寿命较短等。 第二节 蓄电池的构造及型号 n一、蓄电池的构造n二、蓄电池的型号n三、起动型铅蓄电池的选用及接线方式一、铅蓄电池的构造n铅蓄电池都是由 正负极板、隔板 、电解液、外壳 、联条和接线柱 等主要部件构成 ，如左图所示：一、铅蓄电池的构造蓄电池主要由下列各部分组成：1、极板组n极板组是蓄电池的核心部分，极板分正 极板、负极板两种。蓄电池的充放电过 程是靠极板上的活性物质与电解液的电 化学反应来实现的。 n极板是由栅架及铅膏涂料组成,栅

7、架的 作用是容纳活性物质并使极板成形。极板组(续)n铅膏是由铅粉与一定密度的稀硫酸混合而成 的。为提高负极板上活性物质的多孔性，防 止极板纯化和收缩，铅膏里常加入添加剂。n活性物质是进行电化学反应的主要成分。经 过化成处理后，正极板上的活性物质多为孔 性的二氧化铅（PbO2），呈红棕色。负极板 上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），呈青灰 色。概念：化成处理n所谓化成处理正、负极板上的 活性物质的转化过程称为化成处 理，也就是将涂膏后的生极板首 先经过热风干燥、然后再置人稀 硫酸中进行充电和保护性放电的 过程。2、隔板n隔板是在相邻的正负极板之间起绝缘作 用的物质。具有多孔性以便电解液渗透 ，化学

8、性能稳定。其厚度一般不超过 1mm。3、电解液n电解液又称电解质，俗称电水。它的作用是 形成电离，促成极板活性物质溶离产生电化 学反应。 n电解液是用专用的蓄电池用硫酸（GB4554 84）与铅酸蓄电池用蒸馏水（ZBK8400489 ）按一定比例配制而成的。相对密度：普通 蓄电池为1.260.010g/cm3(30 );干荷蓄电 池为1.280.010g/cm3(25 )。电解液（续）n电解液的密度对蓄电池的工作有重要影 响，密度大，可以减少结冰的危险并提 高其容量。n电解液必须规定标准温度。我国是15 ，而日本为20，欧美国家则规定为 25和30。4、壳体n壳体外形为长立方体，内部一般分隔成

9、互不 相通的三个或六个单格电池槽。n壳体应耐酸、耐热、耐寒、耐震、绝缘性能 好、有一定的机械强度。近年来，多用工程 塑料（聚丙烯）制成。n外壳的顶部有相同材料的池盖，分单体盖和 整体盖两种。 盖上有加液孔。平时用加液孔 螺塞拧紧。加液孔螺塞的顶部中心有通气小 孔,以排出电池内的H2和O2。在孔盖上装氧化 锰过滤器，可避免水蒸发逸出，减少水的消 耗。 5、联条n蓄电池总是由3个或6个单格电池组成的 ，各单格电池之间靠铅质联条串联起来 。联条的安装有传统的外露式，还有较 先进的穿壁式。二、蓄电池的型号nGB/T7403.1-1996 牵引用铅酸蓄电池中 规定了铅酸蓄电池型号、名称的编制方法。 产品

10、型号由4部分组成，其内容及排列格式如 下所示：n （1）串联的单格蓄电池数n （2）蓄电池类型 n （3）蓄电池特征n （4）蓄电池额定容量蓄电池的型号（续）n(1)部分用数字表示一个整体蓄电池内串联的 单格电池的个数。n(2)部分用汉语拼音字母表示根据其主要用途 划分的蓄电池类型。起动蓄电池用“Q”表示， 它是“起”字汉语拼音第一个字母的大写。n(3)部分是附加部分，用汉语拼音字母作代号 ，代表需要注明的蓄电池结构特征。代号如 下：干荷电代号为“A”，湿荷电代号为“H”， 免维护代号为“W”。n(4)部分是用阿拉伯数字表示的蓄电池的额定 容量Ah，Ah标量可以省略。蓄电池的型号（续）n例如：

11、解放CA141汽车用6QA100型 蓄电池，即是由6个单格电池串联，额 定电压为12V，额定容量为100Ah的干 荷式起动型蓄电池。n东风EQ140汽车用6Q105型起动蓄 电池，即是由6个单格电池串联, 额定电 压为 12V，额定容量为105Ah的干封式 起动型蓄电池。三、起动型铅蓄电池的选用及接线方式n铅蓄电池的选用电压必须符合汽车电系的额 定电压，能供给起动机所需要的较大起动电 流的容量，才能保证可靠起动。汽车用起动型铅蓄电池的接线方式：n1）单一方式。汽车上只装一个蓄电池，如CA141只装一 个6一QA一100型干荷式蓄电池， 等。n2）串联方式。汽车上装用两个型号完全相同的蓄电池 ，

12、串联起来供电。这样可提高额定电压。如CA10B汽车 装两个3一Q一84型蓄电池，串成12V。 n3）并联方式。汽车上装两个型号相同的蓄电池并联供 电，这样可增大容量。如红旗CA770A型轿车采用两个6 一Q一68型蓄电池。n4）串并联方式。串并联方式既能提高电压又可增大容 量。如苏联的别拉斯450柴油汽车，装有4个同型号的 12V蓄电池接成串并联方式。第三节 蓄电池的工作原理n一、电解液中的电离过程和电离平衡 n二、电势的建立 n三、铅蓄电池的放电过程 n四、铅蓄电池的充电过程 铅蓄电池的两种基本工作状态n放电：它是把化学能转变为电能向用电 设备供电的过程；n充电：它是把外面输入的电能转变为化

13、 学能储存在蓄电池里的过程。蓄电池中的可逆化学反应n蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2） ，负极板上的活性物质是海绵状纯铅（Pb），电 解液是硫酸水溶液（H2SO4）。n接通用电设备时，蓄电池可以放出电流，而放电 后又以相反的方向通过电流，可以使极板上的活 性物质恢复到原来的状态。在正常合理的使用条 件下，蓄电池能反复进行充、放电循环， n国产蓄电池一般的充放电循环期为250次500 次。 一、电解液中的电离过程和电离平衡n电离是可逆的，在一定条件下，当电离 过程的速度和离子结合成分子的速度相 等时，则建立成电离平衡。当然，这是 一种动态平衡。二、电势的建立当极板浸入电解液时，n在负

14、极板处，Pb+ 有沉附于极板表面的倾向。当 两者达到平衡时，溶解动态平衡，使负极板具有 负电位，约为-0.1V。n正极板上，Pb+有沉附于极板的倾向且大于溶 解的倾向，因而在正极板上使极板呈正电位，当 达到平衡时，约为+2.0V。 n当外电路未接通时，蓄电池的静止电动势E0约为 ：三、铅蓄电池的放电过程n铅蓄电池的放电过程就是化学能转变为 电能的过程。 n放电过程总的反应为：铅蓄电池的放电过程（续）n在放电过程中，正极板上的PbO2和负极板上 的Pb都逐渐转变为PbSO4，电解液中H2SO4逐 渐减少而水增多，所以电解液密度是不断下降 的。n理论上，放电过程应进行到极板上的活性物质 全部变为硫

15、酸铅为止，但实际上只有20 30的活性物质变成了硫酸铅。因此，采用薄 型极板，增加多孔率，提高极板活性物质的利 用率是发展的方向。四、铅蓄电池的充电过程n充电过程，就是在外加电场作用下，正、负极板 上硫酸铅还原为二氧化铅和海绵状铅，电解液中 水转变为硫酸的过程，因此电解液的密度是上升 的。n充电时，应将蓄电池接直流电源。当电源电压高 于蓄电池的电动势时，在电场力的作用下，充电 电流Ic流入蓄电池正极，再从负极流出即驱使电 子从正极经外电路流入负极。此时，正负极板发 生的反应正好与放电过程相反。充放电的化学反应式n蓄电池在充放电过程中，其内部活性物 质是处于化合和分解的矛盾运动中，略 去中间的化

16、学反应，充放电的化学反应 过程为： 第四节 蓄电池的特性n一、蓄电池的电动势、内电阻及端电压 n二、蓄电池的放电特性 n三、蓄电池的充电特性 一、蓄电池的电动势、内电阻及端电压1、电动势根据蓄电池的工况，有静止电 动势和瞬时电动势之分。1）静止电动势 n蓄电池在静止状态和标准相对密度时，单 格电池两电极之间的电位差值，称为静止 电动势。 n静止电动势的大小取决干电解液的密度和 温度。 2）瞬时电动势 n瞬时电动势是指铅蓄电池充、放电过程中， 标准电解液渗入极板孔隙内进行电化学反应 时，在正、负极板上产生的电极电位差值， 用E表示。 n其值仍按静止电动势公式计算。n注意：极板孔隙内部电解液标准相对密度， 在放电时比外部的要小些，因此瞬时电动势 小干静止电动势；反之，在充电时，瞬时电 动势高于静止电动势。2、内电阻n蓄电池的内电阻R0是指极板电阻、电解 液电阻、隔板电阻、联条和极桩电阻的 总和。n20C时，内阻R0可按下