第1章 蓄电池第1章 蓄电池学习目标：1．正确描述蓄电池基本结构和型号；2．简单叙述蓄电池的基本工作原理；3．正确描述蓄电池的容量及影响因素第1节 蓄电池的构造一、蓄电池的功用汽车蓄电池是一个可逆的直流电源，既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能它是汽车上的两个电源之一，与发电机并联，共同向用电设备供电它的主要功用是：1、在起动发动机机期间，为起动机提供强大的起动电流，同时为其他用电设备提供电流2、发电机过载时，蓄电池协助发电机为汽车用电设备提供电能3、汽车停车、发电机不发电、发动机低速运转以及发电机对外的输出电压较低时，为用电设备提供电能4、发电机的输出电压高于蓄电池的电势时，将电能转变成化学能储存起来，即充电5、蓄电池相当于一只大电容，它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对蓄电池的最大需求是必须靠它提供电流起动起动机，在发动机起动后，车辆的充电系统向蓄电池再充电同时充电系统还向车辆的附属用电设备供电二、对蓄电池的要求起动发动机时，蓄电池在短时（5～10s）内能向起动机连续供给强大电流：汽油发动机汽车一般需要200～300A；柴油发动机汽车一般需要500～1000A，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，所以在汽车上得到广泛应用三、蓄电池的分类汽车用蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两类汽车用铅酸蓄电池又分为普通型蓄电池、干式荷电型铅蓄电池、湿式荷电型蓄电池、免维护型蓄电池和胶体型蓄电池等还有一些新型的蓄电池，如刚刚研发成功的微电子控制蓄电池铅酸蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定一般轿车的蓄电池装在发动机罩内；货车的蓄电池装在车架前部的左侧或右侧，以空载时重量平衡为原则；客车的蓄电池多装在车厢内蓄电池都是用特制的金属框架和防震垫固定的以后章节如无特别说明，蓄电池均指铅酸蓄电池第2节 蓄电池的构造与型号一、普通型蓄电池的结构现代汽车用普通铅酸蓄电池由三只或六只单格电池串联而成，每只单格电池的电压约2V，串联后蓄电池电压为6V或12V以供汽车选用目前国内外汽油机汽车均选用12V蓄电池；柴油机汽车电源电压设计为24V，用两只12V蓄电池串联供电现代汽车用普通铅酸蓄电池由正极板、负极板、隔板、电解液、电池盖板、加液孔塞和电池外壳组成，如图1－2－1所示。
图1－2－11－蓄电池外壳；2－封闭环；3－正极柱；4－联条；5－加液孔；6－负极柱；7－电池盖；8－封料；9－护板；10－隔板；11－负极板；12－正极板；13－支撑凸起；14－横板；15－电极（一）极板极板是蓄电池的核心部分，形状如图1－2－２所示，它分为正极板和负极板正极板上的活性物质是深棕色二氧化铅（PbO2）,负极板上的活性物质是青灰色的海绵状铅（Pb）蓄电池充放电过程中，电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上的活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的正负极板上的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上，如图1－2－３所示加锑的目的是提高机械强度和浇铸性能但锑有副作用，它会加速氢的析出而加速电解液消耗，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目前国内外大都含锑量为2%～3%为降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，现代汽车蓄电池采用放射性栅架 图1－2－2 极板 图1－2－3 栅架负极板上的活性物质具有多孔性，电解液能够渗透到极板的内部，增大电解液与活性物质的接触面积，使活性物质在充放电化学反应时得到充分利用，提高其容量。
极板上联有极桩，各片间留有间隙安装时正负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入蓄电池单格内便形成单格电池如图1－2－４所示，在每个单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片例东风EQ1090汽车所用6－Q－105型蓄电池，每单格中正极板为7片，负极板为8片，这样正极板都处于负极板之间，使其两侧放电均匀否则由于正极板的机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，而造成极板拱曲目前国产极板的厚度为1.8～2.4mm，国外大都采用1.1～1.5mm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二）隔板为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池的正负极板应尽可能靠近隔板放置在正负极之间避免正负极板之间接触短路，隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，且化学稳定性要好，具有耐酸和抗氧化性隔板的材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料等木质隔板的价格便宜，但耐酸性能差，已很少使用微孔橡胶隔板性能好，寿命长，但生产工艺复杂、成本较高，故尚未推广使用微孔塑料隔板孔径小、孔率高、薄而软，生产效率高、成本低，因此目前广泛使用安装时，隔板带槽的一面应面向正极板，且沟槽必须与外壳底部垂直因为正极板在充、放电过程中化学反应强烈，沟槽既能使电解液上下沟通，也能使气泡沿槽上升，还能使脱落得活性物质沿槽下沉。
有的厂家用微孔塑料袋做成信封式隔板套在正极板上，可以防止活性物质脱落，图1－2－５所示 图1－2－4 单格蓄电池极板组 图1－2－5 信封式隔板（三）电解液电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，由化学纯净硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，其成分用密度表示电解液的的密度对蓄电池性能和寿命影响很大为了提高蓄电池容量和降低电解液的冰点，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，而且还会加速隔板和极板损坏，缩短蓄电池的使用寿命电解液的的密度一般为1.24~1.30g/cm³,它的密度应根据地区，气候条件和制造厂的要求而定我国幅员辽阔，气候条件复杂，为此，国家规定了各地区的电解液密度值，见 表1－2－1，供选用时参考四）外壳蓄电池外壳的功能是盛装电解液和极板组，外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击外壳有硬橡胶外壳和聚丙烯塑料外壳两种 外壳为整体式结构，壳内间壁分成3个或6个互不相通的单格，底部制有凸起的肋条用来搁置极板组肋条之间的空隙可以寄存极板脱落的活性物质，防止正、负极板短路蓄电池各单格电池之间均用铅物质联条串联。
联条设装在盖上是一种传统的连接方式，不仅浪费材料，而且还使蓄电池内阻增大，所以此种连接方式正在被船壁式连接所取代采用穿壁连接方式连接单格电池时，所用联条尺寸很小，并设装在蓄电池内部每个单元格电池都哟一个加液孔，旋下加液孔盖，可以加注电解液或检测电解液密度；旋下孔盖便可防止电解液溅出孔盖上设有通气孔，该校孔应保持畅通，以便随时排出蓄电池内化学反应放出的氢气（H2）和氧气(O2),防止外壳胀裂和发生事故蓄电池盖有硬橡胶盖和聚丙烯耐酸塑料盖两种，前者与硬橡胶外壳配用，盖子外壳之间的缝隙用沥青封口剂填封；后者与聚丙烯耐酸塑料外壳配用，其盖子为整体结构，与外壳之间采用热接合工艺粘合表1－2－1 不同地区和气候条件下电解液的相对密度气候条件完全充足电的蓄电池在25℃时的电解液相对密度冬季夏季冬季温度低于零下40℃的地区1.301.26冬季温度在零下40℃以上的地区1.281.24冬季温度在零下30℃以上的地区1.271.24冬季温度在零下20℃以上的地区1.261.23冬季温度在零0℃以上的地区1.231.23（五）联条联条的作用是将各单元格的电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压传统蓄电池的联条是外露式的，用铅材料铸造而成；整体式蓄电池的联条在蓄电池的内部，多采用穿壁式或跨接式结构，如图1－2－６。
a）外露式联条连接 （b）内部穿壁式连接 （c）跨越式连接图1－2－6 单格电池的连接方式（六）接线柱普通铅蓄电池首尾两极板组的横板上焊有接线柱，接线柱有侧孔形、圆锥形和L形三种，图1－2－７所示为了便于识别，极桩的上方或旁边刻有“+”{或P}、“—”或{N}标注，也有的在极桩上涂有红色油漆图1－2－7 铅蓄电池接线柱外形二、铅蓄电池的型号蓄电池的型号按JB2599－1985《铅蓄电池产品型号编制方法》的规定，铅蓄电池型号的编制和含义如下：串联的单格电池数蓄电池类 型蓄电池特 征蓄电池容 量特殊 性 能（1）串联的单格电池数是指该电池总成所包含的单格电池数目，用阿拉伯数字表示2）蓄电池类型是根据其主要用途来划分的如起动用蓄电池代号为“Q”，摩托车用蓄电池代号为“M”3）蓄电池特征为附加部分，仅在同类用途的产品中具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，原则上应按1－1的顺序将两个代号并列标志产品特征代号见表1－2－２所示4）额定容量是指20h率额定容量，单位为A·h，用阿拉伯数字表示5）在产品具有某些特殊性能时，可用相应的代号加在产品型号的末尾。
如G表示高起动率电池，S表示塑料外壳电池表1－2－2 产品特征代号序号产 品 特 征代号序号产 品 特 征代号序号产 品 特 征代号序号产品特征代号123干荷电湿荷电免维护AHW456少维护防酸式密闭式SFM789密闭式液密式气密式BYQ101112激活式带液式胶质电解液IDJ例如：（1）3—Q—75：由3个单体电池组成，额定电压为6V，额定容量为75A·h的起动用蓄电池2）6—QA—105G：由6个单体电池组成，额定电压为12V，额定容量为105A·h的起动用干荷电高起动率蓄电池3）6—QAW—100：由6个单体电池组成，额定电压为12V，额定容量为100A·h的起动用干荷电免维护蓄电池第3节 蓄电池的工作原理与特性一、蓄电池的基本工作原理铅蓄电池充放电反应原理如图1－11所示，当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,电解液中的硫酸减少，水增多，相对密度减小充电时，正负极板上的PbSO4分别恢复成原来的PbO2和Pb，电解液中的水减少，硫酸增多，相对密度减小如略去中间的化学反应过程，可用下式表示： （1－1）铅蓄电池在充放电过程中的化学反应是可逆的。
在接通用电设备时，蓄电池作为电源向外供电，将内部的化学能转变为电能当存电不足而又将蓄电池与其他具有适当电压的直流电源并联时，又能向蓄电池充电在正常使用条件下，国产蓄电池的充放电循环寿命为250－500次1． 铅蓄电池的放电当蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流If从正极经过负载流往负极（即电子从负极到正极），使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡放电的化学反应过程如图1－3－1所示图1－3－1 铅蓄电池的充电过程2． 铅蓄电池的充电充电时，应将蓄电池接直流电源当电源电压高于蓄电池电动势时，在直流电源电压作用下，电流从蓄电池正极流入，负极流出（即驱使电子从正极经外电路流入负极）这时正负极正好与放电过程相反，其化学反应过程图1－3－2所示图1－3－2 铅蓄电池的充电过程二、蓄电池的工作特性。