汽车电器论文：蓄电池的改进

1、汽车工程系教学课程论文课程论文题目：蓄电池的改进系别： 专业： 年级： 学号： 姓名： 2015年XX月XX日序言本论文主要讲述汽车蓄电池的工作原理、使用和维护以及日常小常识。铅蓄电池已成为大多数人生活中的必需品。汽车、摩托车、助力车、电动车等交通工具中，铅蓄电池是他们组成部分中不可或缺的重要部件。汽车蓄电池可分为传统的铅酸蓄电池和免维护型蓄电池。实践证明，由于汽车的保有量的增加，电子控制的先进化，人们对蓄电池的使用、维修 工作的认识度不深，是广大汽车使用人员掌握和提高对蓄电池这方面的深度认识，也就显得十分必要了。 由于本人水平有限，论文中有不足之处敬请指导老师给出指正，以便在今后努力学习。&

2、#160;蓄电池的未来发展摘要随着现代汽车电气系统的不断升级，而目前所普遍采用的汽车电器的辅助电源仍是铅酸蓄电池。而随着电气设备数量的增加、纯电动汽车的推广以及环境污染加重，铅酸蓄电池更需要进一步改进与升级，从而为汽车性能的改进、拓展蓄电池发展空间以及倡导可持续发展的国家战略方针打下坚实基础。本文简单介绍铅酸蓄电池的结构特点和工作原理，对汽车蓄电池的改进与发展方向进行了论述。关键词：蓄电池、改进、发展方向目录1. 引言12. 汽车蓄电池12.1. 概述、分类及功能.12.2. 铅酸蓄电池的结构及工作原理.12.2.1. 蓄电池概述12.2.2. 铅酸蓄电池结构组成12.2.3. 铅酸蓄电池工作

3、原理23. 汽车蓄电池的常见故障及分析.24. 蓄电池修复方法35. 汽车蓄电池的改进免维护蓄电池（MF）与干荷蓄电池.45.1. 免维护蓄电池（MF）.45.1.1. 概念及结构特征45.1.2. 优势.45.2. 干荷蓄电池.55.2.2概念及结构特征.55.2.3优势.56. 汽车蓄电池的未来发展方向.5 6.1. 混合动力汽车的出现与蓄电池的发展关系.5 6.1.1概述及性能要求.5 6.2. 各类车用电池的性能比较.67.总结.78.参考文献.81.引言自1859年法国科学家普兰特发明了铅酸蓄电池，至今正好有一个半世纪的历史。多年来铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，由于制造工艺及相关配

4、套技成熟，具有价格便宜、规格齐全、原料易得、使用可靠、温度特性好、可大电流放电等优点，因此在许多重要领域得到广泛应用。但是现如今随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量较低、充电速度慢（相对而言）、寿命较短以及对环境污染较大，已逐渐被其他蓄电池所取代。2.汽车蓄电池2.1.概述、分类及功能 .概述：在汽车上，蓄电池和发电机并联工作，发电机是汽车的主要电源，蓄电池是汽车的辅助电源。蓄电池是一种可逆的低压直流电源。既能将化学能转换为电能，也能将电能转化为化学能。 .分类：汽车用蓄电池分碱性蓄电池和酸性蓄电池两大类。碱性蓄电池的电解液为化学纯净的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。酸性蓄电池的电解液为化学纯净

5、的硫酸溶液。按结构可分为橡胶槽蓄电池和塑料槽蓄电池两类。按性能可分为干荷蓄电池和免维护蓄电池。 .功能：（1） 发电机启动时，向起动机和点火系供电；（2） 备用供电：当发动机低速运转、发电机不发电或电压较低时，向交流发电机磁场绕组、点火系统以及其他用电设备供电。（3）储存电能：当发动机中高速运转、发电机正常供电时，将发电机剩余电能转换成化学能储存起来。（4）协同供电：当用电设备过多，当发电机过载时，协助发电机向用电系统供电。（5）稳定电源电压，保护电子设备：蓄电池相当于大容量电容器，不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，还能够吸收电路中的瞬时过电压，防止损坏电子设备。2.2.蓄电池的结构及其工作

6、原理2.2.1.蓄电池的概述：蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。它由极板、极柱、隔板、外壳、电解液、连接条等部分组成。其放电的化学 反应是依靠正极板活性物质(二氧化铅和铅)和负极板活性物质 (海绵状纯 铅)在电解液(稀硫酸溶液)的作用下进行，2.2.2.蓄电池的结构组成：极板。极板是蓄电池的核心，由栅架和活性物组成。活性物质填充在铅锑合金铸成的栅架上。正极板上的活性物质是褐色的二氧化铅，负极板上的活性物质是青灰色海绵状铅。隔板。为减小蓄电池的内阻和体积，防止正负板接触而短路，通常在正负极板之间插入隔板。电解液。电解液在蓄电池的化学反应中起重要作用。它由相对密度为1.84

7、的纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。外壳。外壳用来盛装电解液和极板组，多采用整体式结构，可拆修性较差。其他部件。极柱、联条、加液孔盖、封口料。2.2.3.铅酸蓄电池工作原理：蓄电池的工作原理实际上是化学能与电能的相互转化。蓄电池将化学能转化为电能而向外供电的过程，称为放电过程；相反，蓄电池将电能转化为化学能而储存起来的过程，成为充电过程。电化学反应方程式：PbO2 + 2H2SO4 +Pb PbSO4+ 2H2O+ PbSO4 （正极板）（电解液）（负极板） （正极板）（电解液）（负极板）负极板：铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+ Pb-2ePb2+ 电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具

8、有负电位，为-0.1V。 正极板：PbO2 溶于电解液 PbO2 + 2H2SO4Pb(OH)4 Pb(OH)4Pb4+ + 4OH- OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极表面,使正极板有+2.0V 在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静止电动势为： E=2.0(0.1)=2.1V 2放电过程 将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。  3.汽车蓄电池的常见故障及分析蓄电池的故障可分为外部故障和内部故障：外部故障主要有外壳裂纹、封口胶干裂、极柱腐蚀和松动；内部故障主要有极板硫化、自行放电、极板短路和极板活性物质脱落。下面介绍蓄电池的内部故障（如下图表1）故障现象故障特征故

9、障主要原因故障处理方法极板硫化内阻显著增大，极板上生成白色粗晶粒硫酸铅的现象称为硫酸铅硬化，简称“硫化”。极板硫化主要发生在负极板上，是导致蓄电池寿命终止的主要原因极板颜色不正常；放电时，端电压下降快，充电时，端电压上升快；电池容量降低；电解液密度低于正常值；充电时密度增加缓慢；充电时单格电压上升很快；单格电压过高（2.83.0V）；易早沸腾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，极板上部发生氧化后与电解液接触，生成粗晶粒硫酸铅；电解液密度过高；电解液含有较多杂质；气温变化剧烈。轻度故障：过充电法；中等程度故障：小电流长时间过充电法；重度故障：水处

10、理法；防硫化措施：保证蓄电池经常处于充足电状态；汽车上的蓄电池定期送充电间彻底充电；放完电后的蓄电池在24h内送充电间充电。自行放电充足电的电池，30天内，每昼夜容量降低超过2%电池不用时，电能自行消耗使用因素：电解液杂质过多；电解液密度偏高；电池表面不清洁；电池长期不用；结构因素：未使用专用硫酸配置电解液；配置用器皿为非耐酸材料，且能防脏物掉入；电池盖和电池塞未装好；未经常清洁表面且保持干燥对于自行发电严重的蓄电池，若是因为电解液不纯引起的自放电，可以将蓄电池完全放电或过度放电，使极板上的杂质进入电解液，然后将电解液倒出，用蒸馏水将蓄电池仔细清洗干净，最后加入新电解液重新充电极板短路极板短路

11、；蓄电池无电压充电时电解液温度迅速升高；电压和密度上升很慢；充电末期气泡很少；高率放电计试验时，电压迅速下降；易早沸隔板损坏；极板拱曲；活性物质大量脱落解体、更换极板或隔板极板活性物质脱落蓄电池的电解液浑浊，有褐色物质浮出。活性物质脱落主要在正极板上发生，是蓄电池过早损坏的主要原因之一蓄电池的容量明显下降；充电时，单格电池的端电压上升快，电解液过早出现沸腾现象，电解液密度不能达到规定的最大值；放电时，蓄电池的容量明显下降充电电流过大；“过充”时间长；低温大电流放电，造成极板拱曲；电解液不纯；汽车行驶时颠簸、振动轻度故障：清洗后更换电解液；重度故障：更换极板或直接报废（接上表）表14.蓄电池的修

12、复方法4.1“天天用车，天天充电”。铅酸蓄电池没有记忆，至所以容量快速 减少主要是蓄电池硫化和“失水”、“亏电”等一些原因，蓄电池最怕的 就是“亏电”欠压，蓄电池常“亏电”，电池极板极易受伤，我们调查发 现有高达 70%的电动车电池容量减少电极板被放电时的强电流（启动电流） 拉伤所致（电摩尤其明显），电极板拉伤属于电池物理损伤，这种损伤无 法修复。因此“天天用车、天天充电”，保证蓄电池随时有充足的电压就 成为必然。4.2定时补充蒸馏水。用户普遍以为，免维护蓄电池不用加水，其实这 种说法是错误的。免维护蓄电池在充电和大电流放电过程中会产生热量， 有热量就会有水分蒸发，尽管水蒸发的过程十分缓慢，但

13、时间一长，累计 水蒸发的量就不容小视。因此每 6 个月左右应该给蓄电池补水一次，这样 蓄电池的使用寿命才会延长。4.3电动车启动巧用力。电动车启动电流很大，尤其是大功率电机的电 摩，启动电流更大。大电流很伤蓄电池极板，最好的方法就是在启动前象 骑自行车一样的骑行后，再启动电动车电源。当然很多电摩没有骑行装置， 这就没有办法了。 4.4每季对电瓶深度放电一次。蓄电池在使用了一段时间后必然会有一 些活性物质下沉，如果活性物质不及时启动，势必会对蓄电池的容量造成 一些影响，因此，在经常使用电动车的时候，要做到每季对蓄电池深度放 电一次。 4.5经常观察充电器的好坏。新电池充电过程一般都是 6-8 个

14、小时，充 满电后充电器会亮绿灯，如果充电时间过长就要检查充电器电压保护装置 是否坏损，如果坏损就需要及时的调换充电器，否则极易充坏蓄电池。另 外，充电器不要购买快速的充电器，快速充电同样对蓄电池极板有伤害。 4.6长期不使用蓄电池时每月至少要给蓄电池充电一次。这样做的目的 就是防止蓄电池放置时间过长而引起蓄电池硫化和“亏电”。4.7防止蓄电池爆晒。爆晒会使电池温度升高，因此要注意。4.8尽早使用电瓶保护器。电瓶保护器也就是脉冲发生器，因脉冲不间断的 消除电瓶硫化，使极板始终保持“洁净”，从而达到延长电瓶使用寿命的效果，但 对大电流损伤电池极板作用不大（如有的电摩使用带脉冲的充电器，结果电瓶延

15、寿效果不明显），必须增加新技术加以改进。5.汽车蓄电池的改进免维护蓄电池（MF）与干荷蓄电池5.1免维护蓄电池（MF）5.1.1.概念及结构特征概念：免维护蓄电池又叫做MF（Maintenance-Free）蓄电池，在其使用过程中不需要做任何维护或只需较少的维护工作。结构特征：极板栅架采用铅钙合金或低锑合金(含锑2%3%)，减少了析气量，耗水量。同时自行放电也大大减少，使用寿命延长；隔板采用袋式聚氯乙烯隔板，将正极板包住，可保护正极板活性物质不致脱落，并防止极板短路；有的通气孔采用新型安全通气装置，可保持蓄电池内的酸气，避免与外部火花直接接触，以防爆炸。通气塞中还装有催化剂钯，帮助排出的氢氧离

16、子结合生成水再回到蓄电池中去，减少了水的消耗。这种新型通气装置还可使蓄电池顶部和接线柱保持清洁，减少了接头的腐蚀；单格电池间采用穿壁式连接，减小了内阻，提高了起动性能。外壳为聚丙烯塑料热压而成，壳底没有凸肋，极板组直接座落在蓄电池底部，这样可使极板上部容积增大，电解液储量增大，且壳体内壁薄，与同容量电池相比，重量轻，体积小。免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电 小的特点。使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池也 有两种：第一种在购买时一次性加电解液以后使用中不需要维护(添加补充 液)；另一种

17、是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能 加补充液。 由于免维护蓄电池采用铅钙合金栅架，充电时产生的水分解量少，水 份蒸发量低，加上外壳采用密封结构，释放出来的硫酸气体也很少，所以 它与传统蓄电池相比，具有不需添加任何液体，对接线桩头、电线腐蚀少， 抗过充电能力强，起动电流大，电量储存时间长等优点。5.1.2.优势（1）免维护铅蓄电池合理使用过程中不需添加蒸馏水，短途运输车辆可行驶8万km，长途载货车可行驶40万km80万km而不需维护，使用方便；（2）电桩腐蚀极轻或没有腐蚀；（3）使用寿命长，一般在4年左右，几乎是普通蓄电池的2倍；（4） 蓄电池自行放电少，使用或贮存时不需进行

18、补充充电。 5.2. 干荷蓄电池5.2.1.概念及结构特点 概念：干荷蓄电池即干式荷电蓄电池，与普通电池的区别是它的极板在干燥状态下能较长期的保存在制造过程中所得到的电荷。结构特点：干荷电铅蓄电池与普通铅蓄电池相比，其结构基本相同，不同点主要在于负极板的制造工艺要求较高。在负极板的铅膏中加大了松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂，并在化成过程中有一次深放电循环或进行反复充、放电，以便活性物质达到深化。 5.2.2.优势（1）储存时间长，极板组在干燥状态下能够较长期（一般为2年）地保存制造过程中所得到的电荷，使其有效储存时间比一般蓄电池长一年左右。（2）使用方便，在规定的保存期(两年)内如需使用，只要灌

19、注规定密度的电解液，搁置l5min、调整液面高度至规定标准后，不需进行初充电即可使用。6.汽车蓄电池的未来发展方向6.1. 混合动力汽车的出现与蓄电池的发展关系6.1.1概述及性能要求概述：随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量较低、充电速度慢（相对而言）、寿命较短以及对环境污染较大，已逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有钠-硫电池、镍-镉电池、锂电池、燃料电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。性能要求：比能量。比能量是保证混合动力汽车能够达到基本合理的行驶里程的重要性能，连续2h放电率的比能量至少不低于44（W*h）/kg。充电时间短。蓄电池对充

20、电技术没有特殊要求，能够实现感应充电。蓄电池的正常充电时间应小于6h，蓄电池能够适应快速充电的要求，蓄电池快速充电达到额定容量50%的时间应在20min左右。连续放电率高，自放电率低。蓄电池能够适应快速放电的要求，连续1h放电率可以达到额定容量的70%左右。自放电率要低，蓄电池能长期存放。不需要复杂的运行环境。蓄电池能够在常温条件下正常稳定的工作，不受环境温度的影响，不需要特殊加热。保温热管理系统，能够适应混合动力汽车行驶时振动的要求。安全可靠。蓄电池干燥、洁净，电解质不会渗漏腐蚀接线柱和外壳。不会引起自燃或燃烧，在发生碰撞等事故时，不会对乘员造成伤害。废蓄电池能够进行回收处理和再生处理，蓄电池中有害重金属能够集中回收处理。电池组可以采用机械装置进行整体快速更换，线路连接方便。寿命长、免维修、制造成本低。蓄电池的循环寿命不低于1000次，在使用寿命限定期以内，不需要进行维护和修理。6.2各类车用电池的性能比较（如下图表2）电池类型单体电池电压/V比能量/（W/kg）比功率/（W/