第1章电源系统(蓄电池)

《汽车电器构造与检修》——第1章电源系统（蓄电池）教学内容第1章电源系统第2章起动系统第3章点火系统第4章照明及信号系统第5章仪表与报警系统第6章防抱死制动系统第7章安全气囊系统第8章辅助电器与电子设备第9章汽车空调第10章全车电路识读与分析1.1蓄电池的结构与型号1.2蓄电池的工作原理与工作特性1.3蓄电池的容量及其影响因素1.5蓄电池技术状况检测及常规故障诊断与排除1.4蓄电池的充电1.6新型蓄电池简介第1章电源系统（蓄电池）1.1蓄电池的结构与型号1蓄电池的分类2蓄电池功用3蓄电池构造4蓄电池的型号1蓄电池的分类(1)蓄电池实质：化学能电能

(2)汽车用蓄电池分为碱性和酸性两大类。碱性蓄电池的电解液为NaOH或KOH溶液；酸性蓄电池的电解液是硫酸溶液，由于其极板上活性物质主要成分是铅，故称为铅酸蓄电池，其优点：内部电阻小、输出电压稳定、制造成本低、原材料丰富等，故在汽车上普遍使用。1蓄电池的分类

(3)现代汽车普遍使用干荷与免维护蓄电池(按性能)：干荷蓄电池：极板在干燥状态下，能在较长时间(一般2年)内保存蓄电池的电量，称为干荷电蓄电池。免维护蓄电池：蓄电池在有效期(一般4年)内无需进行添加蒸馏水等维护工作。(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，向点火系统等用电设备供电。

2蓄电池功用(1)

启动发动机。发动机起动时，向起动机和点火系供电，这是汽车上蓄电池的主要用途。汽油机起动电流200～600A；柴油机起动电流高达1000A。起动时间约为5～10秒。(3)协同供电：发电机过载，帮发电机向用电设备供电2蓄电池功用(4)储存电能：发动机中高速运转、发电机正常供电时，储存发电机的过余能量。

(5)稳定电源电压，保护电子设备：相当于一个大的电容器，吸收电路中的瞬时高压，这点在现代电控汽车中尤为重要(发动机绝不允许脱开蓄电池运转)。

3蓄电池构造

铅酸蓄电池由极板、隔板、外壳、电解液等组成。蓄电池内有3或6格，每个单格为2V。

负极柱加液孔盖连接条正接柱外壳负极板隔板正极板极板（蓄电池的核心，由栅架与活性物质做成）(1)栅架——由铅梯合金组成

梯的含量为5～7%，目的是提高栅架的机械强度并改善浇铸性能。含锑负作用：会加速氢离子析出而加速电解液中蒸馏水的消耗，还易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池自放电荷栅架膨胀、溃烂等；因此栅架的材料向低锑方向发展。

(2)正极板——活性物质为二氧化(PbO2呈棕红色)。

(3)负极板——活性物质为纯铅(Pb呈青灰色)。

(4)极板组——制成极板组的目的是增大蓄电池的容量。极板（蓄电池的核心，由栅架与活性物质做成）正极板活性物质脱落和栅架腐蚀是蓄电池寿命的决定因素，且正极板化学反应剧烈。负极板为正极板的70～80%厚。

a、将多片正极板并联安装形成正极板组。

b、将多片负极板并联安装形成负极板组。

每单格中，负极板总比正极板多一片：使正极板两侧放电均匀，减轻正极板的翘曲和活性物质脱落。极板（蓄电池的核心，由栅架与活性物质做成）隔板

(1)功用：防止正负极板短路。

(2)材料：木质、微孔橡胶、微孔塑料等。

(3)要求：有一定的机械强度、耐酸耐腐蚀、多孔性好。

(4)安装：若隔板一面平整，一面带有沟槽，则带槽面朝正极板且沟槽垂直与壳体底部。其目的：沟槽能使电解液上下流通，也能使气泡上升，还能使脱落的活性物质沿槽下沉。电解液

(1)组成：纯硫酸和蒸馏水配制而成(电解液密度要求范围：1.24～1.31g/cm3)。

(2)电解液为换季使用产品

a、同一地区，冬季使用的电解液密度一般比夏季高。

b、冬季在保证电解液不结冰的前提下，尽可能采用稍低密度的电解液。壳体壳体由电池槽和电池盖组成，其功用是盛装电解液和极板组。(1)材料：硬橡胶(黑色)或聚丙烯塑料(白色)等。(2)结构：由3个或6个单格组成，互不相通，有的壳体底部有凸筋。

蓄电池技术状态指示器目前，采用全密封型免维护蓄电池的小轿车越来越多，由于这种蓄电池盖上没有设置加液孔，因此不能用密度计测量电解液的相对密度，为此在这种免维护蓄电池盖上设有一只结构如下所示的蓄电池技术状态指示器来指示蓄电池的技术状况。

蓄电池技术状态指示器（a）指示器的结构（b）存电充足（c）充电不足(d)电解液不足4蓄电池的型号

1：表示单格数，不可省略。

2：表示蓄电池用途，如Q为汽车，不可省略。

3：表示蓄电池的特征，如A表示干荷电式蓄电池。可省略，省略时表示普通干荷式蓄电池。4：表示20h放电率额定容量，单位为A·h，不可省略。5：表示蓄电池特殊性能，如G为高起动率、D为低温起动性能好。可省略，省略时表示为普通型蓄电池。例：3－Q－105，6－QA－105，6－QA－105G，6－Q－105D。4蓄电池的型号1.2蓄电池的工作原理与工作特性1.2.1蓄电池的基本参数

1．静止电动势：蓄电池在开路状态下,单格电池的正、负极板间所具有的电动势。(1)、负极板：Pb（少量溶解）→Pb2++2e（使负极板呈负电位，约为－0.1V）(2)、正极板：PbO2(少量)+2H2O→Pb(OH)4

Pb(OH)4→Pb4++4OH-

(一部分Pb4+沉附在正极板上，其电位约为＋2.0V)(3)、E0≈2.0-(-0.1)≈2.1V1.2.1蓄电池的基本参数(3）、化学反应过程１)．放电过程：正极板（Ｐb02)ＰbSO4放充

２)．充电过程：负极板（Ｐb）ＰbSO4放充1.2.1蓄电池的基本参数蓄电池充放电过程中的变化情况蓄电池状态正极板负极板电解液密度充足电Ｐb02

Pb

H2S04

大放

放完电放

ＰbS04放ＰbS04放

H2O放

小充充充充充说明:1．充、放电过程的化学方程式为：２．放电终了的蓄电池只有20%～30%的活性物质转变为硫酸铅；因此采用薄型极板，增加多孔性，以提高活性物质的利用率；PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O2．内阻：

R。=r极+r隔+r液1.200r液注：一只状态良好的蓄电池内阻只有0.01Ω左右1.2.1蓄电池的基本参数1．测试电路1.2.2放电特性IU25℃05101520tf（h)2.121.271.96V1.75V1.11I=3(A)放电特性曲线⑵U的变化规律开始迅速下降——缓慢下降——接近放电终了时又迅速下降——（切断电路）恢复上升。

2．各参数的变化规律⑴——逐渐下降的斜直线。IU25℃05101520tf（h)2.121.271.96V1.75V1.11I=3(A)放电特性曲线1.2.2放电特性3．放电终了的特征（1）单格端电压降至终止电压；（2）电解液密度降至最小许可值。1.2.2放电特性1.2.3充电特性1．各参数的变化规律⑴25℃——逐渐上升的斜直线。⑵U

的变化规律

开始迅速上升——缓慢上升——（单格电压达2.4V时，有气泡）又迅速上升——保持不变（2.7V）——（切断电路）恢复下降。

IU25℃05101520tC（h)2.12V1.271.962.7V1.11IC=3(A)充电特性曲线2.4V2．充电终了的特征

①端电压升至最大值（2.7V左右）且2小时不再变化；②电解液密度升至最大值且2小时不再变化；③电解液“沸腾”。1.2.3充电特性1.3蓄电池的容量及其影响因素1.3.1蓄电池的容量1.额定容量：

在电解液温度为25℃，完全充电，以20小时放电率连续放电20小时，单个电压至1.75V的情况下所蓄电池能放出的电量。如：6-Q-60蓄电池，其I放=3A，连续放电20小时，则：Qe=I放×t放=3

×20=60Ah，（U蓄不低于10.5V）2．额定储备容量3．起动容量

2.T液：随温度的降低,电解液粘度增大，渗透性差，内阻增大，活性物质利用率降低,输出容量减小。

1.I放:随I放的增大,化学反应速度加快,孔隙堵塞速度加快，活性物质利用率降低,输出容量减小。1.3.2影响因素1.3蓄电池的容量及其影响因素

3.：适当增大可使E↑，C↑，但过大则粘度增大，渗透性↓，活性物质利用率，C↓。

4.极板有效面积越大，片数越多，极板越薄，蓄电池的容量越大。

1.4蓄电池的充电1.4.1蓄电池的充电种类1.4.2蓄电池的充电方法1.4.3蓄电池充电设备1.4.4蓄电池的充电注意事项1、初充电：对新电池或更换极板的电池的首次充电。（1）一般采用定电流充电法。（2）步骤a、配制或选择电解液b、加注电解液（液面高出极板上沿10～15mm）c、开始充电（第一阶段的充电电流约为额定容量的1/15，第二阶段充电电流减半。打开蓄电池加液孔盖）d、充电接近结束时，调节电解液相对密度1.4.1蓄电池的充电种类2、补充充电蓄电池在车辆上使用时，常有充电不足现象，应根据需要进行补充充电，一般每月一次。

（1）定流或定压充电法，可按实际情况选定。

（2）定流充电步骤：方法和初充电相同，只是第一阶段的充电电流为额定容量的1/10、第二阶段充电电流减半。

1.4.1蓄电池的充电种类(3)补充充电的几种必充现象电解液密度下降到1.15g/cm3以下；冬季放电超过额定容量25％，夏季超过50％；灯光比平时暗淡，起动机运转无力；单格电池电压降到1.7V以下。1.4.1蓄电池的充电种类

3．预防硫化充电为预防蓄电池因充电不足而造成的硫化，每隔3个月进行一次预防硫化过充电，即用平时补充充电的电流值将电池充足．中断1h，再用1/2的补充充电电流值进行充电至电解液“沸腾”。反复几次，直到刚接入充电，蓄电池电解液立即“沸腾”为止。1.4.1蓄电池的充电种类

4．锻炼循环充电蓄电池在使用中常处于部分放电状态，参加化学反应的活性物质有限。为了迫使相当于额定容量的活性物质参加工作，以避免活性物质长期不工作而收缩，可每隔三个月进行一次锻炼循环充电，即在正常充电后，用20h的放电率放完电，再正常充足。

1.4.1蓄电池的充电种类1.4.2蓄电池的充电方法

1、定流充电

(1)定义：在充电过程中，使充电电流保持恒定的充电方法（阶段性恒定）。

1、定流充电

(2)特点：a、为保持Ic恒定，充电电压应随时调整。

b、一般分阶段进行。

c、充电时间长，效率较低。

d、适应性广，充电效果好。

e、不同额定电压、不同额定容量的电池可串联在一起充电，串联的单格电池总数不应超过n=（Ue为充电机的额定电压）/2.7（每个单格充电电压按2.7V计算）。确定充电电流大小时，应以最小额定容量来选定。

1.4.2蓄电池的充电方法

2、定压充电（1）定义：在充电过程中，使充电电压保持恒定的充电方法（无阶段性）。（2）特点：a、充电设备指示电流随充电时间而下降，直至为0b、充电时间短，效率较高。c、适应性不广。d、相同额定电压的蓄电池可并联在一起充电，一般以支路单格数n×2.5V确定充电电压的大小。1.4.2蓄电池的充电方法3．快速脉冲充电法上述两种方法统称为“常规充电”，初充电需60～70h，补充充电也需20h左右。快速充电初充电需5h，补充需1h，主要用于补充充电。1.4.2蓄电池的充电方法(1)初期正脉冲充电阶段，采用大电流充电(相当于额定容量的0.8～1Qe的电流)，使蓄电池在较短时间内达到额定容量的60％左右。当单格电压上升到2.4V，电解液开始冒气泡时，则由控制电路控制，开始脉冲充电；(2)前停阶段，即先停止充电24～30ms；(3)负脉冲瞬间放电阶段，使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流，其脉冲宽度为150～1000μs、负脉冲电流峰值为1.5～3倍的正向充电电流；(4)后停阶段，停止负脉冲瞬间放电25ms。

1.4.3蓄电池充电设备常用的充电设备有硅整流充电机、晶闸管整流充电机等。1.4.4蓄电池的充电注意事项

1.严格遵守各种充电办法的操作规范，2.充电过程中，要及时检查各单格电池电解液密度和端电压，确定其充电程度；3.整个充电过程必须随时测量各单格电池的温度，以免温度过高影响电池性能；4.初充电工作应连续进行，不可常时间间断；5.配置和灌注电解液时，严格遵守规章；6.室内充电，应旋下加液孔盖，安装通风设备，严禁烟火7.充电时应先将蓄电池连接好，然后闭合电源。停止充电，则先切断电源开关。1.5蓄电池技术状况检测及常规故障诊断与排除1.5.1蓄电池的检查1.目测或用玻璃管检查图1.5.1检测电解液液面高度1.5.1蓄电池的检查

2.用密度计测量电解液密度

图1.5.2密度计测量电解液密度1.5.1蓄电池的检查

3.用高率放电计检测

图1.5.3高率放电计项目1.5蓄电池技术状况检测及常规故障诊断与排除蓄电池常见故障包括内部故障和外部故障。外部故障：外壳裂纹、极柱腐蚀、极柱松动、封胶干裂。内部故障：极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板短路、自行放电、极板拱曲。

1、概念：极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象称硫化。2、危害：粗晶粒硫酸铅导电性差，正常充电很难还原，晶粒粗，体积大，堵塞活性物质孔隙，内阻增大。3、故障特征(1)极板上生成一层白色粗晶粒硫酸铅；(2)放电时，内阻大，电压急剧下降，不能持续供给起动电流；(3)充电时，内阻大，单格电池的充电电压很快升达2.8V以上，密度上升慢，温度上升快，过早出现沸腾现象。(4)用高率放电计检测时，单格电压明显下降。(一)极板硫化4、故障原因(1)充电不足，长期处于存放或放电状态，放电后未及时充电；（温度高时，PbSO4溶解，温度低时，析出大晶粒的PbSO4于极板表面）(2)极板露出电液液面而氧化；（负极板的上部在汽车行驶过程中因巅波而时常露出液面被氧化生成粗晶粒PbSO4）(3)电解液密度过大，电池内部易形成电位差，产生自放电，致PbSO4再结晶；(4)电解液不纯，产生自放电，致PbSO4再结晶。(一)极板硫化(一)极板硫化5.预防与补救蓄电池应处于充足电状态，放完电后应及时补充充电；电解液密度要恰当；液面高度应符合规定；已硫化的蓄电池，轻者用去硫化充电法消除，重者报废。1.现象：存电很足的蓄电池停放一天后出现起动机转动缓慢无力，灯光暗淡，喇叭声小的现象。充足电的蓄电池每昼夜容量降低超过2%时，应视为自行放电。2.原因：①外部线路短路或未关断；②电池表面脏污；③内部短路（隔板损坏、活性物质脱落）；④电液不纯。（含铁量达1%时，一昼夜电会全放完）（二)自行放电3.故障诊断与排除①清洁电池外部；②检查电线有无接地短路处；③检查有无用电设备未关断；4.检查方法：关闭全部用电设备，拆下蓄电池一个接线柱上的电线试火，若有火，为线路问题；若无火，为电池表面脏污或内部短路。（二)自行放电5.预防①须用专用蓄电池硫酸和蒸馏水；②盛装电解液和蒸馏水的容器须为非金属耐酸材料制成；③保持电池表面清洁、干燥，并防止有害杂质落入池内。（二)自行放电1、故障特征开路端电压过低，起动机运转无力，充电时，温度高、电压低、密度上升很慢或不上升，气泡很少、无气泡或产生气泡太晚。2、故障原因(1)活性物质脱落过多，沉积后将正负极板连通。(2)隔板损坏而漏电或短路。3、故障排除(1)活性物质脱落过多—放电清洗(2)隔板损坏—更换

(三)极板短路1、故障特征蓄电池输出容量下降，充电时电解液混浊，有棕色物质自底部上升。2.故障原因(1)充电电流过大，过充时间过长(2)低温大电流放电，造成极板拱曲(3)汽车行驶时颠簸、振动，震落(4)电液密度经常过大，腐蚀栅架。（四）活性物质脱落3、排除方法解体、清洗。若活性物质脱落较少，可封装再用；若脱落多，则更换极板。4.要求(1)不过充；(2)充电电流不过大(3)不过放电，严格按规定的终止电压放电(4)按规定使用起动机(5)调整电液面时一般要加蒸馏水，不加硫酸。（四）活性物质脱落

1.蓄电池的正确使用；

2.蓄电池的正确维护（保养）；

3.干荷电蓄电池的使用与维护；1.5.4蓄电池的维护1.结构材料特点①池壳内装有集气室，以收集水蒸气或硫酸蒸气将其冷凝回收，避免水份和硫酸蒸发。②薄壁聚丙烯外壳，取消底部凸筋，降低极板组高度，可增加上部储液量。1.6.1免维护蓄电池1.6新型蓄电池简介③袋式微孔聚氯乙烯隔板，避免活性物质脱落。④栅架采用铅-钙-锡合金或铅-低锑(锑量为2%--3%)，消除或减轻锑的副作用。1.6.1免维护蓄电池1.结构材料特点1.6新型蓄电池简介⑤内装温度补偿型密度计，便于监视储电量和液面高度。当密度计指示器表面呈绿色时，表明存电充足；绿色面积很小或为黑色时，需补充充电；呈黄色时，表明液面过低，蓄电池已不能继续使用，应查外壳有无裂纹。1.6.1免维护蓄电池1.结构材料特点1.6新型蓄电池简介2.免维护蓄电池的优点①在规定的条件下，使用过程中不需补加蒸馏水(时间可达三四年，行驶里程可达：市区8万公里，长途40—48万公里)。②自放电少，仅为普通蓄电池的1/6—1/8。故两年内可湿式储藏。③内阻小，具有较高的放电电压和较好的常温和低温起动性能。④耐过充电性能好，相同条件下其过充电流小，充满后可接近零，即基本上不电解水。⑤极柱无腐蚀或腐蚀极轻。⑥耐热、耐振性能好，寿命长(其使用寿命一般为四年，是普通蓄电池的两倍多)。1.6新型蓄电池简介图1.6.1免维护蓄电池1.6.2干式荷电铅蓄电池(极板在完全干燥状态下能长期（一般为2年）保存转化过程中所得到的电量)1.干荷电池的优点其工作原理、工作特性与普通蓄电池相同，但制造工艺不同，其属于干封带电蓄电池。新电池按规定加足电解液后静置20—30min即可使用，不用初充电；其储存期比普通蓄电池长1年。1.6新型蓄电池简介2.干荷电池的材料与制造工艺特点①在负极板的铅膏中加入了适量的松香、油酸、脂肪酸等防氧化剂，使每粒活性物质表面有保护膜，提高憎水性，防止铅氧化。②在极板化成时，适当延长化成时间或反复充电、放电深化办法，使活性物质达到最大限度的转化。③负极板化成后需经严格的水洗与浸渍，除去残存在负极板上的硫酸，防止海绵状铅硫化和干燥后贮存期发生“回潮”。④对负极板严格地干燥处理。单格电池电阻≮5000Ω。1.6新型蓄电池简介图1.6.2干荷式蓄电池1、概念：在胶体电解质蓄电池中，电解质是经过净化的硅酸钠溶液与硫酸水溶液混合后凝结成的稠状胶体物质。2、优点：电解液不会溅出；在使用维护和运输中，活性物质不易脱落；可延长使用寿命20%；使用中无须调整密度，只需添加蒸馏水。3、缺点：胶体电解质电阻较大，内阻增加，容量降低；与极板接触不均匀，自放电较严重。1.6.3胶体电解质蓄电池1.6新型蓄电池简介图1.6.3胶体电解质蓄电池1.特点：具有重量轻、使用寿命长、自放电少的优点。但是碱性蓄电池活性物质的导电性差，而且价格比较高。2.组成：碱性蓄电池以氢氧化钾KOH的水溶液或氢氧化钠NaOH的水溶液为电解液，其中，以KOH的水溶液作电解液的应用最为广泛。3.类型：碱性蓄电池的典型代表有铁镍蓄电池、镉镍蓄电池、锌银蓄电池等。下面仅介绍常用的铁镍蓄电池。1.6.4碱性蓄电池1.6新型蓄电池简介图1.6.4碱性电池（1）铁镍蓄电池1）构成