第二章蓄电池

制作人：覃维献人民邮电出版社配套多媒体课件第二章

蓄电池学习目标掌握汽车电源系统的组成与其组成关系。能正确描述蓄电池的结构与工作原理。能分析蓄电池的充放电特性。能描述免维护蓄电池与干荷蓄电池的特点。能正确描述蓄电池的维护与使用。掌握蓄电池的充电作业。情境案例小王早上准备开车上班，着车时发动机起动转速慢，无法着车，请求帮助。故障现象：汽车起动无力章节导航2.1蓄电池的作用与类型2.2蓄电池的结构与型号2.3蓄电池的工作原理与特性2.4蓄电池的充电2.5改进的蓄电池2.6蓄电池的使用维护和故障诊断章节导航2.1蓄电池的作用与类型2.1.1蓄电池的分类一种将化学能转变为电能的装置，是可逆的低压直流电源。它既能将化学能转化为电能对用电设备供电，也能将电能转化为化学能储存。普通蓄电池、干荷蓄电池、免维护蓄电池、玻璃纤维蓄电池、胶体蓄电池等，其中前三种类型在车用蓄电池中最为常见。2.1蓄电池的作用与类型2.1.2蓄电池的作用（1）发动机起动时，向起动机、点火系等供电。（2）发电机不发电时或发电电压较低时，向用电设备供电。（3）当用电设备开启较多、发电机负荷较大时，协助发电机供电。（4）当蓄电池存电不足时，发电机向蓄电池充电。（5）蓄电池可作为电路中的一个大电容，吸收发电机和电路中形成的过电压，保护用电设备。1.1蓄电池的结构与型号蓄电池是可逆式直流电源，它与发电机并联后组成汽车电源。起动后由发动机供电。蓄电池在电源系统中的作用演示2.2蓄电池的结构与型号2.1.2蓄电池的结构主要由极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等部分组成。蓄电池一般分隔为3个或6个单格，每个单格电池的标称电压约为2V，串联后制成一个6V或12V。2.1.2蓄电池的结构1、极板与极板组极板为分正负板，是蓄电池的核心，由栅架和活性物质构成。正极板上的活性物质是二氧化铅呈深棕色，负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈现灰色。正极板＋负极板－2.1.2蓄电池的结构2、隔板作用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。特征：

（1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。

（2）多孔性且化学稳定性好，具有良好的耐酸性与抗氧化性。免维护蓄电池隔板做成袋式隔板。隔板＋PbO2－Pb2.1.2蓄电池的结构3、电解液由高纯度硫酸（密度为1.84g/cm3）与蒸馏水按一定的比例配制为1.24～1.30g/cm3，使用时，应根据不同地区、气候条件和制造厂的要求来确定密度。4.壳体

壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。

外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳。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。蓄电池单格电池之间均用铅质联条串联，如图

所示。

注意：每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。

2.1.2蓄电池的结构2.2.2蓄电池的型号包含蓄电池额定电压、额定容量、冷起动电流及类型、储备容量等。蓄电池的含义如下：12345－－－1——表示蓄电池总成由几个单个格电池组成；2——表示蓄电池用途，用大写字母表示，如汽车用Q来表示；3——表示蓄电池的特征，用大写字母表示，可省略不写；4——表示20h放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位A.h5——表示特殊性能，用大写字母表示，如薄型极板的高起动率电池用用”G“表示。如3-Q-90;6-QAW-1002.1.2蓄电池的结构2．欧洲标准（EN）2.1.2蓄电池的结构3．日本工业标准（JIS）蓄电池选用标准在蓄电池选用上，尽量要求型号一致，若型号不一致，则要求：（1）额定电压必须和原车额定电压相一致。（2）额定容量必须满足汽车起动要求。（3）尺寸应做到与原厂蓄电池尺寸一致。2.3蓄电池的工作原理与特性

2.3.1蓄电池的工作原理铅酸蓄电池的工作原理就是化学能与电能相互转化的过程。充电过程是将电能转化为化学能储存在蓄电池中，放电过程是将化学能转变为电能供给汽车用电设备。2.3.1蓄电池的工作原理负极板：铅，负极板浸入电解液中少量的铅隔入电解液中而形成Pb2+而在板上留下多余的电子而形成负电位，约－0.1V。正极板：少量的PbO2溶入电解液。生成Pb(OH)4,Pb4+与OH-，Pb4+沉淀在正极板上使正极板呈正电位，约为2.0V。PbO2→Pb4+＋2.0VE＝2.0－（－0.1）＝2.1Pb→Pb2+－0.1V蓄电池静止的电动势：PbO2

＋Pb+2H2SO4→2PbSO4↓+2H2O

Pb2++SO42-→PbSO4↓

提供电子

Pb-2e→Pb2+Pb4++2e→Pb2++SO42-→PbSO4↓负极板：正极板：2．蓄电池的放电（接通外电路时）图2-6蓄电池的放电过程示意图3．蓄电池的充电图2-7蓄电池的充电过程示意图正极板3．蓄电池的充电图2-7蓄电池的充电过程示意图负极板2PbSO4↓+2H2O→PbO2＋Pb+2H2SO4总化学反应式2.3.2蓄电池的工作特性2.蓄电池内阻电子在蓄电池内的流经通道，即极板电阻、隔板电阻、电解液电阻与连条电阻。内阻一般为0.01Ω,与密度有关。图2-8电解液电阻与密度的关系1.静止电动势静止电动势主要取决于电解液与温度。1.20g/cm3（15℃）3．蓄电池的放电特性恒流放电过程中，端电压U、电解液密度ρ随时间变化的规律。端电压：压降不规律，始快中缓未极快。原因→电解液在极板中的流通速度。中间为消耗与流入的硫酸相等。停止放电后，硫酸流入端电压可上升至1.98伏。体积不变但浓度下降了电压下降图2-9蓄电池的放电特性曲线3．蓄电池的放电特性放电终了的特征：1）单格电压降至放电终止电压（如下表所示）。2）电解液密度降低到最小的许可值。放电电流/A0.05Q0.1Q0.25Q1Q3Q连续放电时间20h10h3h30min5.5min单格电池终止电压/V1.751.701.651.551.54．蓄电池的充电特性先快是缘于孔隙内迅速生成硫酸，中间平是缘于生成的硫酸与扩散的硫酸速度平衡。末快是因负极板周围积聚大量的氢离子而产生了附加的0.3V电压。过充的危害：大量气泡从极板孔隙中冲出，导致活性物质脱落，寿命降低。充电电流恒定，电解液密度随充电时间的增加而呈直线上升。特点：先快中平稳后快图2-10蓄电池的充电特性曲线蓄电池充电终了的特征1）蓄电池激烈地放出大量的气泡，电解液沸腾；2）电解液密度上升至最大值，2h内不再增加；3）端电压上升到最大值（2.7V）且2h不再增加。4、蓄电池的容量及其影响因素

额定电容：

C=20h×4.5A/h(0.05Q)＝90A

起动电容分为常温起动电容与低温起动电容。蓄电池容量的影响因素1）放电电流2）电解液温度3）电解液的密度4）电解液的纯度5）极板的结构容量：其大小标志蓄电池对外供电的能力。

恒流放电：C=Iftf2.4蓄电池的充电1．初充电

对象：新蓄电池与更换极板后的蓄电池。

特点：充电时间长，电流小。

1）加入适宜的电解液静放3～6小时，并调整液面到极板以上15mm.方可进行充电。

2）分为二个阶段充电，如6-Q-105,第一阶段的电流为7A，时间为25～35h，第二阶段为为4A，充电时间为20～30h。

充好后，必须放置1～2h后方能使用。2.4.1蓄电池的充电种类2．补充充电1）进行补充充电的条件：（1）电解液密度下降到1.15g/cm3以下；（2)冬季放电超过额定容量25％，夏季超过50％；（3）灯光比平时暗淡，起动机运转无力；（4）单格电池电压降到1.7V以下。（5）蓄电池放置时间超过一个月。2）分为二个阶段充电第一阶段的电流为1/10C20，10.5A，时间为10～11h，阶段为为5A，充电时间为3～5h（以6-Q-105为例）。

充好后，必须放置1～2h后方能使用。3．间歇（预防硫化）充电

为预防充电不足而造成的硫化，每隔三个月，进行一次预防硫化充电，即用平时补充充电的电流值将电池充足，中间断一个小时，再用一半的电流充电直到沸腾。可见只能用恒流充电。4．锻炼循环充电防部分放电所引起。每三个月进行一次反复的用20h的放电率进行放电与充电。2.4.1蓄电池的充电种类2.4.2充电方法1.定电流充电法即在充电过程中保持恒定的电流，用串联法联接；其通用性好，充电电流可选择，可预防硫化，延长蓄电池的使用寿命。缺点是充电时间长，效率低，易过充。需专人看守。用于新蓄电池的初充电，防流化充电，补充电

图2-11定流充电时蓄电池的连接

图2-12定压充电时蓄电池的连接

2.定电压充电法并联优点是效率高，操作方便，不易发生过充，联接方式：并联，并要求支路的电压相等，支路电容相等。缺点是不能调整电流，初充电与硫化不宜，初充电流过大而影响寿命。连接方式不同用于新蓄电池的初充电，防流化充电，补充电

图2-11定流充电时蓄电池的连接

图2-12定压充电时蓄电池的连接

充电作业视频3．快速脉冲充电法图2-13快速充电电流波形图由脉冲充电控制电路进行自动控制，其过程如下：正脉冲充电→前停阶段→负脉冲瞬间放电→后停阶段→正脉冲充电，直至蓄电池充电结束。而影响寿命。2.4.3充电设备主要用于汽车修理厂及蓄电池充电站。

常用是充电设备有硅整流充电机、快速充电机等。

1、硅整流充电机2、快速充电机脉冲快速充电机的优点是充电时间短、空气污染小、节电省能等。因此，在蓄电池集中、充电频繁或应急使用部门，其优点更显突出。2.4.4蓄电池充电注意事项（1）严格遵守充电操作规范。（2）充电过程中，及时检查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，以免温度过高影响蓄电池的性能。（4）初充电工作应连续进行，不可长时间中断。（5）配制和灌注电解液时，遵守安全操作规范。（6）室内充电时，应旋下加液孔盖，使氢气和氧气能顺利逸出，以免发生事故。（7）充电室要安装通风设备。（8）充电室要严禁烟火。2.5.1免维护蓄电池MF不需加蒸馏水，无需维护。市内短途8万公里，长途可达40～48万公里。结构特点：

1）免维护电池栅架采用铅钙合金或低锑合金，这就避免了普通铅蓄电池经常发生自行放电、过充、水分蒸发等故障。2）隔板采用袋式聚氯乙烯隔板；3）通气孔采用新型安全通气装置；通过气分离结构及催化剂钯，可将排出的氢气与氧气结合生成水再回流到电解液中；4）仍保留有排气孔。免维护蓄电池（MF）5）充电状态指示器（电眼）1—绿色（≥65%）；2—黑色（＜65%）；3—无色或黄色（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—绿色浮子球图2-16单色小球电眼结构2．免维护蓄电池的优点（1）免加蒸馏水、调整电解液液面的工作。（2）免去了进行补充充电的工作。（3）使用寿命长。（4）极柱腐蚀小。（5）内阻小、起动性好。

1.5.2干荷铅蓄电池能在较长的干燥状态下保存制造过程中的所得到的电荷，在规定的保存期内如需使用，只要灌入规定的电解液即可。与普酸蓄电池区别：极板组在干燥状态下，能在较长的时期保存在制造过程中所得的电荷。使用方法：在保期内加入电解液，放置半小时即可使用。原因：工艺不同，负极板做成海绵状铅，表面积大，化学活性高，并加防氧化剂，并使其深层放电。内充惰性气体；超过二年应进行补充充电。2.6蓄电池的使用维护与故障诊断1.正确使用

1）不要连续使用起动机，应急处理如图。

2）严寒区冬季应对蓄电池采取保温措施；

3）轻搬轻放，不可敲打；固牢于汽车上；1.6.1蓄电池的正确使用与维护图2-18应急跨接1—应急蓄电池；2—故障车蓄电池；3—故障车上接地点2.蓄电池的维护1）经常去污，特别是电极桩与线夹；2）通气要好；3）放完电后24小时内应及时充电；4）停驶车辆的蓄电池，每两个月应进行一次充电；5）放电程度冬季达25％/夏季达50％时应及时充电；6）先拆负极；装时先装正极。

2.6.2蓄电池技术状况的检验1.电解液面高度的检查方法：将玻璃管蓄电池加入液孔，压紧提起高度为10～15mm，不足加蒸溜水。高度检测动画2、蓄电池电解液密度的检测每下降0.01g/cm3，蓄电池放电约6%，密度可用吸管式密度计或冰点测试仪进行检测

。——密度反映放电程度！图2-23检测蓄电池电解液密度2、蓄电池电解液密度的检测图2-24YDT-4T冰点测试仪1—棱镜；2—盖板；3—校正钉；4—把套；5—目镜图2-25YDT-4T冰点测试仪视场冰点测试仪进行检测利用光的折射原理来检测。3．蓄电池电压的检测蓄电池的开路电压（静止电压）、放电电压（工作电压）及两者之间差值可反映蓄电池的放电程度及蓄电池的好坏。（1）蓄电池开路电路是指蓄电池没有电流输入或输出的情况下，用万用表所检测的静止电压。数字万用表档位与量程直流电压（DCV）：200mV、2V、20V、200V、1000V。交流电压（ACV）：200mV、2V、20V、200V、700V。交、直流电流（ACA、DCA）：20mA、200mA、20A。电阻（）：200、2k、20k、200k、2M、20M。频率（F）：20kHz、200kHz。电容（C）：20nF、200nF、2F、20F。（2）放电电压检测

——蓄电池测试仪检测

检测原理：直接短接蓄电池电负极，内部串联一个电流表。蓄电池测试仪摩托车用（2）放电电压检测

——万用表检测

在蓄电池大电流放电情况下检测蓄电池电压，即起动时检测，通过观察万用表电压变化来检测。起动状态下，用万用表检测蓄电池放电电压值（2）蓄电池放电电压（2）就车起动检测存电状态/%1007550250单格放电电压/V1.7～1.81.6～1.71.5～1.61.4～1.51.3～1.4检测结果分析①≥9V且保持稳定，说明性能良好。②＜9V且5s内能稳定说明存电不足，应补充充电。③＜9V，且指针迅速下降，说明蓄电池内部有短路、断路或严重硫化故障，应进行修理或更换。智能型蓄电池检测仪蓄电池检测视频2.6.3蓄电池的常见故障及排除蓄电池障可分为外部故障和内部故障。

外部故障：外壳裂纹、封胶干裂、极柱腐蚀或松动等——明显。

内部故障：极板硫化、极板短路、自放电等——不显明，需要检测。内部故障故障现象：极板上有白色霜状物；蓄电池明显下降；处理方法：不严重时，可采用去硫化处理（恒流充电）；严重时则应予以报废。原因：充电不足硫酸铅结晶；液面过低空气与极板上的活性物质发生反应（主要是负极板）电解液的密度过大或不纯、气温变化大等原因也可造成极板硫化。1.极板硫化蓄电池长期处于放电状态或充电不足状态下放置时，极板上逐渐生成一层白色的粗晶粒的硫酸铅，正常充电时，不能转化为PbO2和Pb，称为硫酸铅硬化，简称为极板硫化。2、活性物质脱落故障特征正极活性物质二氧化铅脱落，充电时从加液孔中可看到有褐色物质，电解液浑浊，会造成蓄电池容量减小故障原因①蓄电池充电电流过大，电解液温度过高，使活性物质膨胀、松软而易于脱落②蓄电池经常过充电，极板孔隙中逸出大量气体，在极板孔隙中造成压力，而使活性物质脱落③蓄电池经常低温大电流放电使极板弯曲变形，导致活性物质脱落。因此，铅蓄电池在使用过程中，将放电电流和电解液比重控制在最低值，是防止正极板活性物质脱落的可行措施④汽车行驶中的颠簸振动，这在汽车行驶过程中是不可避免的排除方法若沉积物较少时，可清除后继续使用；若沉积物较多时，应更换新极板和电解液。3、极板短路故障特征蓄电池正、负极板直接接触或被其他导电物质搭接称为极板短路。此故障的现象表现为蓄电池充电时端电压回升相对缓慢，若用蓄电池放电测试端电压时，电压很低且会迅速下降为零。电解液温度迅速升高，相对比重上升很慢，充电末期气泡很少故障原因①隔板损坏使正、负极板直接接触②活性物质沉积过多，会将正、负极板连通③极板组弯曲，铅蓄电池过量放电，或者极板活性物质脱落较多，或者蓄电池中含有杂质，都会造成极板弯曲④导电物体落入电解液内排除方法出现极板短路时，必须将蓄电池拆开检查，找出出现极板短路的原因。或者更换破损的隔板，或消除沉积的活性物质，或校正或更换弯曲的极板组等4、自放电故障特征蓄电池在开路搁置状态时，其容量自然损耗的现象称为自放电。一般情况下，维护良好、充足电的蓄电池在20℃～30℃的环境中开始搁置28d，其容量损失超过20%，称为自放电过大故障原因①电解液不纯，杂质与极板之间及沉附于极板上的不同杂质之间形成电位差，通过电解液产生局部放电②蓄电池长期存放，硫酸下沉，使极板上、下部产生电位差引起自放电③蓄电池溢出的电解液堆积在电池盖的表面，使正、负极柱连通④蓄电池活性物质脱落，下部沉积物过多使极板短路排除方法应将蓄电池完全放电，倒出电解液，用蒸馏水进行清洗，再加入新的电解液，充足电后即可使用。

桑塔纳起动系电路系统由蓄电池、起动机、电瓶线、点火开关等电器元件所组成。起动无力