吉林大学PPT 车载电源

汽车电器与电子技术第一讲主讲教师：刘宏飞学时：16

第一章车载电源

§1概述§2蓄电池§3交流发电机及调节器§4电源系统的使用§1概述

一.汽车电器设备的组成与要求二.汽车电源的现状与发展汽车电器设备电路的组成电源电器设备配电装置蓄电池发电机起动机点火系统照明与信号灯仪表、报警灯辅助电器设备中央接线盒、保险装置、控制开关、导线和接插件等。1电源

蓄电池+发电机及调节器2用电设备

起动机+点火系+照明设备+信号装置（电喇叭+闪光器+蜂鸣器+信号灯）+辅助电器（雨刮+洗涤器+空调+收录机+点烟器）蓄电池发电机起动机电喇叭3配电装置中央接线盒电路开关继电器保险装置接插件导线4电子控制装置由微机控制的装置电子点火电喷自动变速器制动防抱死安全气囊电控悬架电控转向系统另外，还包括：5检测装置电流表电压表机油压力表温度表燃油表车速里程表报警装置电流表电压表机油压力表燃油表车速里程表电路开关继电器汽车电系特点低压直流单线制负极搭铁两个电源用电设备并联二.汽车电源的现状与发展蓄电池发电机及调节器电源电压§2蓄电池

一.蓄电池的构造与型号二.蓄电池的工作原理与工作特性三.蓄电池的容量及影响因素四.蓄电池的故障及排除五.蓄电池的使用与维护

一铅蓄电池的构造与型号

一、铅蓄电池的构造汽车蓄电池是由3—6个单格电池串联组成组成部件：1、极板及极板组2、隔板3、电解液4、联条正极板正极柱外壳极桩衬套连条加液孔负极柱护板负极板隔板肋条极板极板：是蓄电池的核心部件，是带有栅格结构的铅栅格板。极板分正极板和负极板两种。正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。极板组：

极板组极板组的作用：接受充入的电能和向外释放电能。极板组的结构特点1、为了增大蓄电池容量将多片正极板（4-13片）和多片负极板（5-14片）分别并联，用横板焊接组成正、负极板组。横板上连有电桩。2、安装时，正负极板相互嵌合，之间插入隔板，用极板连接条将所有的正极和所有的负极分别连接，如此组装起来，便形成单格蓄电池。3、单格电池中负极板的数目比正极板多一块？极板组图1－极板组总成2－负极板3－隔板4－正极板5－极板联条单格蓄电池不管单格蓄电池含有几块正极板和负极板，每个单格蓄电池均只能提供2.1V的电压。极板的数量越多，蓄电池能提供2.1V电压的时间越长。以一个单格电池的正极边连接另一单格电池的负极边的方式依次连接（用连条），最后留出一组正负极作为蓄电池的正负极，这样，把若干个单格电池串联起来后即构成汽车蓄电池。现代汽车蓄电池一般由6个单格蓄电池串联而成（12V）正极板正极柱外壳电极衬套连条加液孔负极柱护板负极板隔板肋条正极板蓄电池图隔板隔板的作用：为减少尺寸、降低内阻，正负极板应该尽量靠近，但为了避免相互接触而短路，正负极板之间用绝缘的隔板隔开。结构特点：多孔性材料，化学性能稳定，有良好的耐酸性和抗氧化性。为厚度小于1mm的长方形板，长、宽略大于极板，一面有特制的沟槽，安装时将沟槽面竖直朝向正极板。电解液说明：由密度为1.84g/cm3的纯硫酸加水制成。密度一般在1.24g/cm3------

1.30g/cm3。纯度是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素。外壳蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内，硫酸液面应高出极板组15mm左右。蓄电池电压一般有6V和12V两种规格，因此，外壳内由间壁分成3个和6个互不相通的单格。底部有突起的肋条以搁置极板组。外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动。联条（外露式）铅连接条：各单格电池为串联连接，一个单格电池的正极桩与另一个单格电池的负极桩用联条焊接,由铅锑合金制成。连接方式：1、外露式2、跨桥式3、穿壁式联条（穿壁式）蓄电池的型号蓄电池的型号例如：3-Q-906-QA-105G表示：由3个单格组成，额定容量为90A.h，起动型铅蓄电池。表示：由6个单格组成，额定容量为105A.h，A:干式荷电极板，起动型铅蓄电池。G：高起动功率。单格数蓄电池类型蓄电池特征额定容量特殊性能极板类型二蓄电池的工作原理及特性1、蓄电池的基本工作原理2、蓄电池电动势的建立3、蓄电池的放电过程4、蓄电池的充电过程5、蓄电池的工作特性1、蓄电池的基本工作原理蓄电池的基本工作原理----化学反应

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O说明：蓄电池中参与化学反应的物质：正极板：PbO2

；负极板：Pb

；电解液：硫酸水溶液放电：正极板的PbO2

和负极板的PbPbSO4

电解液中的H2SO4减少，密度下降。充电：正极板的PbSO4

恢复为PbO2

；负极板的

PbSO4恢复为Pb

。电解液中的H2SO4增加，密度增大。放电充电2、蓄电池电动势的建立

蓄电池电动势的建立：蓄电池的正负极板浸入电解液中后，由于少量的活性物质溶解于电解质溶液，产生电极电位。由于正、负极板电极电位的不同而形成蓄电池的电动势。结论：蓄电池的电动势（静止电动势）大约为2伏。分析：蓄电池电动势的建立2正极板处：当正极板浸入电解液中时，少量的PbO2溶入电解液中，与水生成Pb(OH)4，再分解成四价铅离子和氢氧根离子。正极板处：PbO2+2H2O

Pb(OH)4

Pb(OH)4Pb4++4OH-

当两者达到动平衡时，正极板的电位约为+2V。在溶液中沉附在极板有沉附在极板上，使极板带正电有与溶液中OH-的结合生成Pb(OH)4的倾向，Pb4+蓄电池电动势的建立3负极板处：金属Pb受到两方面的作用

当两者达到动态平衡时，极板的电极电位约为：-0.1V结论：一个充足电的蓄电池(单格)的静止电动势E0约为2.1V。实际测定结果为E0=2.044VPb

Pb2+电解液中（极板带负电）Pb2+有沉附于极板表面的倾向（正负电荷相吸）Pb3、蓄电池的放电过程说明2e充电状态溶解电离输出电流放电后生成物正极板负极板PbSO4PbSO4PbO2

2H2SO4PbPb4++SO42-+SO42-+2H2O

Pb2++2ePb2+2H2O电解液2e蓄电池的放电过程说明若将蓄电池与外电路的负荷接通，电动势使电路内产生电流。电子e从负极板经过外电路负荷流向正极板。正极板处：Pb4++2ePb2+

Pb2++SO42-PbSO4（沉附在正极板上）负极板处：Pb2++SO42-PbSO4（沉附在负极板上）

Pb

Pb2++2e(Pb继续溶解)外部电路继续流通，正负极板上的活性物质PbO2

和Pb不断转化为PbSO4，

电解液中的硫酸逐渐减少。水增多。4、蓄电池的充电过程说明2e放电状态溶解电离输入电流充电后生成物正极板负极板PbSO4PbPbO2

2H2SO4Pb2++SO42-Pb4+电解液充电电源PbSO42H2OSO42-+Pb2+2e2H2O2e蓄电池的充电过程说明若将蓄电池直流电源接通，当电源电压高于蓄电池的电动势时，电源力使电子e从正极板经过外电路流向负极板。正极板处：PbSO4Pb2++SO42-Pb2+-2ePb4+

Pb2++2SO42-PbSO4PbSO4+2H2OPbO2+2H2SO4负极板处：PbSO4Pb2++SO42-Pb2++2ePbSO42-+2H+H2SO4

蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性：蓄电池的静止电动势、内阻和充放电特性的变化规律。主要包括

蓄电池的静止电动势

蓄电池的内阻放电特性充电特性蓄电池的工作特性11、静止电动势静止电动势是指蓄电池在静止状态(不充电也不放电)，正负极板之间的电位差(即开路电压)，用Ej表示。它的大小取决于电解液的相对密度和温度Ej=0.84+r25℃r

15℃=rt+0.00075(T-25)r25℃---为25℃时的电解液的相对密度

rt---实际测得的电解液的相对密度蓄电池的工作特性22、内电阻蓄电池的内电阻为极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条和极柱电阻的总和，用R0表示。蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力。在相同的条件下，内电阻越小，输出电流越大，带负载能力越强。3、蓄电池的放电特性

蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压和电解液相对密度随时间而变化的规律。将完全充足电的蓄电池以20h放电率的电流进行放电，在放电过程中不断地调节外接的电位器，使放电电流保持稳定不变，每隔一定的时间，测量端电压和电解液密度，得到如图所示的放电特性曲线。端电压蓄电池的放电特性说明1端电压的变化情况（1）开始放电阶段端电压由2.14V迅速下降至2.1V极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。（2）相对稳定阶段端电压由缓慢下降至1.85V极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，所以端电压缓慢下降。蓄电池的放电特性说明2（3）迅速下降阶段端电压由1.85V迅速下降至1.75V。电解液密度的变化情况：密度直线下降。蓄电池放电终了的特征：单格电池电压降到放电终止电压。电解液比重降到最小许可值约为1.13。1、蓄电池容量蓄电池的容量是指在规定的放电条件下，完全充足电的蓄电池所能放出的电量，用“C”表示。蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标。蓄电池的容量采用Ah(安时)来计量。即容量等于放电电流与持续放电时间的乘积。放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低。如下表所示。放电电流（A）0.05C20

0.1C200.25C201C203C20放电时间20h10h3h30min5.5min单格电池终止电压（V）1.751.701.651.551.50C20——蓄电池的额定容量。放电终止电压的影响因素4、蓄电池的充电特性

在恒流充电过程中，蓄电池的端电压与电解液相对密度随时间而变化的规律。充电电源必须采用直流电源，以一定的电流人向一只完全放电的蓄电地进行充电。保持充电电流入不变，每隔一定时间测量单格电池的端电压和电解液相对密度。可以绘制出蓄电池的充电特性曲线，如图所示。端电压蓄电池的充电特性说明1

端电压变化情况：（1）充电开始阶段端电压迅速上升。开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，端电压迅速上升。（2）稳定上升阶段端电压缓慢上升至2.4V左右。孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。蓄电池的充电特性说明2（3）充电末期电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电，充电电流用于电解水，应避免长时间过充电。电解液密度的变化：

密度直线上升蓄电池充电终了的特征蓄电池的充满电的特征端电压上升到最大值2.7V，并在2h--3h内不再增加。电解液相对密度上升到最大值1.27g/cm蓄电池内产生大量气泡。即电解液产生“沸腾”现象。三蓄电池的容量及其影响因素1、蓄电池的容量2、容量的类型3、影响容量的因素2、蓄电池的几种标称容量额定容量起动容量额定容量20h率额定容量国标GB/T5008.1-2005《启动型用铅蓄电池技术条件》规定：将充电的新蓄电池在电解液温度为25±5°C条件下，以20h率的放电电流(即额定容量的0.05倍)连续放至单格电池平均电压降到1.75V时，输出的电量称为额定容量。实际测量蓄电池容量超过20小时为合格储备容量国标GB/T5008.1-2005《启动型用铅蓄电池技术条件》规定。

3、影响蓄电池容量的因素极板的构造对容量的影响放电电流对容量的影响电解液温度对容量的影响

电解液密度对容量的影响极板构造因素对容量的影响

极板厚度越薄，活性物质的利用率就越高，容量就越高。极板面积越大，同时参与反应的物质就越多，容量就越大。同性极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大。放电电流对容量的影响

蓄电池在不同电流下的放电特性汽车起动机工作时，蓄电池属于大电流放电，电解液温度对容量的影响

温度↓粘度↑渗入极板困难，活性物质利用率↓→C↓；同时，粘度↑内阻↑内压降↑端电压↓→C↓电解液密度对容量的影响

电解液密度ρ↑电动势E↑，电液渗透能力↑，参加反应的活性物质↑→C↑ρ过高，粘度↑，内阻↑，极板硫化↑→C↓实践证明：电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量。冬季使用的电解液，在不使其结冰的前提下，尽可能采用稍低的电解液密度。

1.12-1.30g/cm3蓄电池的故障及其排除

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、自放电、极板拱曲。内部故障外部故障蓄电池常见故障包括返回本章首页蓄电池常见的故障1

故障一：极板硫化故障特征极板上生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时不能转化为PbO2和Pb的现象。（1）硫化的电池放电时，电压急剧降低，过早降至终止电压，电池容量减小。（2）蓄电池充电时单格电压上升过快，电解液温度迅速升高，但密度增加缓慢，过早产生气泡，甚至一充电就有气泡。故障原因（1）蓄电池长期充电不足或放电后没有及时充电，导致极板上的PbSO4有一部分溶解于电解液中，环境温度越高，溶解度越大。当环境温度降低时，溶解度减小，溶解的PbSO4就会重新析出，在极板上再次结晶，形成硫化。（2）电解液液面过低，使极板上部与空气接触而被氧化，在行车中，电解液上下波动与极板的氧化部分接触，会生成大晶粒PbSO4硬化层，使极板上部硫化。（3）长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4。（4）新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。（5）电解液密度过高、成分不纯，外部气温变化剧烈。排除方法轻度硫化的蓄电池，可用小电流长时间充电的方法予以排除；硫化较严重者采用去硫化充电方法消除硫化；硫化特别严重的蓄电池应报废。蓄电池常见的故障2故障二：活性物质脱落

故障特征主要指正极板上的活性物质PbO2的脱落。蓄电池容量减小，充电时从加液孔中可看到有褐色物质，电解液浑浊。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）经常低温大电流放电使极板弯曲变形，导致活性物质脱落。（4）汽车行驶中的颠簸振动。排除方法对于活性物质脱落的铅蓄电池，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。蓄电池常见的故障3故障三：极板栅架腐蚀

故障特征主要是正极板栅架腐蚀，极板呈腐烂状态，活性物质以块状堆积在隔板之间，蓄电池输出容量降低。故障原因（1）蓄电池经常过充电，正极板处产生的O2使栅架氧化。（2）电解液密度、温度过高、充电时间过长，会加速极板腐蚀。（3）电解液不纯。排除方法腐蚀较轻的蓄电池，电解液中如果有杂质，应倒出电解液，并反复用蒸馏水清洗，然后加入新的电解液，充电后即可使用；腐蚀较严重的蓄电池，如果是电解液密度过高，可将其调整到规定值，在不充电的情况下继续使用；腐蚀严重的蓄电池，如栅架断裂、活性物质成块脱落等，则需更换极板。蓄电池常见的故障4故障四：极板短路故障特征蓄电池正、负极板直接接触或被其它导电物质搭接称为极板短路。极板短路的蓄电池充电时充电电压很低或为零，电解液温度迅速升高，密度上升很慢，充电末期气泡很少。

故障原因（1）隔板破损使正、负极板直接接触。（2）活性物质大量脱落，沉积后将正、负极板连通。（3）极板组弯曲。（4）导电物体落入池内。

排除方法出现极板短路时，必须将蓄电池拆开检查。更换破损的隔板，消除沉积的活性物质，校正或更换弯曲的极板组等。

蓄电池常见的故障5故障五：自放电故障特征蓄电池在无负载的状态下，电量自动消失的现象称为自放电。如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。故障原因（1）电解液不纯，杂质与极板之间以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、负极柱形成通路。（4）极板活性物质脱落，下部沉积物过多使极板短路。排除方法自放电较轻的蓄电池，可将其正常放完电后，倒出电解液，用蒸馏水反复清洗干净，再加入新电解液，充足电后即可使用；自放电较为严重时，应将电池完全放电，倒出电解液，取出极板组，抽出隔板，用蒸馏水冲洗之后重新组装，加入新的电解液重新充电后使用。蓄电池的维护与检查维护观察蓄电池外壳表面有无电解液漏出；检查蓄电池在车上安装是否牢靠，导线接头与电桩的连接是否紧固；经常清除蓄电池盖上的灰尘泥土，擦去电池顶上的电液，透通加液孔盖上的气孔，清除包桩和导线接头上的氧化物；定期检查和调整电解液的相对密度及液面高度；经常检查蓄电池放电程度，超过规定时立即充电。如何延长蓄电池的使用寿命如何延长蓄电池的使用寿命正确起动发动机(一次5秒，两次间隔15秒)定期补充充电安装牢固可靠新蓄电池使用之前，需要合理选择电解液相对密度，根据不同使用条件进行选择寒冷地区使用相对密度较高的电解液。液面高度保持正常，例如，对于使用55415型号干荷电蓄电池的桑塔纳轿车每行驶7500Km，应检查液面高度。使用55415MF型号免维护蓄电池的桑塔纳轿车每行驶30000Km，应检查液面高度。液面过低容易产生硫化现象。电解液不足时，补充蒸馏水。蓄电池的使用与维护