第二章电源系统(第1课)2014

《汽车拖拉机学——电器与电子设备》课件06二月2023Email：xiaotingdeng@电话授内容：第二章电源系统主讲人：邓晓亭

讲师车辆电器与电子设备Email：xiaotingdeng@电话：13851810258206二月2023第1课蓄电池第2课发电机第二章电源系统306二月2023一、蓄电池的功用二、蓄电池的构造三、蓄电池的型号四、蓄电池的工作原理五、蓄电池的工作特性六、蓄电池的充电七、其他类型蓄电池本节课的主要内容第1课蓄电池第二章电源系统406二月2023一、蓄电池的功用第1课蓄电池第二章电源系统启动发动机。启动机和点火装置供电。备用供电。向点火系及其它用电设备供电，向交流发电机供给他激励磁电流。协同供电。用电设备同时接入较多，发电机超载时，蓄电池协助发电机共同向用电设备供电。存储电能。稳定电网电压。蓄电池相当于一个较大的电容器，可吸收发电机的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。延长其使用寿命。506二月2023蓄电池主要由极板、电解液、隔板、电极、壳体等部分组成二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统606二月2023(一)极板正极板和负极板充放电过程：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。正极板上——深棕色的二氧化铅(PbO2)负极板上——海绵状、青灰色的纯铅(Pb)栅架：铅锑合金铸成负极板的数量总比正极板多一片?二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统706二月2023（二）隔板减少蓄电池的内阻和体积，正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板。特性：多孔性、良好的耐酸性和抗碱性。材质：木质、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维纸浆和玻璃丝棉等。微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统806二月2023（三）壳体作用：盛放电解液和极板组特点：耐酸、耐热、耐震材质：以前多用硬橡胶，现在国内已开始生产聚丙稀塑料外壳——耐酸、耐热、耐震、强度高，壳体壁较薄（一般为3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为10mm），重量轻，外型美观，透明。底部凸筋：支持极板组，并可使脱落的活性物质掉入凹槽中，以免正、负极板短路，若采用袋式隔板，则可取消凸筋以降低壳体高度。二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统906二月2023（四）电解液作用：使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反应。组成：由相对密度1.84的纯硫酸和蒸馏水配制而成，电解液的相对密度一般为1.24～1.30（15℃）。二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统1006二月2023（五）连条车用12V蓄电池的6个单格电池之间的连接方法有两种：①用装在盖子上面的铅质连条串联起来，连条露在蓄电池盖表面，这种连接方式正在逐渐被淘汰，为什么？②用穿壁式连接方式二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统外连接式连条穿壁式连条1106二月2023（六）加液孔盖功用：防止电解液溅出加液孔盖上有通气孔，便于排出蓄电池内的H2和O2，以免发生事故。在孔盖上安装氧过滤器，还可以避免水蒸气的溢出，减少水的消耗。二、蓄电池的构造第1课蓄电池第二章电源系统1206二月2023JB／T2599-2012《铅酸蓄电池名称、型号编制与命名办法》1表示串联单格数，用阿拉伯数字表示。如：6表示有6个单格，12V的蓄电池。2表示蓄电池类型，用汉语拼音的第一个字母表示，如Q为启动型。3表示蓄电池特征。4表示20h放电率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为A•h。5表示特殊性能，用汉语拼音第一个字母表示，如G表示薄型极板，高启动率；S表示塑料外壳；D表示低温启动性能好。3-Q-75、6-Q-60G三、蓄电池的型号第1课蓄电池第二章电源系统特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征A干荷电H湿荷电Q气密式B半密闭式I激活式S少维护D带电式J胶体电解液W免维护F防酸式M密闭式Y液密式表2-1铅酸蓄电池特征代号1306二月2023蓄电池的充放电过程是一种可逆的化学反应，充放电过程中蓄电池内的导电是靠正、负离子的反向运动来实现的。根据双极硫酸盐化理论，蓄电池中参与化学反应的物质，正极板上是PbO2，负极板上是Pb，电解液是H2SO4的水溶液。蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb都变成PbSO4，电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。蓄电池充电时，则按相反的方向变化，正极板上的PbSO4恢复成PbO2，负极板上的PbSO4恢复成Pb，电解液中的H2SO4增加，相对密度增大。四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统1406二月2023（一）蓄电池电动势的建立如何产生2.1V电动势？当极板浸入电解液时，在负极板，有少量铅溶入电解液生成Pb2+，从而在负极板上留下两个电子2e，使负极板带负电，此时负极板具有0.1V的负电位。在正极板处，少量PbO2溶入电解液，与水反应生成Pb（OH）4再分离成四价铅离子和氢氧根离子。一部分Pb4+沉附在正极板上，使极板呈正电位，约为＋2.0V。故当外路未接通时，蓄电池的静止电动势E0约为：

E0＝2.0-（–0.1）＝2.1V四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统1506二月2023（二）放电过程若接通外电路，在电动势的作用下，使电路产生电流If，在正极板处Pb4+和负极板来的电子结合，生成二价铅离子Pb2+，Pb2+再与电解液中的SO42-结合，生成PbSO4而沉附在正极板上，使得正极板电位降低，则正极板上的总反应式为：在负极板处Pb2+与SO42-结合，生成PbSO4而沉附在负极板上。负极板上的总反应式为：四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统图2-5蓄电池的放电过程1606二月2023（二）放电过程外电路不中断，H2SO4将不断的减小，而H2O增多，电解液相对密度下降。理论上讲，放电过程将进行到极板上的活性物质全部变为PbSO4为止。所谓放电完了的蓄电池，也只有20％～30％的活性物质变成了PbSO4。故采用薄型板，增加多孔率，有利于提高活性物质的利用率。四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统图2-5蓄电池的放电过程1706二月2023（三）充电过程正极板Pb2+在电源作用下失去两个电子变成Pb4+→Pb(OH)4→PbO2和H2O，SO42-与H+结合成H2SO4，则正极板上总反应为：负极板Pb2+在电源作用下获得两个电子变成Pb，SO42-和H+结合成H2SO4，则负极板上总反应为：四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统蓄电池的充电过程图2-6蓄电池的充电过程蓄电池总的化学反应:放电时,电解液中硫酸减少水增多，比重下降。充电时,电解液中硫酸增多水减少，比重增加。可通过测量电解液比重来判断蓄电池的充放电程度。放电终了，只有少部分活性物质转变为硫酸铅。1806二月2023四、蓄电池的工作原理第1课蓄电池第二章电源系统1906二月2023蓄电池的工作特性：静止电动势、内阻、充电特性、放电特性和容量等。（一）蓄电池的静止电动势1.静止电动势E0：在静止状态下，蓄电池正、负极板的电位差（即开路电压）。2.影响因素：电解液的密度和电解液的温度，为什么？3.静止电动势与电解液的相对密度、电解液的温度的关系在电解液的相对密度为1.050～1.300范围内，单格电池的静止电动势E0可用如下经验公式来近似计算：

E0=0.84＋γ25℃γ25℃=γt＋0.00075（t－25）式中：γ25℃——电解液在25℃时的相对密度；γt——实际测得的电解液相对密度；

t——实际测得的电解液温度（℃）；

蓄电池电解液的相对密度在充电时增高，放电时下降，一般在1.11～1.27之间波动，因此蓄电池的静止电动势也相应的变化在1.95～2.11V之间。五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统2006二月2023（二）蓄电池的内阻1.定义

是指蓄电池正、负极桩之间的电阻。2.内阻与负载关系

在相同条件下，内阻越小，输出电流越大，带负载能力越强。3.影响因素

正极板电阻、负极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条电阻和极桩电阻。在蓄电池使用中，隔板电阻、连条电阻和极桩电阻是不变。正极板电阻、负极板电阻、电解液电阻是可变的。（充电变小，放电变大）隔板电阻因所用材料而异，木质隔板电阻比其他隔板电阻大。电解液的电阻随相对密度、温度而变化，电阻随温度的降低而增大。五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统2106二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（三）蓄电池的充电特性1.定义在恒流Ic充电过程中，蓄电池的充电电压Uc

、静止电动势E0和电解液相对密度γ25℃随充电时间tc变化的规律。单格蓄电池恒流充电特性曲线2.充电特性曲线分析Uc不断上升，并总大于E0

为什么？充电开始，E0和Uc迅速上升，缓慢上升到2.3～2.4V，开始产生气泡，接着急剧上升到2.7V，不再上升，电解液呈现“沸腾”状态，这就是充电终了。如果此时切断电流，电压将迅速降低到静止电动势E0的数值。

2206二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（三）蓄电池的充电特性2.充电特性曲线分析速升1阶段的分析：刚开始充电时，在极板孔隙表层中，首先形成硫酸，使孔隙中电解液相对密度增大，Uc和E迅速上升，当继续充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外扩散速度达到平衡时，Uc和E随着整个容器内电解液相对密度缓慢上升。单格蓄电池恒流充电特性曲线2306二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（三）蓄电池的充电特性2.充电特性曲线分析速升2阶段的分析：2.3～2.4V时，活性物质几乎全部转化，继续通电电解水，形成“沸腾”现象。靠近负极板处积存大量的正离子H+，使溶液和极板产生附加电位差（0.33V），端电压急剧升高到2.7V左右，此时应切断电路，停止充电，否则不但不能增加蓄电池的电量，反而会损坏极板。单格蓄电池恒流充电特性曲线2406二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（三）蓄电池的充电特性图2-7单格蓄电池恒流充电特性曲线3.蓄电池充电终了的特征（1）蓄电池内产生大量气泡，形成“沸腾”现象；（2）电解液相对密度上升到最大值，且2～3h内基本不变。（3）充电电压上升到最大值（单格电池电压2.7V），且2～3h内不再增加。2506二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（四）蓄电池的放电特性1.定义

在恒流If放电过程中，蓄电池的端电压Uf、电动势E和电解液相对密度r25℃随放电时间tf而变化的规律。2.放电过程分析

放电时，电流恒定，单位时间内所消耗的硫酸量是一定的，所以r25℃沿直线下降，一般r25℃每下降0.028～0.030，则蓄电池放电约为额定容量的25％。因E0与r25℃成正比，E0也是沿直线下降。蓄电池内阻有压降，Uf总小于E0.图2-8单格蓄电池的恒流放电特性2606二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统（四）蓄电池的放电特性速降1阶段的分析：极板孔隙中硫酸迅速消耗，相对密度降低的缘故。速降2阶段的分析：渗透到极板孔隙的硫酸和消耗的硫酸达到平衡，Uf缓慢下降到1.85V。接着迅速下降到1.75V。放电接近终了，大部分已转变为PbSO4，将孔隙堵塞，电解液渗入极板内层较困难，使极板孔隙中电解液相对密度迅速下降，从而使端电压急剧下降。此时应停止放电，若继续放电，端电压将急剧下降，损坏极板。图2-8单格蓄电池的恒流放电特性2706二月2023五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统3.蓄电池放电终了的特征

电解液相对密度降低到最小许可值（约1.11）；单格电池端电压降至放电终止电压值（以20h放电率放电，单格终止电压为1.75V）。4.蓄电池的容许放电终止电压与放电电流的关系

蓄电池的容许放电终止电压与放电电流强度有关，放电电流强度越大，则放完电的时间越短，而容许的放电终止电压越低。图2-8单格蓄电池的恒流放电特性放电电流（A）0.05C200.1C200.25C20C203C20连续放电时间（h）201030.5（30min）0.092（5.5min）单格电池终止电压（V）1.751.701.651.551.50蓄电池的放电电流与终止电压C20为蓄电池的额定容量2806二月2023（五）蓄电池的容量1.定义：在放电容许的范围内蓄电池输出的电量，它标志蓄电池对外供电的能力。2.蓄电池容量的计算公式

当蓄电池以恒流放电时,其容量的计算公式为式中C——蓄电池容量（A•h）；If——放电电流（A）；tf——放电时间（h）

蓄电池的容量与放电电流大小、电解液的温度有关。蓄电池的标称容量是在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下确定的。五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统2906二月2023（五）蓄电池的容量3.蓄电池的标称容量

（1）额定容量C20——是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃，以20h的放电率放电至单格电压降到1.75V（12V蓄电池端电压下降至10.50±0.05V，6V蓄电池下降至5.25±0.02V）时所输出的电量。（2）储备容量Cm——指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25℃时，以25A电流连续放电到单格电池电压降至1.75V所持续的时间，其单位为min。蓄电池的储备容量说明当汽车拖拉机充电系失效时，蓄电池尚能持续提供25A电流的能力。储备容量表示蓄电池在发动机启动时的供电能力，一般有常温启动容量和低温启动容量两种。五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统3006二月2023（五）蓄电池的容量4.影响蓄电池容量的因素

放电电流：放电电流越大，则极板表面活性物质的孔隙很快被生成的PbSO4所堵塞，使极板内层的活性物质不能参加化学反应，故蓄电池容量减小。（为何说放电电流越大，则蓄电池容量减小？）电解液温度：电解液的温度降低，则蓄电池容量减小。这是因为电解液温度降低后，电解液的粘度增加，渗入极板内部困难，使蓄电池内阻增大，蓄电池端电压下降。电解液相对密度：适当增加电解液的相对密度，可以提高蓄电池的电动势和容量，但相对密度过大又将导致电解液粘度和内阻增大，反而使蓄电池容量减小。极板构造：极板有效面积越大，片数越多，极板越薄，蓄电池的容量也越大。五、蓄电池的工作特性第1课蓄电池第二章电源系统3106二月2023（一）充电种类1.初充电：对新电池或修复后的蓄电池的首次充电，叫初充电。2.补充充电：蓄电池在使用中，常有充电不足的现象，应根据需要及时进行补充充电，一般每月一次。3.预防硫化过充电：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流充足，中断1h，再用1/2的补充充电电流值进行充电至沸腾为止。反复几次，直到刚接入充电，蓄电池立即“沸腾”为止。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，再正常充足后送出使用。六、蓄电池的充电第1课蓄电池第二章电源系统3206二月2023（二）充电方法1.定电流充电在充电过程中，充电电流保持一定的充电方法称为定电流充电。在充电过程中随着蓄电池电动势的提高，要保持电流恒定，充电电压也须相应提高。当单格电池电压上升到2.4V时，应将电流减半，直到蓄电池完全充足。定电流充电的优点：有较大的适应性，可任意选择充电电流，适用初充电和去硫化充电。定电流充电的缺点：充电时间长，且须不断地调整充电电压。六、蓄电池的充电第1课蓄电池第二章电源系统3306二月2023（二）充电方法2.定电压充电在充电过程中，将充电电压保持恒定的方法称为定电压充电。六、蓄电池的充电第1课蓄电池第二章电源系统图2-12定电压充电曲线采用定电压充电，要选择好充电电压，若电压过高，充电电流大，导致过充电，从而影响蓄电池的使用寿命；若电压过低，则会使蓄电池充电不足，一般每单格电池约需2.5V。定电压充电，充电电流较大，开始充电后4～5h内蓄电池就可获得本身容量90％～95％，因而可大大缩短充电时间，比较适合于补充充电。3406二月2023（二）充电方法3.脉冲快速充电单纯地加大充电电流来缩短充电时间是行不通的。因为这样不仅使充电时蓄电池达不到额定容量，反而会使蓄电池温升快，产生大量气泡，造成活性物质脱落而影响使用寿命。近年来，我国的快速充电技术发展较快，并成功地研制了可控硅快速充电机，使新蓄电池初充电一般不超过5h，补充充电也只需0.5～1.