汽车电器与电控技术 课件 1 汽车蓄电池技术

《汽车电器与电子控制技术》AutomobileElectricalEquipmentand

ElectronicControlTechnology第1讲蓄电池的功用与分类第1章概述与汽车电器技术

AutomobileElectricalTechnology

以电工电子技术、电化学技术、机械传动技术、自动控制技术、化工与橡胶技术、机械制造与热加工技术等为基础，以满足汽车技术性能和使用性能要求为目的，保证汽车正常行驶的技术。

由电器装置或电子装置、电器开关和导线等组成，并具有特定功用的机电一体化控制系统，功用是：保证汽车正常行驶。

电源系统、起动系统、点火系统、

信息显示系统、照明与信号系统、

辅助电器系统、汽车空调系统等。基本概念汽车电器技术汽车电器系统汽车电器系统组成

以电器技术、微电子技术、计算机技术、自动控制技术、智能控制技术、液压传动技术、新材料和新工艺等技术为基础，以解决汽车能源紧缺、环境保护和交通安全等社会问题为目的，提高整车性能的技术。汽车电器技术→保证汽车正常行驶。汽车电控技术→提高汽车整车性能。(动力性、经济性与排放性、安全性、舒适性、操纵性、通过性)汽车电控技术基本概念《汽车电器与电子控制技术》是普通高等教育汽车服务工程和汽车类专业的统设必修课程。1.《汽车电器设备构造与检修》——大专：统设必修2.《汽车电控技术》———————本科：统设必修3.《汽车电器与电子控制技术》——本科：统设必修课程性质汽车总体构造汽车由发动机、底盘、车身和电气设备4部分组成。

有电荷存在或有电荷变化现象的器物。有电荷存在——电源（蓄电池、发电机）有电荷变化——用电设备（起动机、执行器）汽车上的电源(蓄电池/发电机）和各种用电设备的统称。蓄电池、发电机、调节器、起动机、点火装置、显示仪表、开关等；各种传感器、电控单元ECU、各种执行器、电磁阀、控制阀等；汽车电器系统汽车电控系统

（电子控制系统）汽车电气设备分类电气设备汽车电气设备分类方法汽车电源系统汽车电源系统：充电系统1.电源系统的组成：蓄

电

池：起动型铅酸蓄电池——辅助电源（电器维修费用最高）交流发电机：二极管整流，输出直流电——主要电源电子调节器：电压调节装置2.功用：向整车用电设备提供电能。3.电器系统的特点:两个电源、低压直流（DC60V/AC36V）、并联单线、负极搭铁。

一、教学内容（约4学时，内容涵盖4个方面）1.蓄电池的分类、功用、构造、工作原理与工作特性；2.影响蓄电池容量的使用因素；3.新型电池的结构原理。二、教学要求（4点要求）1.掌握汽车蓄电池的功用、分类方法、结构组成与结构特点；2.理解影响蓄电池容量的使用因素、蓄电池的工作原理与工作特性；3.了解新型电池的结构原理。蓄电池技术教学任务1.1.1汽车蓄电池的功用与要求

蓄电池的5大功用：（1）起动供电：起动发动机时，向起动系统和点火系统供电；（2）备用供电：发电机不发电或电压较低时，向用电设备供电；（3）存储电能：发电机正常供电时，将剩余电能转换为化学能储存起来；（4）协同供电：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：蓄电池相当于一个大容量电容器，不仅能够保持汽车电器系统的电压稳定，而且能吸收电路中出现的瞬时过电压，防止损坏电子设备；

起动发动机。起动电流：汽油机为200~600A；柴油机为800A以上；

对汽车用蓄电池的要求：容量大、内阻小。功用主要功用对其要求1.1.2蓄电池的分类方法

按荷电能力、结构和水损耗进行分类1.按荷电能力（1）干荷电蓄电池：极板在干燥状态下，能在1年内保存制造过程中所得电量的蓄电池。存放超过1年——先充电，再使用。（2）免维护蓄电池：在使用寿命（4年）内无须维护的微水损耗型蓄电池。Maintenance-FreeBattery，MF蓄电池。2.按蓄电池结构（1）排气式蓄电池：指蓄电池盖上设有一个或多个排气装置，能够析出气体产物的蓄电池，包括正常水损耗蓄电池、低水损耗蓄电池和微水损耗蓄电池。（2）阀控式蓄电池：又称为具有气体复合功能的蓄电池，是指在正常条件下是密封的，但当内部压力超过预定值时，气体复合装置能让气体析出的蓄电池。具有特点：电解液不流动，正常情况下不能对其添加（蒸馏）水或电解液。分类方法阀控式特点1.1.2蓄电池的分类方法

1.1.2蓄电池的分类方法

蓄电池类型U1/VI1/AI2/A充电时间/h起动后充电时间/h正常水损耗蓄电池14.80±0.105InIn2010低水损耗蓄电池15.20±0.105InIn2010微水损耗蓄电池16.00±0.105InIn2010阀控式蓄电池14.40±0.105In0.5In2010课程小结（1）这次课主要介绍了：1.课程的性质和任务

2.课程有关的基本概念3.汽车蓄电池的功用、要求与分类方法这一讲是抛砖引玉、奠定基础、激发兴趣，重点是蓄电池的功用、要求与分类方法。希望同学们坚定信心、“凡事豫则立，不豫则废。”接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第2讲蓄电池的构造主讲：舒华教授

第1章汽车电器技术

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1.1.3蓄电池的构造1.1.3蓄电池的构造结构组成：1.极

板：正极板10、负极板82.隔

板：正负极板之间3.电解液：稀硫酸溶液4.壳

体：电池槽1、电池盖21—塑料槽；2—塑料盖；3—正极柱；4—负极柱；5—加液孔螺塞；6—穿臂连条；7—汇流条；8—负极板；9—隔板；10—正极板卷绕式蓄电池1.1.3蓄电池的构造—极板

1.极板的构造：极板

栅

架：——铅锑合金或铅钙锡合金浇铸或热模滚压而成，放射形状；活性物质：极板上参与化学反应的工作物质，铅粉+稀硫酸混合而成。（1）极板是蓄电池的核心部件。——在蓄电池充放电过程中，极板上的活性物质与电解液中的硫酸产生化学反应，从而实现电能与化学能的相互转换；（2）栅架材料决定蒸馏水的消耗量（耗水量）：蒸发：10％，电解：90%。栅架结构栅架活性物质1.1.3蓄电池的构造—极性/极板组

极板组1.1.3蓄电池的构造—隔板/电解液/壳体1.1.3蓄电池的构造1.极板：2.隔板：——防止相邻正、负极板接触而短路。

塑料(或橡胶)隔板：干荷电蓄电池

聚氯乙烯袋式隔板：免维护蓄电池3.电解液：密度1.84g/cm³的浓硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。电解液密度：硫酸成分所占的比例。在25℃时：1.27~1.30g/cm³；4.壳

体：电池槽+电池盖。通气孔必须保持畅通，防止壳体胀裂或爆炸事故。隔板种类隔板构造1.1.3蓄电池的构造—几点说明1.蓄电池的电压：——取决于正、负极板活性物质的材料。单格电池（单池）电压：正极板1片＋负极板1片→电解液→2V左右。单池6个串联：12V蓄电池。24V电器系统：选用两只电池。2.蓄电池的容量：——取决于正、负极板活性物质的数量。正极板表面积越大、片数越多→活性物质越多→输出容量就越大。1.1.3蓄电池的构造—电解液的要求3.电解液的要求：——电解液纯度影响蓄电池的电气性能和使用寿命。必须符合行业标准规定：JB/T10052—2010《铅酸蓄电池用电解液》JB/T10053—2010《铅酸蓄电池用水》HG/T2692—2015《蓄电池用硫酸》——普通工业用硫酸和普通水中含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，因此不能用于车用蓄电池。在25℃时：1.27~1.30g/cm³课程小结（2）这次课主要介绍了：蓄电池的构造1.汽车用蓄电池都是由极板、隔板、电解液和壳体四部分组成的。极板是蓄电池的核心部件。2.蓄电池的电压高低取决于正、负极板活性物质的材料。单池电压为2V左右。12V电器系统选用1只蓄电池；24V电器系统选用两只电池。3.蓄电池的容量大小取决于正、负极板活性物质的数量。极板表面积越大、片数越多，活性物质越多，输出容量就越大。

这一讲是蓄电池技术的核心内容，重点是蓄电池的结构组成，以及各组成部分与特点。希望同学们认真复习、掌握重点。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第3讲蓄电池的工作原理主讲：舒华教授

第1章汽车电器技术

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一、教学内容1.蓄电池技术状态指示器2.蓄电池电动势的建立3.蓄电池的放电过程与充电过程二、教学要求1.了解蓄电池充电与放电时的电化学反应过程；2.理解蓄电池充电与放电过程中，活性物质和电解液的变化情况；3.掌握蓄电池充电时的注意事项。1.2蓄电池的工作原理——教学任务1.1.4蓄电池技术状态指示器1.1.1蓄电池的分类1.1.3蓄电池的构造1.1.4技术状态指示器又名：内装式密度计透明塑料管1、底座2两个小球：上红球、下蓝球——两小球：由密度不同的材料制成的，可随电解液密度变化而上下浮动；——利用光学折射原理反映蓄电池技术状态；（b）存电充足：两小球上浮到极限位置，经光线折射小球颜色，从指示器顶部观察到的结果如图1-2（b）所示，中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆环，表示蓄电池技术状态良好，英文标示为“OK”。第2讲汽车蓄电池技术—密度计1.1.1蓄电池的分类1.1.3蓄电池的构造1.1.4技术状态指示器透明塑料管1、底座2（b）存电充足：（c）充电不足：——蓝色小球下移到极限位置，观察结果中心呈红色圆点、周围呈无色透明圆环，充电不足，应及时补充充电，英文标示“Chargingnecessary”。（d）电液不足：——液面过低时，两小球都将下移到极限位置，观察中心呈无色透明圆点、周围呈红色圆环，表示电解液不足，必须添加蒸馏水，英文为“Adddistilledwater”。1.2蓄电池的工作原理—综述

1.2.1蓄电池的工作原理依据双硫化理论：双极（正、负极）硫酸盐化理论如果略去中间的电化学反应过程，则蓄电池充放电过程中发生的化学反应可用下式表示：1.2蓄电池的工作原理—综述1.2.1蓄电池电动势的建立

1.2.2蓄电池的放电过程

负极板反应正极板反应1.2.2蓄电池的放电过程

1.2.3蓄电池的充电过程

注意事项

1.2.3蓄电池的充电过程1.2.4蓄电池充放电过程小结

课程小结（3）这次课主要介绍了：1.蓄电池技术状态指示器2.蓄电池电动势的建立3.蓄电池放电过程与充电过程中的电化学反应

这一讲是蓄电池技术的理论依据，重点是蓄电池充放电过程中，其极板物质状态的变化。希望同学们认真复习、掌握重点。接下来请同学们根据讲授内容阅读教材，并在网上完成课后作业。同学们，下次课再会！第4讲蓄电池的工作特性主讲：舒华教授

第1章汽车电器技术

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1.2蓄电池的工作特性——教学任务1.2.2蓄电池的工作特性

工作特性计算公式2.蓄电池的内阻

电池内阻计算公式3.蓄电池的充电特性

充电特性3.蓄电池的充电特性

3.蓄电池充电特性过充电：达到2.7V以后极板内部产生大量气泡，形成局部压力，加速活性物质脱落而使极板过早损坏。∴避免长时间过充电。合理过充电：——实际充电保证充电充足，过充电2~3h。停止充电后，端电压等于静止电动势。极板孔隙内外的电解液逐渐混合均匀，端电压逐渐降低，最终等于静止电动势。蓄电池充电终了的特征：

（1）蓄电池内产生大量气泡，即出现所谓的沸腾现象。

（2）蓄电池端电压和电解液密度均上升至最大值，且在2~3h内不再增大。判定条件4.蓄电池的放电特性

放电特性经验判定4.蓄电池的放电特性

4.蓄电池的放电特性放电终了特征：（1）电解液密度降低至最小允许值；（2）蓄电池端电压降至放电终止电压。终止电压：放电电流越大，则放完电的时间越短，允许放电的终止电压就越低。过度放电，无实用意义，硫酸铅难还原（试验证明：3~5min内电压会降到0V）。放电率20h10h3h30min5min放电电流/A0.05Cn0.1Cn0.25CnCn3Cn单格电池终止电压/Ｖ1.751.701.651.551.50判定条件课程小结（4）

第5讲蓄电池的容量及其影响因素主讲：舒华教授

第1章汽车电器技术

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1.3蓄电池的容量及其影响因素第5讲容量的影响因素—放电电流蓄电池容量的影响因素：结构因素：活性物质数量和孔率、极板厚薄等；使用因素：放电电流、电解液温度、电解液密度等。1.3.1放电电流的影响放电电流越大→蓄电池输出容量越小。∵电流大，极板孔隙很快堵塞，内层活性物质不能参加化学反应，利用率降低。∵I越大，U下降越快，放电“终了”现象提前；∴每次起动不得超过5s，再次起动应间隔15s。第5讲容量的影响因素—温度影响1.3.1放电电流的影响1.3.2电解液温度的影响温度越低→蓄电池输出容量越小。∵温度降低时，电解液黏度增加、渗入极板内层难，离子扩散速度和化学反应速度降低，利用率低；∵温度降低时，内阻增大，内压降大，端电压降低，允许放电时间缩短；∴寒冷地区，冬季对蓄电池采取保温措施。第5讲容量的影响因素—密度影响1.3.1放电电流的影响1.3.2电解液温度的影响1.3.3电解液密度的影响实验证明：密度1.23g/cm³时，蓄电池输出容量最大。适当增大密度→提高渗透速度和电动势，也能减小内阻→输出容量增大。密度过大→蓄电池输出容量越小。∵密度过大时，电解液黏度增加、渗入极板内层难，离子扩散速度和化学反应速度降低，利用率低；密度过小→冬季容易结冰。∴车用起动型蓄电池，充足电时电解液密度：1.26~1.30g/cm³。1.4.1镉-镍电池1.4.1镉﹣镍电池——容器由钢质材料制成，极板由钢制骨架嵌入钢管制成，管壁有细孔，管内填充活性物质。正极板活性物质：氢氧化镍Ni（OH）和片状纯镍的混合物，增强导电能力。负极板活性物质：海绵状镉，混合5%~6％的水银，增强导电能力和化学活性。电解液：化学纯净的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。电化学反应方程式：单格电压1.32V，12V电池由9个单格电池组成。使用寿命长，5~7倍铅蓄电池；成本高3~4倍铅蓄电池。第5讲汽车蓄电池技术—燃料电池1.4.2燃料电池定义：燃料电池（FuelCell，FC）是一种将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的“发电装置”。区别：燃料电池也是一种能量转换装置，其与普通蓄电池的根本区别在于燃料电池的燃料和氧化剂不是贮存在电池内部，而是贮存在电池外部的贮存罐中，当燃料电池工作（输出电流并做功）时，需要不间断地向电池内输入燃料和氧