汽车电气与电子技术蓄电池.pptx

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1、第1章 蓄电池蓄电池的作用蓄电池是一种可逆直流电源，在汽车上与发电机并联组成电源系统向用电设备供电。蓄电池的作用是：（1）汽车发动机起动时，向发动机和点火系统供电；（2）当发电机不发电或电压较低时向用电设备供电；（3）发电机过载时，协助发电机向用电设备供电；（4）发动机正常运转时，发电机向蓄电池充电；（5）蓄电池还有稳定电压的作用，蓄电池相当于一个大的电容器，可吸收电路中的瞬时过电压，从而保护电子元件不被击穿。汽车用的是起动型蓄电池，满足起动发动机的需要，510s内向起动机提供强大的电流，一般汽油机为200600A，有些柴油机高达l000A。第1页/共42页1.1 蓄电池的结构与型号蓄电池的构

2、造蓄电池的构造如图所示，一般由三个或六个单格电池串联而成。主要由正、负极板、隔板、电解液和外壳等组成。1 1正极板正极板 2 2负极板负极板 3 3肋肋条条 4 4隔板隔板 5 5护板护板 6-6-封封料料 7 7负接线负接线柱柱 8 8加液口盖加液口盖 9 9联条联条 1010正接线柱正接线柱 1111接线柱衬套接线柱衬套 1212蓄电池外壳蓄电池外壳第2页/共42页1.极板极板是蓄电池的基本部件，由它接受输入的电能和向外释放电能。极板的活性物质与电解液反应，完成蓄电池的充放电化学反应。蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都是由栅架和涂在栅架上的活性物质构成的，正、负极板的外形相同。极板栅架

3、由铅锑合金浇铸而成，加锑是为了改善浇铸性能和提高机械强度。正极板的活性物质是棕红色的二氧化铅（PbO2），负极板的活性物质是青灰色的海绵状纯铅（Pb）。为了使电解液能顺利渗入极板内部，极板的活性物质应具有多孔性。第3页/共42页1.极板将正、负极板各一片，浸入电解液内，可获得约2.1V的电动势。为了增大蓄电池的容量，在单格电池中，将多片正、负极板分别焊接成正、负极板组。然后将正、负极板组交错装插在一起，形成单格电池的极板组。在一个单格内负极板总是比正极板多一片，这样可以使正极板两面都处于负极板之间，正极板放电均匀，避免了正极板两侧活性物质体积变化不一致造成的极板拱曲活性物质脱落。第4页/共42

4、页2.隔板隔板安装在正、负极板之间，其作用是使正负极板尽量靠近而又不至于接触短路，以缩小蓄电池的体积，防止极板变形及活性物质脱落。隔板多采用微孔塑料、橡胶、纸质及玻璃纤维等材料制成。隔板材料具有多孔性，便于电解液渗透，还要具有耐酸、绝缘、抗氧化等性能。第5页/共42页3.电解液电解液是由相对密度为1.84的纯硫酸（H2SO4）和蒸馏水（H2O）配制而成的，相对密度一般在1.241.31之间。使用时应根据制造厂的要求和当地的气温条件选择，见表。使用地区最低气温（）全充电25时的相对密度冬季夏季401.311.2730401.291.2620301.281.250201.271.24第6页/共42

5、页4.外壳蓄电池外壳为整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内，外壳应耐酸，耐热，耐寒，耐震。外壳的材料有硬质橡胶和聚丙烯塑料两种，由于聚丙烯材料的外壳轻，美观透明，且综合性能好，现已取得了广泛应用。第7页/共42页5.联条和极桩联条的作用是将各单格电池串联起来。传统蓄电池的联条是外露式的，用铅锑合金铸造而成，耗材较多、电阻较大，已逐渐被穿壁式或跨接式取代。极桩有锥台形和L形等形式。为便于识别，在极桩的上方或旁边标刻有“+”（或P）“”（或N）标记，或者在正极桩上涂红色油漆。第8页/共42页蓄电池的规格型号根据我国原机械工业部JB2599-85起动型铅酸蓄电池标准规定，蓄电池型号由三部

6、分组成，其内容及排列如下：（5）特殊性能（4）额定容量（3）蓄电池特性（2）蓄电池类型（1）串联的单格蓄电池数第9页/共42页蓄电池的规格型号（1）串联单格电池数，用阿拉伯数字表示。（2）电池类型，按蓄电池的主要用途划分，起动型蓄电池用“Q”表示。（3）电池特征，用字母标注。无特殊特征时，该项省略不标；当产品同时具有两种特征时，应按表1-2的顺序将两个特征代号并列标注。（4）额定容量，指20h放电率时的额定容量，用阿拉伯数字表示，单位是安培小时（Ah）。（5）特殊性能，用大写字母表示，如高温起动蓄电池用“G”表示，低温起动性能好的蓄电池用“D”表示，塑料外壳蓄电池用“S”表示等。第10页/共4

7、2页表1-2蓄电池的结构代号结构特征代号结构特征代号结构特征代号干荷电A湿荷电H免维护W例如红旗CA7220AE型轿车用6-QA-60S型蓄电池，是由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为60Ah，采用塑料外壳的干荷电起动型蓄电池。第11页/共42页1.2 蓄电池的工作原理蓄电池的充电过程和放电过程是一种可逆的化学反应过程充电过程第12页/共42页充电过程 的化学反应在负极板处，PbSO4溶解并电离出Pb2+和SO42，Pb2+获得两个电子，还原为铅原子而附着在负极板上，而SO42则与电解液中的H+结合生成H2SO4，即PbSO4Pb2+SO42Pb2+2ePb2H+SO42H2SO4

8、负极板上总的反应式为PbSO4+2H+2ePb+H2SO4在正极板处，PbSO4先电离出Pb2+和SO42，Pb2+失去两个电子变为Pb4+，Pb4+和OH结合，生成Pb(OH)4；Pb(OH)4又分解为PbO2附着在极板上，同时生成H2O；而SO42又和H+结合生成H2SO4，即PbSO4Pb2+SO42Pb2+2ePb4+H2OH+OHPb4+4OHPb(OH)4Pb(OH)4PbO2+2H2O2H+SO42H2SO4正极板上总的反应式为PbSO4+2H2O+SO422ePbO2+2H2SO4第13页/共42页放电过程蓄电池的放电过程就是化学能转变为电能的过程。当蓄电池接上负载，在电动势的

9、作用下，电流从正极经过负载流向负极。第14页/共42页放电时的化学反应 在正极板处，Pb4+获得两个电子变成Pb2+，Pb2+与电解液中的SO42结合生产PbSO4吸附于极板上，即Pb4+2ePb2+Pb2+SO42PbSO4在负极板上的活性物质铅溶解，生成Pb2+，负极板处，电解液中的Pb2+与SO42结合生产的PbSO4沉附于极板上，即Pb2ePb2+Pb2+SO42PbSO4放电的总的反应式为PbO2+Pb+H2SO42PbSO4+2H2O 第15页/共42页1.3 蓄电池的工作特性 静止电动势静止电动势Ej指当蓄电池内部工作物质处于静止状态（不进行放、充电）时，单格电池正、负极之间的电

10、位差。静止电动势的大小取决于电解液的相对密度和温度，可由以下经验公式计算 Ej=0.84+25 第16页/共42页蓄电池的内阻内阻R0包括电解液电阻、极板电阻、隔板电阻及联条与极桩电阻四部分。起动型蓄电池的内阻很小，约为0.01，因此可以获得大的起动电流。在蓄电池使用过程中，隔板电阻、联条与极桩电阻变化较小，影响蓄电池内阻的主要因素是电解液电阻和极板电阻。极板电阻一般很小，但它随蓄电池的放电而逐渐增大。电解液电阻随其温度和密度的变化而变化，温度降低电阻增大。第17页/共42页蓄电池的充电持性蓄电池的充电持性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压（Uc）、静电动势（Ej）和电解液相对浓密度（25）

11、随充电时间变化的规律。第18页/共42页1.充电时电解液密度及静止电动势的变化规律由于恒流充电，在有效充电范围内，单位时间内电解液中产生硫酸的数量是一定的。因此，电解液密度在1.111.27g/cm3的范围内按直线规律上升。同时，静止电动势从1.952.1V的范围内按直线规律上升。第19页/共42页2.充电时端电压的变化规律在整个充电过程中，端电压Uc的变化可以划分为4个阶段：a.开始快速上升阶段：这是因为充电时产生的硫酸来不及向极板外扩散，造成瞬时电动势及端电压快速升高。b.中间缓慢上升阶段：极板孔隙内外的电解液浓度产生了一定的差值，使硫酸的生成的数量与向外扩散的数量相等，极板孔内外的电解液

12、密度同步升高，故瞬时电动势和端电压同步缓慢上升。第20页/共42页2.充电时端电压的变化规律c.接近终了迅速上升阶段：在端电压达到2.32.4V后，开始出现气泡，且端电压会急剧上升到2.7V左右。由于氢离子在负极板附近的电解液中积存，然后再与电子结合形成氢气，使得负极板与电解液之间产生约0.33V的附加电位。d.过充电阶段：该阶段端电压不再上升，蓄电池内产生大量气泡，出现沸腾现象。为了保证蓄电池充分充电，往往需要进行23h的过充电。第21页/共42页蓄电池的容量 蓄电池的容量是在规定条件下蓄电池对外供电的能力，通常表示为蓄电池恒流放电情况下放电电流与放电时间的乘积C=IftC蓄电池的容量（Ah

13、）；If恒流放电电流（A）；t放电时间（h）。第22页/共42页（1）额定容量额定容量是指完全充足电的蓄电池在电解液平均温度为25的情况下，以20h率放电的电流（相当于额定容量的1/20）连续放电至单格电压降为1.75V时所输出的电量，一般用C或C20表示。例如，3-Q-90型蓄电池在电解液平均温度为25时，以4.5A放电电流连续放电20h后，单格电压降为1.75V，其额定容量Ce=4.520=90Ah。第23页/共42页（2）起动容量起动容量有常温和低温两种起动容量。a.常温起动容量常温起动容量即电解液温度为25时，以5min率放电的电流（3倍额定容量的电流）连续放电至规定终止电压（6V蓄电

14、池为4.5V，12V蓄电池为9V）时所输出的电量，其放电持续时间应在5min以上。例如，3-Q-90型蓄电池在25时，以270A电流放电5min电池的端电压降到4.5V，其起动容量为2705/60=22.5Ah。b.低温起动容量低温起动容量，即电解液温度为18时，以3倍额定容量的电流连续放电至规定终止电压（6V蓄电池为3V，12V蓄电池为6V）时所输出的电量，其放电持续时间应在2.5min以上。第24页/共42页1.4 蓄电池的充电 蓄电池的充电种类蓄电池的充电种类有初充电、补充充电和去硫化充电等种类。第25页/共42页1.初充电新蓄电池或修复后的蓄电池在使用之前的首次充电称为初充电。首先按照

15、厂家要求，并结合当地气候条件选择一定相对密度的电解液。电解液温度不超过30，加注后静置46h，这期间因电解液渗入极板，液面有所下降，应补充电解液使之高出极板15mm。等蓄电池低于35方可充电。初充电的程序一般分为两个阶段：第一阶段的充电电流约为额定容量的115，充电至电解液中逸出气泡，单格电池端电压至2.4V时为止；第二阶段将充电电流减半，继续充电到电解液沸腾，相对密度和端电压连续3h不变时为止。全部充电时间需要60h左右。第26页/共42页2.补充充电蓄电池在汽车上使用时，经常有充电不足的现象发生，应根据需要进行补充充电。如果发现下列现象之一的，必须随时进行补充充电：电解液相对密度下降到1.

16、20以下；单洛电池电压下降到1.7V以下；冬季放电超过25，夏季放电超过50；起动无力。第27页/共42页2.补充充电补充充电分两个阶段进行：第一阶段，充到单格池电压为2.4V；第二阶段充到单格电池电压为2.52.7V，电解液相对密度恢复到规定值，并且3h保持不变 第28页/共42页3.去硫化充电蓄电池长期充电不足，或者放电后长时间未充电，极板上会逐渐生成一层白色的粗晶粒硫化铅，在正常充电时不能转化为活性物质，这种现象称为硫化铅硬化，简称硫化。去硫化充电的方法是，先倒出容器内的电解液，用蒸馏水反复冲洗数次，然后加注蒸馏水，使液面高出极板15mm。用初充电电流进行充电，随时测量电解液相对密度。如

17、果相对密度上升到1.150时，要加蒸馏水，继续充至密度不再上升，然后进行放电。反复进行到在6h之内，密度值不再变化为止。第29页/共42页充电方法蓄电池的充电有定流充电，定压充电和快速脉冲充电等方法。第30页/共42页1.定流充电在充电过程中，保持充电电流恒定的充电方法称为定流充电。分为两个阶段：第一阶段以规定的充电电流进行充电，但单格的电压升至2.4V，应将充电电流减一半转入第二阶段的充电，直到电解液的相对密度达到规定值且23h不变。第31页/共42页2.定压充电保持充电电压恒定的充电方法称为定压充电。采用定压充电法也可以同时对多个蓄电池进行充电，但要求每组蓄电池端电压相同，各蓄电池组之间采

18、用并联连接。第32页/共42页1.5 新型铅酸蓄电池干荷电铅酸蓄电池干荷电铅酸蓄电池与普通铅酸蓄电池的区别是：极板组在干燥状态下，能够较长时期保存在制造过程中所得到的电荷，在规定的保存期内（一般为两年）如需使用，只要灌入符合规定密度的电解液，放置半小时，调整液面高度至规定值，不需进行初充电即可使用。第33页/共42页免维护蓄电池 免维护蓄电池，又称MF蓄电池，在汽车正常使用过程中，不需添加蒸馏水，如市区内短途行驶时可行驶80 000km，长途行驶时可行驶400 000480 000km，正常使用时一般不需进行维护。第34页/共42页充电状态指示器 当电解液密度高于1.265g/cm3时，或蓄电

19、池充电到额定容量的65%以上时小球浮起，指示为绿色；当蓄电池容量低于额定容量的65%时小球下沉，指示器变为黑色，表示蓄电池需要充电；若电解液面过低，指示器变为无色透明。第35页/共42页1.6 蓄电池的使用与维护 蓄电池的正确使用蓄电池的正确使用的要求如下：（1）不要连续使用起动机，每次起动的时间不得超过5s，如果一次未能起动，应停顿15s以上再作第二次起动，连续三次起动不成功者，应查明原因，排除故障后再起动发动机。（2）严寒地区在冬季应对蓄电池采取保温措施。（3）安装搬运蓄电池时，应轻搬轻放，不可敲打或在地上拖拽。蓄电池在车上应固定牢靠、以防行车时振动和移位。第36页/共42页蓄电池的维护（

20、1）经常清除蓄电池表面的灰尘污物，电解液溅到蓄电池表面时，应用抹布蘸10浓度的苏打水或碱水擦净，电极桩和电线夹头上出现氧化物时应及时清除。（2）经常疏通加液孔盖上的通气孔。（3）放完电的蓄电池在24h内应及时充电。（4）常用车辆的蓄电池放电程度冬季达25，夏季达50时即应进行补充充电，必要时每三个月进行一次补充充电。（5）拆卸蓄电池电缆时，应先拆下蓄电池负极，再拆下蓄电池正极；安装蓄电池电缆时，应先安装蓄电池正极，再安装蓄电池负极，以免拆卸过程中造成蓄电池短路。第37页/共42页蓄电池技术状况的检查 1.电解液液面高度的捡查电解液液面高度可用玻璃管检查，液面应高出极板顶部1015mm。电解液不足时应加注蒸馏水补充。第38页/共42页2.蓄电池放电程度的检验方法1通过测量电解液相对密度估算放电程度。第39页/共42页2.蓄电池放电程度的检验方法2用高率放电计测量放电电压单格电池高率放电计由一个阻值很小的电阻和一块电压表组成。测量时，将两叉尖紧压在单格电池的两极，观察电压表读数。起动电流感应钳是另一种常用的间接检测方法。第40页/共42页思考与练习一1.试写出蓄电池充电过程、放电过程的反应方程式。2.蓄电池充电方法有哪些？3.蓄电池技术状况的检查方法有哪些？第41页/共42页感谢您的观看。第42页/共42页