汽车电气设备第一章蓄电池.ppt

蓄电池,蓄电池的功用有哪些？（1）、起动时（2）、发电机不发电时（3）、过载时（4）、充电（5）、保持系统电压稳定，保护电子元件,蓄电池的分类,铅酸蓄电池,镍碱蓄电池,普通,干荷,湿荷,免维护,汽车用蓄电池,电动车蓄电池,蓄电池的结构与型号,蓄电池的结构分哪几部分？,一、结构,蓄电池的结构,极板、隔板、电解液、外壳,极板由栅架和活性物质组成。正极板：二氧化铅（PbO2),棕红色 负极板：海绵状纯铅（Pb）,深灰色注意：负极板比正极板多一块。,1、极板,极板组,极板：由栅架和活性物质组成。,极板分正极板和负极板,隔板：在正、负极板间起绝缘作用，可使电池结构紧凑。A、隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。B、隔板一面平整，一面有沟槽。沟槽面对着正极板。使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。,2、隔板,材料：硬橡胶、塑料两种。外壳上有链条和加液孔,3.壳体,联条：串联各单格电池，材料为铅。加液孔盖：（注意孔盖上小孔的作用）蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，为加注电解液和检测电解液密度所用，孔盖上有通气孔，该小孔应经常保持畅通，一便随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳涨列和发生事故,4、附件,电解液：用纯硫酸和蒸馏水按一 定的比例配制成配制成的电解液比重一般在1.241.30g/cm3之间。对电解液浓度的选择北方南方略有不同；见表1-1。,5.电解液,蓄电池的工作原理,1.电动势的建立正极板：PbO2 Pb4+2.0V负极板：Pb-2ePb2+-0.1V两极板之间的电动势为2.1V,蓄电池的工作原理,1.电动势的建立 一个极板组的电动势也是2.1V 要得到12V电压需串连6个单格,蓄电池的工作原理,2.放电时化学反应为：正极板：Pb4+2ePb2+Pb2+SO42-PbSO4 附在正极板上,蓄电池的工作原理,2.放电时化学反应：负极板：Pb-2ePb2+Pb2+SO42-PbSO4 附在负极板上,蓄电池的工作原理,2.放电时化学反应总方程式为：PbO2 Pb 2H2SO4 2Pb SO4 2H2O 电解液中：H2O增多 H2SO4减少 电解液硫酸浓度降低,工作原理放电过程,蓄电池放电终了特征：（1）单格电池电压降到终止电压（2）电解液密度下降到最小许可值,工作原理充电过程,蓄电池充电终了特征：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态（2）电解液密度和端电压上升到规定值，且23小时保持不变,蓄电池的型号,6 Q 105 6Q A105 6Q B105 6Q W105 G 6Q A105S 6Q H105D,单格数,特征,额定容量,蓄电池的选用,蓄电池的选择必须符合如下两点要求：1、电压等级必须一致 2、蓄电池的容量必须足够。,蓄电池工作特性,电动势静止电动势内阻放电特性充电特性,内阻,极板电阻：电阻很小，且与活性物质变化而变化。电解液电阻：与其温度和密度有关。隔板：其材料的通透性影响电解液的电阻。连接条：铅质，电阻很小。,放电特性,概念：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Uf和电解液密度25随时间f而变化的规律。蓄电池在恒流放电过程中，端电压的变化规律:开始放电阶段相对稳定阶段迅速下降阶段蓄电池放电终了的特征是:、单个电压降到放电终止电压(单池终止电压和放电电流有关)、电解液密度降到最小终止值但应注意：放电终止电压和放电电流有关,充电特性,概念：蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液密度25随时间f而变化的规律。蓄电池充电终了的特征是:、端电压和电解液密度上升到最大（2.7V），且在2h小时内不上升。、电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。(电解水),一、蓄电池的容量,蓄电池在规定条件下放出的电量称为容量，单位为安.小时（A.h）C=Iftf,蓄电池容量的表示,额定容量,起动容量,储备容量,蓄电池的额定容量用20h率容量表示：即将充足电的蓄电池在电 解液温度为25条件下，以20h率放电电流连续放电，直至单池平均电压降到1.75V时,输出的电量称为蓄电池的额定容量。,1、额定容量,2、储备容量,储备容量表示了汽车充电系统失效时蓄电池向汽车提供25A恒流的能力 蓄电池在电 解液温度为25条件下，以25A恒流放电电流连续放电，直至单池平均电压降到1.75V时的放电时间称为蓄电池的储备容量。,起动容量,常温起动容量,低温起动容量,3、起动容量,电解液在30时，以3倍额定容量的电流持续放电至终止电压（12V蓄电池为8V，6V蓄电池为4V）所放出的电量称为常温起动容量（持续时间应在5min以上。电解液在18时，以3倍额定容量的电流持续放电至终止电压（12V蓄电池为6V，6V蓄电池为3V）所放出的电量称为低温起动容量（持续时间应在2.5min以上。,常温起动容量,低温起动容量,蓄 电 池,蓄电池的作用：,在发动机起动时，为起动系和其他电气设备（包括发电机的激磁绕组）供电；发电机不工作或输出电压低于蓄电池电压时，为电气设备供电；（如停车、发电机转速较低、发电机超载、发电机故障等）吸收电路中产生的过电压，稳定电网电压，保护电子元器件。,对蓄电池的基本要求：,在发动机起动时，蓄电池必须能给起动机提供200600A的电流（有的柴油发动机最大起动电流超过1000A），并且要能持续一定的时间（一般要求510s以上）；在发电机发生故障不能发电时，蓄电池的容量应能维持车辆行驶一定的时间。所以，要求汽车用蓄电池有尽可能小的内阻和足够的容量。,蓄电池的结构,蓄电池由极板、隔板、电解液外壳极柱等组成。1密度计；2排烟孔；3液气隔板；4连接条；5活性物质；6栅架；7隔板；8极桩；9模压代号；l0壳体；11下滑面,极板：,极板分为正极板和负极板两种。正极板上的活性物质为二氧化铅(PbO2)，呈深棕色负极板上的活性物质为海绵状纯铅(Pb)，呈深灰色。,极板厚度：1.82.4mm 负极板厚度：1.8 mm 正极板厚度：2.2mm 1.1一1.5 mm（进口）正极板片数：4一13片 负极板片数：5一14片,为了增大容量，将多片正、负极板分别并联，用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板组。汇流条(横板)上联有极柱，各片间留有空隙。安装时各片正、负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入蓄电池单格内，便形成单格电池。,。隔板材料有木材、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维纸浆和玻璃丝棉等几类。隔板为一厚度小于lmm，安装时，应将带沟槽的一面竖直朝向正极板。电解液：电解液由密度为 1.84 gcm3的纯硫酸和蒸馏水配制而成，密度一般在 1.241.31 gcm3，使用时根据当地最低气温或制造厂的要求进行选择,隔板：防止正、负极板彼此接触而短路,蓄电池的外用来盛放极板组和电解液。多采用聚丙乙烯塑料外壳。外壳内有隔壁，将其分成3个或6个相同大小的单格，相互之间不沟通，各单格底部都有凸肋，以放置极板组。凸肋间的空腔可积存极板脱落下来的活性物质，以防极板间短路。极桩：各单格电池串联后，两端的正负极柱穿出电池盖，分别形成蓄电池的正负极桩。正极桩较粗，标有“+”号或涂红色；负极桩较细，标有“-”号或涂兰色、绿色等。,壳体：,其他零部件（l）铅连接条：有外露式、跨桥式和穿壁对焊式三种（2）加注孔盖：加注孔盖上有通气孔，下端有特制的隔板，其作用是将通气孔与单格上面的空间部分地隔开，以防汽车颠簸时，电解液从通气孔溅出。,全封闭蓄电池,胶体蓄电池,免维护蓄电池,蓄电池的型号:在铅蓄电池产品型号编制方法中规定，铅蓄电池的型号由四部分组成，内容及排列格式如下:6-QAW-l00：由6个单体电池组成，额定电压l2V，额定容量为100Ah的起动用干荷电免维护铅蓄电池。,蓄电池的工作原理,电化学反应方程式为：PbO2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O+PbSO4（正极板）（电解液）（负极板）（正极板）（电解液）（负极板）,放电充电,蓄电池的工作特性,1、静止电动势（1.972.15V）E00.8425 式中，E。蓄电池的静止电动势，单位为V；2525时电解液的密度。25t（t25）式中，t实测的电解液密度；t测量时电解液温度，单位为；密度温度系数，取0.000 75。,2、内阻 蓄电池的内阻大小反映了蓄电池带负载的能力。极板电阻 隔板电阻（微孔塑料隔板的电阻较小）电解液的电阻 电解液的温度和密度有关 温度降低时会因电解液的粘度增大，渗透能力下降而引起电阻增加。而电解液的密度过高或过低时，均会导致电阻增大。美国标准SAEJ546明确规定，12 V蓄电池在标准负荷时的内阻为0.014。,3放电特性,概念：蓄电池的放电特性是指恒流放电时，蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度25随放电时间变化的规律。,蓄电池放电终了的特征如下：单格电池电压下降至放电终止电压，以 20 h放电率放电，单格电池电压降至 175 V。电解液密度下降至最小的许可值，大约为1.11gcm3。,4、充电特性 概念：蓄电池的充电特性是指以恒电流充电时，蓄电池充电电压、电动势E及电解液密度25等随充电时间变化的规律。,蓄电池充电终了的特征是：蓄电池的端电压上升至最大值（单个电池电压为2.7 V），且2 h内不再变化。电解液的密度上升至最大值，且2h内基本不变。蓄电池剧烈地放出大量气泡，电解液沸腾。,蓄电池的容量,蓄电池的容量是指在规定的放电条件下（放电温度、电流、终止电压）完全充足电的蓄电池所能输出的电量。Q If t f式中，Q蓄电池的容量，单位为Ah；If放电电流，单位为A；t f放电时间，单位为h。1、理论容量2、实际容量,3额定容量 概念：GB 5008.11991标准规定，以 20 h放电率的放电电流在电解液初始温度为（255），密度为(1.280.01)gcm3（25）的条件下，连续放电到规定的单格终止电压175 V，蓄电池所输出的电量，称为蓄电池的额定容量。（它是检验新蓄电池是否合格的重要指标，新蓄电池的输出电量如果小于额定容量，即为不合格。）4储备容量 是指充足电的蓄电池在电解液温度为25条件下，以25 A电流放电到单格终止电压175 V时所能维持的时间。（它表征当汽车充电系失效时，蓄电池尚能持续提供25A电流的能力）,影响容量的因素,1、构造因素：极板的面积、片数、厚度 2、使用因素：1）放电电流 2）电解液温度 3）电解液密度,图19,放电电流和容量的关系举例,注意：一次起动时间不应超过5S；连续两次起动应间隔 15 S以上。,电解液温度,电解液密度,蓄电池 充电方法,1、定压充电2、定电流充电3、脉冲快速充电,充电设备,汽车上-用发电机充电室-用充电机,充电室充电有：1）硅整流充电2）晶闸管充电机3）智能充电机,1、定流充电,在充电过程中，保持充电电流恒定的充电方法。应用：初充电、补充充电、和去硫化充电,方法：、充电电流大小：为C20的1 15l10；、当单格电压达2.4V时，充电电流减小一 半，直到充满为止。,定流充电连接图和充电特性曲线,Ic1=1/15C20Ic2=1/30C20,Ic1=1/15C20Ic2=1/30C20,初充电,补充充电,你知道一个充电机可串联连接多少电池吗？,恒流充电的优缺点,优点：充电电流可任意选择，有益于延长蓄电池寿命，可用于初充电和去硫化充电。缺点：充电时间长，且需要经常调整充电电流。,2、定压充电,恒压充电（定电压充电）：在充电过程中，充电电源电压恒定不变。汽车上是恒压充电 充电室的恒压充电（被充电池并联）每一支路的单格电池数相等,定压充电连接图,注 意：,一般单格电池充电电压定为2.5 V，即蓄电池的充电电压应为（1480005）V（6格电池）或（7.400.05）V（3格电池）。此外，充电初期最大充电电流不应超过03 C20A，否则应适当调低充电电压，待蓄电池电动势升高后再将充电电压调整到规定值。,影响：（1）电压选择过高会造成充电初期充电电流过大和发生过充电现象，造成极板损坏；（2）电压选择过低则会使蓄电池充电不足。,恒压充电的优缺点,优点：充电速度快，充电时间短，充电电流IC会随着电动势E的上升，而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。缺点：充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。,3、脉冲快速充电,短时间内充至额定容量的5060。当单格电池电压升至1.4V，开始冒气泡时，由充电机的控制电路自动控制，开始脉冲快速充电.,过程：正脉冲充电前停充负脉冲瞬间放电后停充正脉冲充电循环进行，直至充足电。,脉冲快速充电的优缺点,1）充电时间大大缩短；2）可增加蓄电池的容量；3）去硫化显著；4）对极板的活性物质冲刷力强，易造成活性物质脱落。,蓄电池端子极性的识别：1）看标记；2）看颜色；,蓄电池充电的种类 1初充电 初充电的特点是充电电流小，充电时间长。,2补充充电 如果：电解液密度下降到 120 gcm3以下，或单格电池电压下降到 175 V以下，或冬季放电超过25，夏季放电超过50，或前照灯灯光比平时暗淡，或起动无力，则必须进行补充充电。3快速脉冲充电（P16）,4、去硫化充电 蓄电池轻度硫化，可用充电的方法予以消除，方法如下：1）将蓄电池按20h率放完电。2）倒出电解液，加入蒸馏水冲洗两次，在加入蒸馏水，用IC=C20/30（A）的电流进行充电，当密度上升到1.15g/cm3时，到处电解液，再加蒸馏水继续充电，如此反复，直至密度不上升为止。3）加入正常密度的电解液，按初充电方法进将蓄电池充足电4）以20h率放电，检查容量，输出容量达到额定容量的80%以上，即可使用。,蓄电池的使用与维护,为了保证蓄电池的使用性能、延长蓄电池的使用寿命，必须正确使用蓄电池，并及时对蓄电池进行检查和维护。,蓄电池的正确使用和维护 应尽量避免：(1)长时间过充电或充电电流过大；(2)过度放电；(3)电解液液面过低或过高；(4)电解液密度过高；(5)电解液内混入杂质。,在蓄电池的日常使用和维护中努力做到：(1)及时充电。放完电的蓄电池应在24h内送到充电室充电；蓄电池每两月至少应补充充电一次。(2)不连续使用起动机;(3)应经常清除蓄电池表面的灰尘污物，保持蓄电池表面清洁、干燥。(4)经常检查电解液液面高度，必要时用蒸馏水或电解液进行调整使其保持在规定范围内。,（5）连接蓄电池时，细心查明极性，不要接错。（6）脱开蓄电池时，始终要先拆负极（搭铁）电缆。(7)千万不要把工具放在蓄电池上。它们可能会同时触及两个极桩，使蓄电池短路而引起事故。,1.电解液液面高度的检查 对于塑料壳体的蓄电池，可以直接通过外壳上的液面线检查，电解液液面应保持在高、低水平线之间。,蓄电池技术状况的检查,对于橡胶壳体的蓄电池，可以用孔径为35mm的透明玻璃管测量电解液高出隔板的高度来检查。,注 意：当电解液液面偏低时，应补充蒸馏水。除非确知液面降低是由电解液溅出或泄露所致，否则不允许补充硫酸溶液。,2.蓄电池放电程度的检查,蓄电池的放电程度可根据电解液密度判断或用高率放电计和蓄电池测试器检查。（1）根据电解液密度判断 电解液密度可用吸式密度计或电解液密度检测仪检测。,电解液密度检测仪检测。,吸式密度计检测,电解液相对密度和存电量之间的关系,（2)用高率放电计检查 高率放电计是模拟接入起动机负荷，通过测量单格电池在大电流(接近起动机起动电流)放电时的端电压，判断蓄电池的技术状况和起动能力。,（1）读数在175 V以上说明单格电池完好。（2）读数在17515 V表明放电较多，应 进行补充充电。,（3)用整体式高率放电计检查,方法：将高率放电计的正、负放电针分别压在蓄电池的正、负极柱上，保持15s。若电压保持在9.6V以上，说明性能良好，若稳定在11.610.6V，说明存电充足，若电压迅速下降，说明蓄电池已经损坏。,4、蓄电池开路电压的检测,检测条件：不充电、不放电、不加蒸馏水或电解液开路电压与放电程度的关系：100 12.6以上75 12.4以上50 12.2以上25 12.0以上0 11.9以上,蓄电池的常见故障有：,蓄电池的外部故障有：外壳裂纹 极柱松动 封胶干裂,蓄电池的内部故障有：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。,一、极板硫化,1 故障特征：极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象简称硫化。轻度硫化后，蓄电池内阻增大，容量变小 严重硫化后，充电放电都会异常，放电时，内阻显著增大，电压迅速下降，不能持续供给电流；充电时，单格电池电压高，可达2.8V以上，密度上升慢，温度上升快，过早出现沸腾现象。,2 产生原因：1）不及时充电或长期充电不足；2）蓄电池液面过低；3）长期过渡放电或小电流深度放电；4）新电池初充电不彻底；5）电解液密度过高，成分不纯；3.防止硫化的措施：保持蓄电池经常处于足电状态；用完电及时充电（24h内）；经常检查液面。,二、活性物质脱落,1 故障特征:蓄电池输出容量下降，充电时电解液混浊，呈棕色 2 故障原因：1）充电电流过大；2）过充时间过长；3）低温大电流放电。另外，汽车颠簸也会造成活性物质脱落排除方法 轻度：更换电解液，严重报废,三、自放电,蓄电池在无负载的静态下电量自动消失的现象称为自放电。蓄电池的自放电是不可避免的。1.故障性自放电特征: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。,2.故障原因：1）电解液含杂质过多，不纯；2）电池表面不清洁；3）长期存放，硫酸下沉；4）活性物质脱落，引起短路3.防止措施1）使用符合标准的硫酸和蒸馏水配置电解液;2）配置电解液的容器要保持清洁;3）防止杂质进入电池内.,干荷电铅蓄电池,干荷电铅蓄电池与普通铅蓄电池相比，其结构基本相同，不同点:主要在于负极板的制造工艺要求较高。在负极板的铅膏中加大了松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂，并在制造过程中有一次深放电循环或进行反复地充、放电，使活性物质达到深化。,干荷电铅蓄电池有如下优点:（1）储存时间长，极板组在干燥状态下能够较长期（一般为2年）地保存制造过程中所得到的电荷，使其有效储存时间比一般蓄电池长一年左右。（2）使用方便，在规定的保存期(两年)内如需使用，只要灌入规定密度的电解液，搁置l5min、调整液面高度至规定标准后，不需进行初充电即可使用。,免维护铅蓄电池,与普通铅蓄电池相比，有以下特点:(1)极板栅架采用铅钙合金或低锑合金(含锑2%3%)，减少了析气量，耗水量。同时自行放电也大大减少，使用寿命延长。(2)隔板采用袋式聚氯乙烯隔板，将正极板包住，可保护正极板活性物质不致脱落，并防止极板短路。,(3)有的通气孔采用新型安全通气装置，可保持蓄电池内的酸气，避免与外部火花直接接触，以防爆炸。通气塞中还装有催化剂钯，帮助排出的氢氧离子结合生成水再回到蓄电池中去，减少了水的消耗。这种新型通气装置还可使蓄电池顶部和接线柱保持清洁，减少了接头的腐蚀。,(4)单格电池间采用穿壁式连接，减小了内阻，提高了起动性能。(5)外壳为聚丙烯塑料热压而成，壳底没有凸肋，极板组直接座落在蓄电池底部，这样可使极板上部容积增大，电解液储量增大，且壳体内壁薄，与同容量电池相比，重量轻，体积小。,免维护铅蓄电池的优点：（1）免维护铅蓄电池合理使用过程中不需添加蒸馏水，短途运输车辆可行驶8万km，长途载货车可行驶4080 万km而不需维护，使用方便；（2）电桩腐蚀极轻或没有腐蚀；（3）使用寿命长，一般在4年左右，几乎是普通蓄电池的2倍；（4）蓄电池自行放电少，使用或贮存时不需进行补充充电。,小结,1.铅蓄电池由哪几部分组成？2.铅蓄电池内部分为几个单格？一格的静止电动势约为多少？3.正、负极板上的活性物质各是什么？4.铅蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，孔盖上通气孔，其作用？5、蓄电池的选择必须符合哪些要求？6、国产蓄电池的编号规则？,6、国产蓄电池的编号规则？7、写出蓄电池充放电的化学反应综合方程式，8、蓄电池放电终了特征？放电时两极板上生成什么物质，电解液有何变化？9、蓄电池充电终了特征？充电时两极板上各生成什么物质？电解液有何变化？,10.何谓蓄电池容量？单位？11.何谓额定容量？储备容量？12.使用因素对容量有何影响？,