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电器设备与维修◇项目教学任务驱动◇汽车QicheDianqiShebeiyuWenxiu项目二蓄电池学习目标知识目标1.了解蓄电池的功用和工作原理；2.熟知蓄电池的工作特性和影响蓄电池容量的使用因素；3.掌握蓄电池的构造、型号和正确使用方法；4.掌握蓄电池的充电规范及技术状况的检测方法。技能目标1.会检测蓄电池的技术状况；2.能给蓄电池的充电和熟知充电规范；3.蓄电池常见的故障诊断。本章内容2.1蓄电池的功用2.2蓄电池的结构2.3蓄电池的型号2.4蓄电池的工作原理2.5蓄电池的工作特性2.6蓄电池的容量及其影响因素2.7蓄电池的充电2.8蓄电池的使用与维护2.9蓄电池技术状况的检查2.10蓄电池的常见故障及排除方法2.1蓄电池的功用蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。它的功用是：1．起动发动机时，向起动机和点火系供电；2．发电机不发电或电压较低时向用电设备供电；3．发电机超载时，协助供电；4．发电机端电压高于蓄电池电压时，将发电机的电能转变为化学能储存起来；5．大电容器作用，能够吸收发电机和电路中形成的过电压。2.2蓄电池的结构汽车用蓄电池必须满足发动机起动的需要，即在短时间内向起动机提供大电流（汽油机为200～600A，柴油机可达1000A）。汽车上采用蓄电池通常称为起动型蓄电池。根据电解液的不同，起动型蓄电池分为酸性和碱性蓄电池。铅酸蓄电池结构简单，价格低廉、内阻小、起动性能好，能在短时间内提供起动机所需的大电流,因此得到了广泛而长期的应用。铅酸蓄电池是在盛有稀硫酸的容器内插入两组极板而构成的电能存储器，它由正极板、负极板、隔板、电池盖、电解液、加液孔盖和电池外壳组成。（图1-1）容器分为3格或6格，每格装有电解液，正负极板浸入电解液中成为单格电池。每个单格电池的标称电压为2V，因此，3个串联起来成为6V蓄电池，6格串联起来成为12V蓄电池。1-负极柱；2-加液孔盖；3-正极柱；4-穿壁连接；5汇流条；6-外壳；7-负极板；8-隔板；9-正极板图1-1蓄电池的基本结构1.极板1.构成极板是电池的基本部件，它的作用是接受充入的电能和向外释放电能。极板由栅架和活性物质组成。分为正极板和负极板，正极板上的活性物质是棕红色的二氧化铅（ＰbO2），负极板上的活性物质是青灰色的海绵状纯铅（Ｐb），如图1-2所示。图1-2蓄电池极板栅架一般由铅锑合金铸成，其作用是固结活性物质。如图1-3所示：为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，有些铅蓄电池采用了放射形栅架，（图1-3）右图为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。2.极板的片数将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，如图1-4所示。在每个单格电池中，正极板的片数要比负极板少一片，这样每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。作用：放置在正负极板之间，以避免其接触而短路。要求：应具有多孔性，以便电解液渗透，且化学稳定性要好，具有耐酸和抗原氧化性。2.隔板类型：1.木质价格便宜，但耐酸性差，已很少使用。2.微孔橡胶性能好，寿命长，但生产工艺复杂、成本高，故尚未推广使用。3.微孔塑料其孔径小、孔率高、薄而软，生产效率高、成本低，所以目前推荐使用。4.玻璃纤维纸浆和玻璃纤维丝棉5.袋式隔板免维护蓄电池使用较多，它将正极板装入，起到良好的分隔作用，这样可以增大极板面积，进而增大蓄电池的容量。注意事项：隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽应面对着正极板，且与底部垂直，以便充放电时，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。３.电解液电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，它由纯净硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，也叫稀硫酸。水的密度为1g/cm3,硫酸的密度为1.84/cm3，两者以不同的比例混合后形成不同密度的电解液。注意：电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则粘度增加，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。汽车用铅蓄电池的电解液密度一般为1.24～1.30g/cm3，使用中电解液密度应根据地区、气候条件和制造厂家的要求而定。表2—1不同地区和气候条件下电解液的相对密度4．外壳作用：用于盛装极板组和电解液。要求：耐酸、耐热、耐震动冲击。材料：硬橡胶、聚丙烯塑料两种。结构：一个电池外壳内分成３个单格（６Ｖ）或６个单格（12Ｖ），每个单格内一组极板，每个单格的底部制有凸筋，用来搁置极板组。凸筋之间的空隙可以积存极板的脱落物质，防止正、负极板短路，如图1-5所示。图1-5蓄电池壳体极板组的连接均采用铅质连条进行串联。可分为两种形式，即传统的外露式连接和当前常见的穿壁式连接。加液孔用来向蓄电池单格内加注电解液或蒸馏水，加液孔盖上有通气小孔以保证蓄电池内部与大气的压力平衡。2.3蓄电池的型号国产蓄电池的型号一般标注在外壳上，分为三段5部分组成：串联的单格电池数—蓄电池类型和特征—额定容量和特殊性能。例1：EQ1090型车用6-Q-105例2：北京2020型车用6-QA-60如:6-QA-105D“6”——用阿拉伯数字表示串联的单格电池数；“QA”——用汉语拼音字母表示蓄电池的主要用途和类型，其含义如下；Q—起动用蓄电池；M—摩托车用蓄电池；JC—船用蓄电池；HK—飞机用蓄电池；“A”——用汉语拼音字母表示蓄电池的特征（无字为干封普通铅蓄电池、“A”为干式荷蓄电池、“B”薄型极板;“W”无需维护）；“105”——数字表示20h放电率额定容量：105Ah“D”——汉语拼音字母表示蓄电池的特殊性能（G—高起动率蓄电池；S—表示塑料壳体；D—表示低温起动性能好）。2.4蓄电池的工作原理蓄电池的工作过程是一个化学能与电能相互转化的过程。当蓄电池的化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界电源相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。如图1-6所示：1.电动势的建立正极板上二氧化铅电离为正四价铅离子和负二价氧离子,铅离子附着在正极板上,氧离子进入电解液中,使正极板具有2.0V的正电位；负极板上的纯铅电离为正二价铅离子和两个电子，铅离子进入电解液中，电子留在负极板上，使负极板具有-0.1的负电位。因此，正、负极板间有2.1V的电位差。2.放电过程在电位差的作用下，电流从正极流出，经过灯泡流回负极，使灯泡发光。正极板上的正四价铅离子与电子结合生成正二价铅离子，进入电解液再与硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在正极板上）；负极板上，正二价铅离子也同硫酸根离子结合生成硫酸铅（附着在负极板上）（图1-7）。结论:1）放电过程中，正极板上的正四价铅离子得电子成为正二价铅离子，并与硫酸根离子生成硫酸铅附着在正极板上；负极板上的铅失去电子成为正二价铅离子，并与硫酸根离子生成硫酸铅，附着在负极板上。2）正极板上的正四价铅离子逐渐变成正二价铅离子，其电位逐渐降低；负极板上电子不断流出，其电位逐渐升高，放电过程结束，两极板间的电位差减小为“0”，外接电路中的灯泡“熄灭”。3）随着放电过程的进行，电解液中的硫酸根离子不断与正、负极板上的铅离子生成硫酸铅而附着在极板上，使得电解液中的硫酸根离子逐渐减少。同时，由于正极板上负二价氧离子与氢离子生成水，电解液中的水不断增多,结果使得电解液的密度不断下降。3．充电过程充电时，外接直流电源的正极接蓄电池的正极板，电源的负极接蓄电池的负极板。当直流电源的电动势高于蓄电池的电动势时，电流将以放电电流相反的方向流过蓄电池。正极板上，正二价铅离子失去2个电子而成为正四价铅离子，再与水反应生成二氧化铅，附着在正极板上，电位升高；负极板上，正二价铅离子得到2个电子生成一个铅分子而附着在负极板上；从正、负极板上电离出来的硫酸根离子与水中的氢离子结合生成硫酸。结论：1）充电过程中，正极板上的正二价铅离子失电子成为正四价铅离子，电位上升；负极板上的正二价铅离子得到电子成为铅分子，电位降低。正、负极板间的电位差加大。2）随着充电过程的进行，极板上的的硫酸根离子不断不断进入电解液与氢离子生成硫酸，使得电解液中的硫酸根离子逐渐增多，结果使得电解液的密度不断升高。2.5蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性包括：静止电动势、内阻、充电特性和放电特性。1.静止电动势定义：蓄电池在静止状态下（充电或放电后静止2～3小时），正负极板间的电位差称静止电动势，用E0(Ej)表示．测量方法：（1）用直流电压表或万用表的直流电压档直接测得；（2）测出电解液密度，然后用经验公式求得。E0=0.85+ρ25℃E0——蓄电池的静止电动势；ρ25℃——25℃时的电解液相对密度。在实际使用中,蓄电池电解的温度受环境温度的影响,不可能总保持在25℃,这样就必须将任意温度时的相对密度换算成25℃时的相对密度。换算公式如下：ρ25℃=ρt+β(t—25)ρt——电解液任意温度下的实测相对密度；β——相对密度温度系数，β=0.00075；t——实测相对密度时的电解液温度。2.内电阻铅蓄电池的内电阻包括:电解液电阻、极板电阻、隔板电阻、联条电阻。（1）极板电阻：正常条件下，极板电阻很小，只有极板发生硫化故障时，极板的电阻才明显增大；（2）电解液电阻：电解液电阻与电解液的温度、密度有关。密度大、温度低，电解液的粘度增大，渗透力下降，电解液的电阻增大；（3）隔板电阻：隔板电阻主要取决于隔板的材料、厚度及多孔性；（4）联条电阻：采用穿壁式结构后，电阻可以忽略不计。3.蓄电池的充电特性蓄电池的充电过程可分为以下四个阶段:（图1-8）(1)迅速上升阶段：充电开始，在极板的孔隙表层中首先形成硫酸，且来不及向外扩散，致使孔隙中的电解液密度增大。此阶段蓄电池的端电压和电动势迅速增大。(2)稳定上升阶段：充电至孔隙中产生硫酸的速度和向外扩散硫酸速度相同时，蓄电池的端电压和电动势随整个容器内电解液密度的上升而缓慢上升。(3)急剧上升阶段：端电压上升致2.3～2.4V时，极板上可能参加变化的活性物质大多恢复为二氧化铅和铅，若继续充电，则电解液中的水被电解成H2和O2,以气泡形式放出，形成“沸腾”。但是氢离子在负极板处与电子的结合不是瞬时完成的，于是在负极板处就积聚了大量的氢离子，使电解液与极板间产生了附加电位差（0.33V），因而端电压上升到了2.7V。(4)急剧下降阶段：端电压上升到2.7V后应停止充电，若继续充电，则称为过充电。过充电会产生大量的气泡从极板孔隙中冲出，导致活性物质脱落，蓄电池的容量下降。停止充电后，电源电压消失，积聚在负极板周围的氢离子形成氢气逸出，孔隙内的硫酸向外扩散，电解液混合均匀，端电压迅速下降到稳定值。（5）充电终了充电终了的标志是：电解液呈沸腾状（氢气和氧气的溢出）；电解液密度上升至最大值，且2～3小时内不再上升；单格电池的端电压上升至最大值（2.7V）,且2～3小时内不再上升。4．蓄电池放电特性蓄电池的整个放电过程分为以下4个阶段:（图1-9）图1-9蓄电池放电特性曲线(1)开始放电阶段：开始放电时,化学反应在极板孔内进行,首先消耗的是极板孔内的硫酸,而该范围内硫酸很有限,此时外围硫酸来不及向内补充,所以极板孔内电解液密度迅速下降(电动势迅速下降),端电压迅速下降。(2)相对稳定阶段：随着极板孔隙内电解液密度的下降,孔隙内外电解液的密度差不断增大,硫酸向孔隙内扩散速度也随之加快,从而使放电电压和放电电流得以维持。当孔隙外补充的硫酸和孔隙内部消耗的硫酸基本相等时,极板孔隙内外的密度差将基本保持一定。此时孔隙内电解液密度将随着孔隙外电解液密度一起下降,端电压也按近似直线规律缓慢下降。(3)迅速下降阶段：①当放电接近终了时,孔隙外电解液密度已大大下降,孔隙外硫酸向孔隙内补充的速度减慢②随放电时间延长,极板表面硫酸铅增多,使孔隙变小,将极板活性物质与电解液隔开来；③硫酸铅本身的导电性能差。放电时间越长,硫酸铅越多,内阻越大。通常把端电压急剧下降的临界点(端电压约为10.5V