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汽车维护与检验——电子电气系统的维护电池概念v=1个单体具有更高正电动势的极板定义为正极板图1电池－－是一种电的存储装置，可以有各种形状、大小、电压和容量的电池电能化学能当两种金属（通常是性质有差异的金属）浸没于电解液之中，它们可以导电，并在两极之间产生一定电动势。铅酸蓄电池两种基本类型◆阀控式（密封）铅酸蓄电池（VRLABattery---ValveRegulatedLead-AcidBattery）◆开口排气式（富液式）（OpenVented）AGM电池是超细玻璃纤维电池EFB属于启停电池发动机舱适合EFB(富液电池带加液孔).耐高温，可维护。AGM(玻璃纤维极板)适合座位下面和后备箱常温环境。AGM电池是超细玻璃纤维电池，结构和普通电池不一样。充电限制电压只有14.5V，而普通电池为15.5V。AGM蓄电池大多数被用在带有起停功能的车辆上。能够反复启动，快速充电，且提供大电流。而普通蓄电池就不行了。启动一次充电需要10分钟左右才能补充过来。常见的蓄电池隔板有橡胶隔板、PP隔板、PE隔板、PVC隔板及AGM隔板。蓄电池装配对汽车蓄电池和密封阀控铅酸蓄电池有较大的区别,密封阀控铅酸蓄电池要求紧装配一般用AGM隔板,而汽车蓄电池一般用PE、PVC或橡胶隔板。铅酸蓄电池的工作原理蓄电池的工作过程就是化学能与电能的转换过程。放电时将化学能转换为电能供用电设备使用；充电时则将电能转换为化学能储存起来。正极板上带有活性物质PbO2，负极板上带有活性物质Pb，蓄电池壳体装有电解液H2SO4的水溶液，正负极板浸泡在电解液中，活性物质PbO2、Pb及电解液H2SO4的水溶液三者通过化学反应完成蓄电池的充放电过程（1）铅酸蓄电池的电势的建立正极板+2.0VPbO2PbPb4+Pb2+电动势的建立H2SO4负极板-1.0V（2）铅酸蓄电池的放电过程正极板PbO2PbPb2+Pb2+放电过程H2SO4负极板PbSO4负载I2e（3）铅酸蓄电池的充电过程正极板PbO2PbPb2+Pb2+充电过程H2SO4负极板PbSO4I蓄电池的构造汽车常用的蓄电池供电电压为12V，是由6个单格蓄电池串联而成，每个单格蓄电池的标称电压为2V。主要由极板、隔板、电解液和外壳组成，其结构如图所示。1极板和极板组（1）功能极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。1－极板组总成2－负极板3－隔板4－正极板5－极板联条2隔板3电解液电解液是由纯硫酸（H2SO4）和蒸馏水（H2O）按一定比例配制而成的稀硫酸溶液（密度为1.24～1.31克/立方厘米）。电解液应符合标准，含杂质会引起自放电和极板溃烂，从而影响蓄电池寿命。4极柱极柱有锥台形和L形等形式。为便于识别，在正极柱的上方或旁边标刻有“+”或“P”，在负极柱上方或旁边刻有“—”或“N”字样，或者在正极柱上涂红色油漆。蓄电池的性能参数1、静止电动势ES蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。在密度为1.05～1.30g/cm3范围内ES=0.85+ρ25℃（V）电解液电阻与密度的关系2、内阻电流流过蓄电池时所受到的阻力称为蓄电池的内阻。3、蓄电池的容量蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电的能力，一完全充足电的蓄电池，在允许的放电范围内所输出的电量称为蓄电池的容量，蓄电池容量C等于放电电流If与放电时间tf的乘积：C＝If·tf蓄电池的型号ⅡⅠ额定容量（安·时/A·h）类型和特征Q—起动型A—干荷电式W—免维护式单格蓄电池个数Ⅲ•蓄电池型号6-QW-68的含义如下：6代表6个格，一个格是2V，代表12V。Q是起动型，W是免维护。68是蓄电池容量68Ah，那么该蓄电池就是电压12V容量68A的起动型免维护蓄电池。型号为“55D23L”的蓄电池各参数含义：55：表示容量代号（容量代号是容量大小的标识，其数值大小与容量无关），D：表示宽与高的乘积，23：表示长度（CM）,L（左）或R（右）：表示负极桩头顶位置（正负桩头最靠近自己时观察）。注意：电瓶型号规定是基于日本JIS标准规定来命名的。蓄电池的CCA值(ColdCrankingAmpere)所谓冷起动电流CCA值(ColdCrankingAmpere)指的是：在规定的某一低温状态下(通常规定在0℉或–17.8℃)蓄电池在电压降至极限馈电电压前，连续30秒释放出的电流量。例如：有一个12伏特的蓄电池外壳标明CCA值为600，其意义为在–17.8℃时，在电压降到7.2伏前，连续30秒可提供600安培(Ampere)的电流量。引进这个概念为的是重点考核蓄电池的放电能力，从而保证给起动机的使用提供可靠和真实的能源。我们可以通过许多国外起动机的实验报告和图纸上看到“110Ah/450A”的标记，其含义是指：该起动机能够在–17.8℃环境下使用具有冷起动电流CCA为450A的110Ah蓄电池满足发动机冷起动试验。如果我们只是注意到蓄电池的容量110Ah而忽视冷启动电流能力的话，按照同样的规范进行发动机冷起动试验，我们的试验就很有可能失败，其结果就是有可能要求起动机厂家更换更高一级功率级别的起动机产品，或增大蓄电池的容量来解决冷起动问题。这是因为中国蓄电池的制造水平与国际水平的差异造成的，中国110Ah蓄电池的冷启动电流才为370A～400A，国外具有450A冷启动电流的110Ah蓄电池相当于我们的150～160Ah蓄电池。引入冷起动电流值CCA来规范发动机冷起动试验和蓄电池的选型，对中国汽车工业全面向国际标准靠拢。若在一些品牌的蓄电池没有类型编号，可以用以下方法估算蓄电池的CCA值.车辆排气量约略CCA值1,200~1,6003501,600~2,0005002,000~3,0006503,000以上750蓄电池的性能参数（1）额定容量（2）储备容量（3）起动容量额定容量规定在25℃环境下，以10小时率电流放电至终止电压所能达到的容量，用符号C10表示。I10＝C10/103小时率容量(Ah)用C3表示，1小时率容量(Ah)用C1表示。C3＝0.75C10I3＝2.5I10C1＝0.55C10I1＝5.5I10放电率（Hr）123458101220容量（Ah）5506567507908509441000104511002影响蓄电池容量的因素1、蓄电池本身的结构特征因素1）极板上活性物质的数量2）极板的厚度3）活性物质的孔率4）活性物质的真实表面积5）极板中心距2、蓄电池的失水•对一般密封铅蓄电池而言，由于采用“贫液式”设计，电池的正极和负极活性物质的量及电解液的量处于最佳匹配状态，所以电池容量对电解液量极为敏感，存在如下关系：电池失水10％，容量降低20％；失水25％，电池寿命结束。2、蓄电池的失水•电池失水途径有：电池槽、盖渗漏；环境温度过高；节流阀频繁开启或阀门开启后关闭不了，导致氢气和氧气逸出，同时带走酸雾；热失控现象。•其中，热失控现象是指电池在充电后期（或浮充状态），由于没有及时调整充电电压，使电池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用，此时电池温度急剧上升，从而导致电池槽盖膨胀变形，失水速度加大，甚至电池损坏。3、蓄电池的使用条件•蓄电池使用的环境温度、充放电流、放电深度、电池容量的合理配置、定期维护是保证电池正常寿命的关键。•环境温度过高，蓄电池中的化学反应加剧，在充电过程中蓄电池的减压阀会频繁开启，从而加速了失水速度，降低了蓄电池寿命。•放电深度以及放电电流和终止电压与蓄电池寿命之间的关系也是非常密切的，具体情况详见表1、表2。放电深度（％）设计充放电循环次数51000020200050800100350表1放电深度与循环次数之间的关系放电率单节电池终止电压电池组终止电压20H1.85V11.1V10H1.80V10.8V3H1.75V10.5V1H1.70V10.2V0.5H1.60V9.6V表2放电率与终止电压之间的关系3、蓄电池的使用条件•蓄电池使用的环境温度与寿命之间的关系•蓄电池工作温度会影响到蓄电池的容量、内阻、充电效率、充电电流等。温度升高，蓄电池的容量会增加，内阻减小，充电效率增加。•从表2可以看出，放电电流越大，时间越短，实际放出的容量越小；放电电流越小，时间越长，实际放出的容量就越大（即放电深度越深）。•放电过大和过小，都应尽力避免。过大时电池会因在极短时间内降至极低而导致失效，过小则会造成深度放电而低效报废。蓄电池工作特性•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、放电特性•2、充电特性–蓄电池的维护（1）保持蓄电池外表面的清洁干燥，及时清除极桩和电缆卡子上的氧化物，并确定蓄电池极桩上的电缆连接牢固。（2）保持加液孔盖上通气孔的畅通，定期疏通。（3）定期检查并调整电解液液面高度，液面不足时，应补加蒸馏水。（4）汽车每行驶1000km或夏季行驶5～6天，冬季行驶10～15天，应用密度计或高率放电计检查一次蓄电池的放电程度，当冬季放电超过25％，夏季放电超过50％时，应及时将蓄电池从车上拆下进行补充充电。（5）根据季节和地区的变化及时调整电解液的密度。冬季可加入适量的密度为1.40g/cm3的电解液，以调高电解液的密度（一般比夏季高0.02～0.04g/cm3为宜）（6）冬季向蓄电池内补加蒸馏水时，必须在蓄电池充电前进行，以免水和电解液混合不均而引起结冰。（7）冬季蓄电池应经常保持在充足电的状态，以防电解液密度降低而结冰，引起外壳破裂、极板弯曲和活性物质脱落等故障。免维护蓄电池•免维护蓄电池也叫MF（Maintenance-free）蓄电池，是现代汽车上广泛使用的一种蓄电池。图2-1-13内装密度计示意图1－绿色（充电程度为65％或更高）2－黑色（充电程度低于65％）3－浅黄色（蓄电池有故障）4－蓄电池盖5－观察窗6－光学的荷电状况指示器7－绿色小球阀控式密封铅酸蓄电池ValveRegulatedLead-AcidBatteryPartI：概述PartII：VRLA电池工作原理PartIII：VRLA电池结构、组件与制造PartIV：蓄电池使用两类蓄电池比较开口排气式阀控式VRLA◆较早的技术◆氧气复合技术◆需要单独的电池房◆可直接在办公环境中使用◆定期维护◆低维护－－“免维护”◆需要额外的安全防护◆滤酸防爆，较安全◆贮存／使用保持直立状态◆贮存／使用可为任意方向◆接线数量可能较大◆可在负载内部或邻近使用○阀控式铅酸蓄电池已于许多使用领域取代了开口排气式VRLA电池分类比较AGM电池●高比能（按体积或重量）●可快速充电●可适应低温运行环境中等深度放电高温影响GEL电池●适合深循环放电●可适应高温运行环境●适于小电流放电模式早期无氧复合反应氧气通道的随机性◆AGM--AbsorbentGlassMat铅酸蓄电池的发展（1）●1859年：G.Plante发明铅酸蓄电池。●1881年：C.Faure发明涂膏式极板。●1957年：西德Sonnenschein公司首次将凝胶电解质技术用于铅酸蓄电池，制成接触变性凝胶工业电池并投入市场。●1971年：美国Gates公司首次将超细玻璃纤维用于密封铅酸电池中，第一次把氧气复合原理在商品电池中实施，实现了铅酸蓄电池技术上的重大突破。●70年代末期：美国GNB公司，英国Chloride公司，日本YUASA株式会社等先后申请了吸收式密封铅酸蓄电池技术专利。●80年代：欧洲电信部门数据通信网络启用分散式供电方案，要求基础电源设备与通信设备同装一室，刺激了密封铅酸蓄电池的发展。铅酸蓄电池的发展（2）铅酸蓄电池的发展（3）●我国VRLA电池的研制和生产始于80年代末，到1996年已有大小厂家400多家，具有较大规模的有40多家。现状：1、实力相差悬殊但没有绝对的强者2、质量鱼龙混杂3、国产品牌占绝对优势VRLA蓄电池应用通信电源电力操作电源太阳能贮能系统铁路机车起动应急备用电源UPS不间断电源警报系统安全装置电子检测设备◆三个基本应用1、工业用2、汽车起动用3、牵引用（电