汽车电气设备与维修第2章

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4) 电解液 电解液是由密度为1.84 g/cm3的纯硫酸和蒸馏水按一定 比例配制而成的混合液，电解液的纯度是影响蓄电池的性 能和使用寿命的重要因素。工业用硫酸和一般的水中因含 有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入蓄电池，否则容易自 放电和损坏极板。在20℃标准温度下，电解液的密度一般 为1.24 g/cm3～1.31 g/cm3。电解液的密度高低对蓄电池的 性能和寿命有很大的影响。使用中需要根据地区、气候条 件和制造厂商的要求而定。
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蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定，原 则上离起动机越近越好。大多数轿车的蓄电池装在发动机 舱内，也有装在行李箱内，或者装在后排乘客座椅下方的。
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二、蓄电池的构造与型号 1．蓄电池的构造
铅酸蓄电池主要由极板、隔板、壳体、电解液、铅连 接条、极柱等部分组成，如图2.2所示。
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图2.2 铅酸蓄电池的结构
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图2.5 单格电池间的连接方式
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2．蓄电池的型号
按照原机械工业部JB/T 2599－1993《铅酸蓄电池 产品 型号编制方法》规定，我国蓄电池产品型号的编制和Leabharlann Baidu义 如下。
(1) 1表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示，蓄 电池的标准电压是该数字的2倍。
(2) 2表示电池类型，蓄电池的类型根据其主要用途来 划分，用汉语拼音字母表示。第一个字母为“Q”时，表 示启动型铅酸蓄电池，摩托车用蓄电池代号为“M”。
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极板装入壳体后，上部用与壳体相同材料制成的电池 盖密封。在电池盖上对应于每个单格的顶部都有一个加液 孔，用于添加电解液和蒸馏水，也可用于检查电解液液面 高度和测量电解液相对密度。加液孔平时旋入加液孔螺塞 以防电解液溅出，螺塞上有通气孔，可使蓄电池化学反应 放出的气体(H2和O2等)随时逸出，防止外壳涨裂而发生事 故。
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型号和规格举例如下： (1) 6－QA－100：表示该电池由6个单格串联组成， 即额定电压为12 V，额定容量为100 A·h的干荷电式启动型 蓄电池。 (2) 6－QAW－100：表示由6个单格串联，额定电压 为12 V，额定容量为100 A·h的起动型干荷电免维护蓄电池。 (3) 6－QA－105G：由6个单格串联，额定电压为12 V， 额定容量为105 A·h的启动用干荷电高启动率蓄电池。 蓄电池的型号一般都标注在外壳上。选用汽车蓄电池 时，首先要选起动类型，然后再选电压和容量。
蓄电池特征 防酸式 密闭式
半密闭式 液密式
代号 F M B Y
蓄电池特征 气密式 激活式 带液式
胶质电解液
代号 Q I D J
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(4) 4表示额定容量，指20 h放电率额定容量，用阿拉 伯数字表示，单位为A·h，单位略去不写。
(5) 5表示蓄电池特殊性能，用汉语拼音字母表示。例 如，高启动率用“G”表示；工程塑料外壳用“S”表示； 低温启动性好用“D”表示。省略时表示为普通型蓄电池。
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例如，3－Q－90型蓄电池，在电解液平均温度为25℃ 的情况下，以270 A放电电流连续放电5 min后，端电压降 至4.5 V，它的常温启动容量为 270 × 5 ÷ 60 = 22.5(A·h)。
(2) 低温启动容量。低温启动容量为电解液初始温度在 -18℃时，以5 min放电率的电流(3倍额定容量的电流)放电， 放电至单格电池电压降至1 V时所输出的电量。其放电持续 时间应该在2.5 min以上。
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任务1 蓄电池的检测
【任务描述与解析】
汽车蓄电池性能不良将导致很多故障，影响汽车的正 常行驶。汽车维修中经常要对蓄电池进行检测、维护和修 理作业。现要求对蓄电池进行检测、维护作业，并分析蓄 电池的故障原因，记录检测数据。
要完成本任务，首先要认识蓄电池的作用与结构，理 解蓄电池的工作过程，接着要掌握蓄电池检测、维护及修 理方法。
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由于单片极板上的活性物质数量少，所以存储的电量 少。为了增加蓄电池的容量，通常将多片正、负极板分别 并联，用横板焊接，组成正负极板组，如图2.4所示。安装 时，正、负极板组相互嵌合，中间插入隔板，形成单格电 池。由于正极板的力学性能差，所以在每个单体电池中， 负极板总比正极板多一片，这样正极板就都处于负极板之 间，使其两侧放电均匀，减轻了正极板的翘曲和活性物质 的脱落。
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2) 启动容量 启动容量表示蓄电池在发动机启动时的供电能力。启 动容量有低温启动容量和常温启动容量两种规定。 (1) 常温启动容量。常温启动容量是指电解液温度在 25℃时，以5 min放电率(3倍额定容量的电流)持续放电至单 格电压下降至1.5 V时所输出的电量。其放电持续时间应在 5 min以上。
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2．蓄电池的容量
完全充足电的蓄电池，在规定的放电条件下所能放出 的电量，称为蓄电池的容量，用字母“C”表示，单位为 A·h(安时)。蓄电池容量等于放电电流与持续放电时间的乘 积，可用下式表示：
C = I·t
式中，C为蓄电池容量；I为放电电流；t为放电持续时 间。
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蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电 池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标。为了准确地 表示出蓄电池的容量，要规定蓄电池的放电条件。因此， 蓄电池出厂时规定的额定容量是在一定的放电电流、一定 的终止电压和一定的电解液温度下测得的。
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图2.1 汽车电源系统电路示意图
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蓄电池是一种可逆的低压直流电源，它既能将化学能 转化为电能，也能将电能转换为化学能。蓄电池有多种类 型，电动汽车使用的蓄电池主要有铅酸蓄电池、镍氢电池、 镍镉电池、锂离子电池、锌镍电池、空气电池等。在传统 汽车上使用最广泛的是启动型铅酸蓄电池，其电解液是稀 硫酸溶液。考虑到铅酸蓄电池目前使用仍然较为普遍，故 本项目仍对这种蓄电池(以下简称蓄电池)作重点介绍。启 动型铅酸蓄电池虽然比能较低，但其内阻小、电压稳定， 在短时间内能提供较大电流，结构简单、原料丰富。根据 加工工艺不同，汽车用铅酸蓄电池还可以分成普通型、干 荷电型、湿荷电型、免维护型和胶体型。
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【相关知识】 一、蓄电池的作用及类型
为了能安全、舒适地驾驶，汽车上装有很多的电气设 备。蓄电池作为汽车电源之一，有非常重要的作用。汽车 电源系统除蓄电池外，还有发电机。停车时，汽车上的用 电设备由蓄电池供电；车辆启动后，发电机正常工作，为 用电设备供电，同时给蓄电池充电。
汽车用蓄电池首先必须满足发动机启动的要求，即在5 s～10 s内，向启动机连续供给强大电流(汽油机为200 A～ 600 A，柴油机为800 A～1000 A)；
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图2.3 极板的构造
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图2.4 极板组
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2) 隔板 为了减小蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正、负极 板应尽可能地靠近。为了避免彼此接触而短路，正、负极 板之间要用隔板隔开。 隔板材料应具有多孔性和渗透性，且化学性能要稳定， 即具有良好的耐酸性和抗氧化性。常用的是微孔塑料(聚氯 乙烯、酚醛树脂)和微孔橡胶隔板。若隔板一面平整，一面 带有沟槽，则带槽面朝正极板，且与底部垂直，这是因为 正极板在充、放电过程中化学反应剧烈，沟槽能使电解液 较顺利地上下流通。同时，使正极板上脱落的活性物质顺 利地掉入壳底槽中。
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(3) 3表示蓄电池的特征，为极板类型，用汉语拼音字 母表示，省略时表示为普通型极板。例如，干荷蓄电池用 “A”表示；半封闭式蓄电池用“B”表示；免(无)维护蓄 电池用“W”表示。蓄电池特征代号的含义见表2.1。
26 表2.1 蓄电池特征代号
蓄电池特征 干荷电 湿荷电 免维护 少维护
代号 A H W S
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项目二 汽车蓄电池的检 测与充电
任务1 蓄电池的检测 任务2 蓄电池的充电及常见故障 拓展知识 项目小结
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【学习目标】
(1) 了解蓄电池的分类与型号。 (2) 能正确进行蓄电池的拆装。 (3) 掌握铅酸蓄电池的结构与工作原理、工作特性及充 电方法。 (4) 掌握蓄电池的正确使用和维护。 (5) 能进行蓄电池的故障诊断与排除。 (6) 了解新型蓄电池的结构特点及汽车用蓄电池的发展 趋势。
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免维护蓄电池通常将隔板做成袋式隔板，将正极板装 入，可起到良好的分隔作用，防止活性物质脱落而产生内 部短路，并且使组装工艺简化。
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3) 壳体 壳体用于盛装电解液和极板组。壳体由电池槽和盖组 成，壳体应耐酸、耐热、耐震动冲击。现在普遍采用的是 塑料外壳，塑料壳体不仅耐酸、耐热、耐震动冲击，而且 具有壳壁薄、质量轻且易于热封合，不会带进有害杂质， 生产效率高等优点。 蓄电池的正、负极板所能产生的电动势大约为2 V， 为了获得更高的电动势，通常要将多个蓄电池单元串联起 来，为此，蓄电池壳体内部由间壁分隔成若干个互不相通 的单格。
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其次，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。因此，对蓄电池的要求是：容 量大，内阻小，有足够的启动能力。
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蓄电池、发电机与汽车用电设备都是并联的，其电路 连接如图2.1所示。蓄电池的功用如下：
(1) 在发动机启动时，蓄电池向启动机和点火系统供电。 (2) 当发动机低速运转、发电机电压较低或不发电时， 蓄电池向用电设备供电，同时还向交流发电机磁场绕组供 电。 (3) 在发动机高速运转、发电机正常供电时，将发电机 剩余电能转换为化学能储存起来。 (4) 当发电机过载时，与发电机一起向用电设备供电； 当电路中电压过高时，能够稳定电气系统电压，以保护电 子设备。
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栅架的作用是容纳活性物质并使极板成形，一般由铅 锑合金浇铸而成。铅锑合金中含锑6%～8.5%，加入少量的 锑是为了提高栅架的机械强度，并改善浇铸性能。但是铅 锑合金耐电化学腐蚀性比纯铅差，高锑含量栅架容易产生 自放电和栅架的膨胀、溃烂，缩短蓄电池的寿命。在免维 护蓄电池中通常采用铅-低锑合金栅架(含锑2%～3%)和铅钙-锡合金栅架(无锑栅架)。在栅架合金中加入0.1%～0.2% 的砷，可以减缓腐蚀速度，提高硬度与机械强度，增强其 抗变形能力，延长蓄电池的使用寿命。
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5) 铅连接条 连接条的作用是将单格蓄电池串联起来，提高整个蓄 电池的端电压。单格电池的串联方法一般有传统外露式、 穿壁式和跨越式三种方式。早期的蓄电池大多采用传统外 露式铅连接条连接方式，如图2.5(a)所示。新型蓄电池则采 用穿壁式(如图2.5(b)所示)或跨越式连接方式(如图2.5(c)所 示)。穿壁式和跨越式连接相比于传统外露式铅连接条连接 方式，具有连接距离短、节省材料、电阻小、启动性好等 优点。连接条一般由铅锑合金铸造而成，硬橡胶外壳蓄电 池的连接条位于电池上方，塑料外壳蓄电池则采用穿壁式 联条。
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1) 额定容量 国家标准GB 5008.1－1991《起动用铅酸蓄电池技术要 求和试验方法》规定以20 h放电率额定容量作为启动型蓄 电池的额定容量。额定容量是指完全充电的蓄电池，在电 解液温度为25℃，密度为1.28 g/cm3时，以20 h放电率的放 电电流连续放电至单格电池平均电压降到1.75 V时输出的 电量，用C20表示，单位为A·h。 例如，3－Q－90型蓄电池，在电解液平均温度为25℃ 的情况下，以4.5 A放电电流连续放电20 h后，单格电压降 为1.75 V，它的额定容量C20 = 4.5 × 20 = 90(A·h)。
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三、蓄电池的技术参数 1．额定电压
蓄电池在无充放电且内部电解质的运动处于平衡状态 时的电动势，称为静止电动势。静止电动势的大小与电解 液的密度和温度有关，一定程度上能够反映蓄电池的荷电 状况。蓄电池工作时，电解液密度总是在1.12 g/cm3～1.31 g/cm3之间变化。选择蓄电池时，一定要选择额定电压和车 上电气系统电压等级一致的蓄电池。汽车用蓄电池的额定 电压主要有12 V和24 V两种。
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1) 极板 蓄电池的极板由栅架和活性物质组成，活性物质填充 在栅架上，如图2.3所示。其作用是依靠极板的活性物质和 电解液中的H2SO4的化学反应来实现电能和化学能的相互 转化。极板是蓄电池的核心部分，分为正极板和负极板两 种，正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，呈深棕色； 负极板上的活性物质是海绵状纯铅(Pb)，呈青灰色。技术 性能较高的蓄电池极板都比较薄且多孔性好，这样不但能 减小蓄电池的体积，并且可以使电解液比较容易渗入极板 内部，增加蓄电池的容量。