汽车供电

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第二章

汽车供电系统

组成:由蓄电池和交流发电机并联 作用——是向汽车的所有电器供电。 交流发电机——主电源, 向用电设备供电,并 可对蓄电池充电。 蓄电池——辅助电源,主要是起动起动机,负 荷大时可与发电机一同向负荷供电。
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第一节

蓄电池的构造及工作原理

蓄电池是一种可逆的低压直流电源。与发电机并 联使用。 功用: 1.主要作用 起动发动机时向起动机和点火系统提供电能。
(材料微孔橡胶、塑料、玻璃纤维、片式、袋时等)
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电解液电阻——主要与电解液的温度、密度有关。
温度密度过低时电解液的粘度增加,渗透能力下降,电 阻增大,电解液的密度过低时,电离能力下降,电阻也 要增加。密度为1.208 g/cm3时电阻最小。
密度与电阻的关系曲线是:
R
1.208g/cm3
ρ

连条电阻——穿壁式,几何尺寸短电阻小, 外 联式电阻大几乎不用。蓄电池
SO

结论: 1.正极板为PbO2,负极板为Pb ,电解液为 H2SO4 2.内阻减小,供电能力增强。
2 4
2H

H 2 SO 4
19
4.蓄电池的型号 按以前机械工业部的标准国产蓄电池的型号含义 如下:(由3部分组成)
Ⅰ 串联单格电池数

Ⅱ 电池的类型和特征
Ⅲ 额定容量
Ⅰ单格电池数——即为蓄电池的单格数目,用阿 拉伯数字表示如:3,6等 Ⅱ类型和特征——主要按用途划分,用拼音表示, 如:Q表示起动用。 特征符号为附加部分(有时没有) 常用特征符号: A——干荷电蓄电池; W——免维护 M——密闭式; F——防酸式; 20
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在电场力的作用下,电子从正极板向负极板运动, (与放电方向相反)。 正极板处:在电源作用下失去2个电子,
Pb
2
变为
Pb
2
2e Pb
4
它又与水中电离出的氢氧根离子OH- 结合生成氢氧化铅 Pb(OH)4, 氢氧化铅Pb(OH)4 分解成二氧化铅和水。
化学过程是:
P

4
4 OH

Ⅲ额定容量——单位是A· (称安时),用阿拉伯数 h
字表示
有些蓄电池额定容量后,加一个字母表示其特性 常有:G-薄型极板、高功率, D-低温起动性能 好, S-塑料外壳等。 例如: 1. 6-QW-180 表示: 6个单格(12V),容量为 180A· h,起动型免维护蓄电池。 2. 6-QA-105D 表示:6个单格(12V),容量为 105 A· h, 起动型干荷电蓄电池, 低温起动性能好。

由放电曲线确认放电终了:密度为1.11 g/cm3, 单个电压为1.75V。
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4.充电特性 在恒流IC充电时蓄电池的端电压UC、电动势E及电 解液密度ρ,随时间变化的规律。 数学式: U 、 F ( t)
C 25 C
0
I C 常数
28
1.75V 1.27
将蓄电池按20h充电率恒流充电。 充电电流:If =C20/20=0.05C20 每隔一段时间测量一次,记录画图 电流恒定,产生的硫酸量相等, 电解液 的密度增加 速度一定,密度变化为线性 变化。 整个曲线特点是电压初始变化快,然后 平稳,最后变化加快。
8
4.外壳 功用:用于盛装电解液和极板组。 材料:(要求具有耐热、耐酸、耐振、绝缘良好等性能)
以前多用硬橡胶。
目前广泛采用透明的工程塑料。
(其特点是耐热、耐酸、具有一定的机械强度,且生产率高,工艺 简单、外形美观、透明、成本低等)
结构:内部由3个或6个互不相同的单格组成。蓄电池
每个底部都有筋条,用来固定极板组。筋条与底部的空余, 可存放脱落的活性物质,防止短路,袋式隔板可没有筋条,为提 高电压,单格之间进行串联连接,老式蓄电池在外部连接,现代 的都为内部连接,可减小内阻,省材料,(穿壁式连接)每个单 格都有独立的加液空,用来家注电解液或检测电解液的密度。空 塞上有排气小孔,用来排除化学反应时产生的气体,防止胀裂。
Pb Pb
4
2 e Pb SO
4

形成 2 价铅离子
4
PbSO
沉浮在正极板上

在负极板处,失去2个电子的2价铅离子, Pb2+ 与溶液中的硫酸根 SO 4 结合生成PbSO4
14

化学过程是:

Pb

SO
2 4
PbSO
4
硫酸铅也沉浮在负极板
表面

余下的氢离子H+与氢氧根离子H-结合生成水, (放电过程长,硫酸减少,水增多) (理论上,放电一直进行,活性物质铅将全 部转化为硫酸铅,但实际上电解液不能全部渗透 到极板内部,只在极板表层电离,所以活性物质 铅的利用率不高,只有20%到30%。(所以为了 提高转换率电极板尽量要造得薄些,孔要多些)。

书中的装配构成自看。
9
5.蓄电池技术状态指示器


当装有全封闭免维护蓄电池时,(它没有加液空),为 了显示蓄电池的状态它装有蓄电池状态指示器。(一般 蓄电池的外壳上贴有 其状态说明书)。 指示器的内部有两个密度不同的红色和蓝色两个小球, 蓝色球密度大些,红色球密度小些,蓝在上、红在下, 指示器显示由光学玻璃折射形成。
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结论: (1).电解液密度下降(硫酸减少,水分增加)(所 以可用检测电解液密度的方法判断放电程度) ( 2).内阻增大,(PbSO4 的导电能力不好,比 Pb和PbO2相差很多,所以内阻增加,供电能力 下降。) 密度计

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3.蓄电池的充电过程(恢复电动势的过程,要加直流电源) 充电过程——将电能转化为化学能的过程。
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3.放电特性 在恒流If放电过程中,端电压Uf、电动势E和电解 液密度ρ随放电时间的变化规律。 数学式: Uf 、 f ( t )
25 C
0
I f 常数
26
V
将完好的蓄电池按20h放电率放电。 放电电流:If =C20/20=0.05C20 每隔一段时间测量一次,记录画图 电流恒定,消耗电解液的速度一定,密 度变化为线性变化。 整个曲线特点是电压初始下降快,然后 平稳,最后变化加快。 t
一般:ρ250C =1.12~1.30之间, 所以 Ej=1.96~2.14之间
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2.内阻 由电工学知识可知内阻的大小反映带负载的能力 (内阻小电流大带负载能力强)构造图 构成:极板、隔板、电解液、连条电阻组成。 极板电阻——在完全充电情况下,其值很小 (0.01~0.02Ω),但随放电程度的增加,即 板表面的PbSO4增多,导电能力下降,极板电阻 增加。 隔板电阻——主要取决于隔板的材料、几何尺寸 等
(相当于一个大电容)
一、构造 我们只讨论汽车用起动型蓄电池。

外形和构造图如P11所示,
3
返5
返9
返24 返 25
4

蓄电池一般由3个或6个单格电池串联形成,单格电压 为2V 左右,这样可提供6V 或12V 电压,供汽车使用。
组成:极板、隔板、电解液、 外壳等 。图 1.极板

蓄电池的核心部分,蓄电池的充放电过程是靠极板上的活性物质与 电解液硫酸的化学反应来实现的。



作用:防止正负极板短路,用隔板将正负极隔开。 材料:微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维等(微孔 (多微孔)—— 有利于电解液渗透。) 结构:一侧有槽,一侧没有槽。(安装时有槽侧面向
正极板,因正极板的化学反映强烈, 有槽有利于电解液流动。 脱落的活性物质容易沉淀)

日本车的蓄电池最早采用袋式隔板,将袋式隔板套

极板分为正极板和负极板,正极板上的活性物质是二氧
化铅(PbO2),负极板上的活性物质是纯铅(Pb)。将活性物质 填充到极板的栅架上,极板内部有栅架(铅锑合金)。 极板放入电解液,充电完成后,正极板为深棕色,负极


板为青灰色。 为增加蓄电池的容量,电极板用多片并联而成, 形成电池组(极板组)
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P11 图2给出了正、负极板组及实际位置情况图。
实际极板
+极板
单格电池的嵌入形式
-极板 单格电池的嵌入形式 +极板
-极板

返7

(单格电池中的正极板片数总比负极板少一片,因正极 板上的活性物质较松,充放电时易造成拱曲变形和物质 脱落,上面结构使两侧均匀放电,减小应力,减小变 形。)(东风EQ—1090,负极板8片,正极板7片)。
6
2.隔板
来自百度文库
(为减小蓄电池的尺寸,正负极板间的间隔希望小一些,但过近 又易造成短路。)图

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第二节 蓄电池的工作特性及使用与维护
一、工作特性
与蓄电池工作密切相关的静止电动势、内阻、充放电特性和容量等。
1.静止电动势 静止电动势Ej:静止时(不充电也不放电)正负 极板之间的电位差。 静止电动势的大小主要取决于极板上活性物质溶 解于电解液、电离的状况,在极板上的沉浮 Pb4+和e 的数量多,则电压高,这主要受电解 液的密度和温度影响最大。

它可显示三个状态: 1.存电充足; 2. 充电不足,应进行充电; 3. 电解液不足,要加蒸馏水。
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(不同厂家的蓄电池技术状态指示器,有时有区别,注意看说明 书,以说明书为准)
二、蓄电池的工作原理
蓄电池一般分为酸性和碱性蓄电池. 双极硫酸盐化理论(也称双硫化理论)——1882年外国人能斯特

(蓄电池的带电(电压建立)、放电过程、充电过程,都是通过极板上的活 性物质与电解液的化学反应实现的。该化学反应有不同的解释,但目前一般 认为提出的接近实际。)
在正极板上(化学反应强烈),可将活性物质保留在袋内,可避
免短路,还可增加容量(可去掉蓄电池内部的筋条)(肋 条)。

免维护蓄电池一般都采用袋式隔板。
7
3.电解液 组成:由纯硫酸(专用硫酸)与蒸馏水按一定比 例配制而成。 (其相对密度为1.24g/cm3~1.30 g/cm3) 作用:实现电能与化学能的相互转换,参与蓄电 池的化学反应,并起到离子间的导电作用。 电解液的纯度直接影响蓄电池的使用寿命,要按 国标GB4554-84选择 (一般的工业硫酸含铜、铁等较高,普通水含杂 质较多,易造成自放电和极板损坏,不能用于蓄 电池)
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静止电动势Ej、电解液密度及温度关系,由下式 表示(经验公式)
Ej 0.84 25 0 C 有些书为 0.85
25
0
C
t 0 . 00075 ( t 25 )
式中:
ρ250C——温度为250C时的电解液密度(g/cm3) ρt——实际测得的电解液密度(g/cm3) t——实际测得的电解液温度(0C)(一般温度高密度变低)

简单进行化学方面解释,大家了解过程,记现象、记结论。

根据结构,充放电的化学方程式为:
PbO 2 2 H 2 SO 4 Pb 硫酸)(纯铅) 放 充 PbSO 4 2 H 2 O PbSO
4
(二氧化铅)(

(硫酸铅)(水)(硫
酸铅)
11
正极 电解液 负极
正极 电解液 负极
接通点火开关,蓄电池要在3S~5S之间,向起动机提供大 电流。 (汽油机200~600A, 柴油机800A以上)
2
2.辅助作用 (1)在发动机不工作或电压低时(发动机停转或 怠速时)向用电设备供电。 (2)用电设备过多,超过发电机容量时补充供电 (3)蓄电池电能不足时可将发电机电能储存起来。 (4)具有稳定电源系统电压的作用。
电解液
蓄电池两极之间静止电动势约为
Ej 2 .0 ( 0 .1) V 2 .1V
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2.蓄电池的放电过程 放电过程——化学能转化为电能的过程。硫酸铅图
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加负载后,负极极板上的电子在电场(2V电压) 作用下移向正极板,是负极板电位升高,正极板 电位降低,静止的平衡状态被破坏,长时间, E=0。 化学反应:在正极板处,四价铅离子Pb4+和电子 结合,变成二价铅离子Pb2+,Pb2+又与硫酸根离 子 SO 4 结合生成PbSO4(附在极板上), 化学过程是:
1.蓄电池电动势的建立
正极板(PbO2) 少量的PbO2融入电解液后,分解 成四价Pb4+和氢氧根离子OH-正 极相对于电解液产生2V的电压 Pb4+

正极板为PbO2,负极板为Pb,加入电解液后化学反应
负极板(Pb) 2e 电解液中有带正电的铅离 子,负极板上留下带负电的 电子,它们产生0.1V的电压 Pb2+

Pb ( OH ) 4
Pb (OH ) 4 PbO 2 2 H 2 O
负极板处:PbSO4溶解电离
PbSO
4
Pb
2
SO 4
2
18

Pb2+离子得到从电源作用的2个电子变成金属铅。 P+++2e → Pb 分离出的硫酸根 SO 4 与电解液 中的H+ (水分离出的)结合生成硫酸
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