第二章 汽车供电系统

2.1 蓄电池的构造及工作原理
2.1.1蓄电池的构造 蓄电池是一种可逆的低压直流电源，
既能将化学能转换为电能，也能将电 能转换为化学能。
汽车起动用铅酸蓄电池(简称蓄电池) 按性能可分为干式荷电蓄电池和免维 护蓄电池两类。
蓄电池的基本构造图
1 、 极板与极板组
极板：是蓄电池的基本部件，由它接受充入的 电能和向外释放电能。极板分正极板和负极板 两种。正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕 红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈 青灰色。
下页图是以20h放电率（If=0.05C20, C20 指蓄电池额定容量）恒流放电的特性曲线。
蓄电池的恒流放电特性曲线
从放电特性曲线可知， 蓄电池放电终了可由两个参数判断：
（1）电解液密度下降至最小的许可值（约为 1.11）；
（2）单格电池电压下降至放电终止电压（以 20h放电率放电，单格终止电压1.75V）。 终止电压与放电电流的大小密切相关，放
从理论上说，蓄电池这种放电过将极板上 所有物质全部转变为硫酸铅，但实际转化 的只有20-30%。
蓄电池放电过程
3、 蓄电池的充电过程
将电能转换成蓄电池化学能的过程称为充电过 程，它是放电反应的逆过程。
充电时蓄电池的正负两极接通直流电源。 当电源电压高于蓄电池的电动势E时，电流由
蓄电池的正极流入，从蓄电池的负极流出，也 就是电子由正极板经外电路流往负极板。 这时正负极板发生的化学反应正好与放电过程 相反，其化学反应过程如下图所示。
电解液相对密度。
2、蓄电池的维护
1. 检查蓄电池外壳表面有无电解液漏出或渗 出，擦去电池盖上的电解液；
2. 检查蓄电池在车上安装是否牢靠，导线接 头与极柱的连接是否紧固；
3. 经常性的清除蓄电池盖上的灰尘、泥土和 酸垢，清除极柱和导线接头上的氧化物；
4. 检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅通； 5. 定期检查并调整电解液的密度及液面高度。
用两只电池。
2、 隔板
为了避免相互接触而短路，正负极板 之间要用绝缘的隔板隔开。
隔板材料应具有多孔性结构，以便电 解液自由渗透，而且化学性能应稳定， 具有良好的耐酸性和抗氧化性。
微孔塑料和微孔橡胶隔板的结构如图a所示。 免维护蓄电池普遍采用了聚氯乙烯袋式隔板，
结构如图b所示。
3、 电解液
率可达100％（即放电量等于充电量）， 且充 电时间短、无污染、原材料丰富，缺点是硫化 钠易燃烧、工作温度高(高达250~300℃)、使用 寿命短。
钠硫电池原理图
1—熔融钠 2—氧化铝固体电解质 3—熔融硫 4—不锈钢壳体
2、 燃料电池
燃料电池由燃料(氢、煤气、天然气等)、氧化剂(氧气、空气、 氯气)、电极(多孔烧结镍电极、多孔银电极等)和电解质KOH 溶液等组成，利用燃料的氧化反应，将化学能直接转变为电 能，只要不断地加入燃料和氧气，就会不断地产生电能，故 称燃料电池。
因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、 有足够的启动能力。
能满足发动机起动需要的蓄电池被称之为起 动型蓄电池，汽车上使用的就是起动型蓄电 池。
对发电机的要求
(1) 由于发动机工作时的转速变化范围很大，要 求发电机在发动机转速变化范围内都能正常 发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需 求；
(2) 要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、 发电效率高、充电性能良好、维护方便或少 维护、使用寿命长等，以确保汽车使用性能 要求。
OH-留在电解液中，Pb4+ 沉附在正极表面,使 正极板有+2.0V；
在外电路未接通时，反应达到动态平衡时，静 止电动势为：
E=2.0－(－0.1)=2.1V
2、 蓄电池的放电过程
将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为 放电过程。
如果将蓄电池与外电路的负荷接通，电子e 从负极板经过外电路的负荷流往正极板， 使正极板的电位下降，从而破坏了原有的 平衡状态。发生电化学反应。
为了增大蓄电池的容量，将多片正极板和负极 板各自用横板焊接并联起来，组成正极板组和 负极板组。
将正负极板相互嵌合（中间用隔板隔开）的极板组 （如下图）置于存有电解液的容器中，就构成了单 格电池，单格电池的标称电压为2V。
一个12V的蓄电 池就需用6个单 格电池串联而 成，如右图， 12V电系汽车选 用一只电池， 24V电系汽车选
蓄电池的端电压上升至最大值（单格电池电压 为2.7V），且2h内不再变化；
电解液的密度上升至最大值，且2h内基本不变； 电解液大量冒气泡，呈现“沸腾”。
5、蓄电池的容量
蓄电池的容量指蓄电池在规定条件下（包括放电 温度、放电电流、放电终止电压）放出的电量；
恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电 时间之积；
2.3 新型蓄电池
钠硫电池 燃料电池 锌-空气电池 镉-镍电池
1、 钠硫电池
在钠硫电池中，阴极的反应物质是溶融的钠， 阳极反应物质是带有一定导电物质的硫，电解 质为β-氧化铝（NaAl11O7）固体电解质，它 既是绝缘体，又能自由传导钠离子。
钠硫电池的工作原理 这种电池理论上的比能量可达660Wh/kg，效
蓄电池的电动势是正、负极浸入电解液后产生 的。其反应过程见后图所示；
负极板：铅溶于电解液中，失电子生成Pb2+； Pb-2e→Pb2+； 电子留在负极板上，和Pb2+吸引，使负极具
有负电位，为-0.1V。
正极板：PbO2溶于电解液；
PbO2+2H2O→Pb(OH)4 ；
Pb(OH)4→Pb4+ + 4OH- ；
2.1.2 蓄电池的工作原理
双极硫酸盐化理论； 蓄电池中参与化学反应的物质，正极板上
pbO2； 负极板上是pb； 电解液是硫酸水溶液； 蓄电池放电时，正极板上的pbO2和负极板上
的pb都变成pbSO4水溶液； 电解液中的H2SO4减少，相对密度下降。蓄
电池充电时，则按相反的方向变化。
蓄电池充、放电时总的化学反应方程式为:
1、静止电动势
静止电动势Ej是指蓄电池在静止状态下（不充电也不 放电）正负极板之间的电位差（即开路电压）。
在电解液密度为1.050~1.300 g/㎝3的范围内，静止电动 势Ej与电解液密度及温度的关系可由如下的经验公式 表示：
Ej=0.84+γ25℃ γ25℃=γt+0.00075(T-25)
额定容量、储备容量。
额定容量C20
根据国标GB5008.1—91《起动型蓄电池 技术条件》规定：
C20 是指完全充足电的蓄电池，在电解
液温度为25℃时，以20h放电率（If=0.05C）
连续放电到单格电池电压降至1.75V（12V 蓄电池端电压下降至10.50+0.05V，6V蓄电 池下降至5.25+0.02V），蓄电池所输出的 电量。
Ⅲ——额定容量，用阿拉伯数字表示，其单位为A.h。
东风EQ2102型越野汽车用 6-QW-180型蓄电池
由6个单格电池组成； 额定电压为12V； 额定容量为180A.h； 启动型免维护蓄电池。
2.2 蓄电池的工作特性及使用与维护
2.2.1 蓄电池的工作特性 蓄电池的工作特性主要包括：
1.静止电动势； 2.蓄电池内阻； 3.放电特性； 4.充电特性 5.容量。
（1） 电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电 离，产生电化学反应,它由纯净的硫酸与蒸馏水按 一定的比例配制而成。
（2）电解液的密度一般为1.24-1.30g/㎝3。
（3）电解液纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重 要因素。因此，蓄电池用电解液必须符合专业标准 规定，所用硫酸和蒸馏水也必须符合相应的国家标 准和专业标准的规定。由于工业用硫酸和普通水中 含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，所以， 不能用于蓄电池。
第 2 章 汽车供电系统
汽车供电系统的功用是向车载各用电设备提 供电能，由蓄电池与发电机并联组成。
发动机工作时，由发动机带动发电机向汽车 用电设备提供电能，启动时，向启动机和点火系统供电 2. 发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场
绕组供电。（应用中应避免） 3. 发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学
电电流越大，放电的时间就越短，允许放电的 终止电压也越低。
4、蓄电池的充电特性
蓄电池的充电特性是指以恒流Ic充电时，蓄电 池充电电压Uc、电动势E及电解液密度γ 等随 充电时间变化的规律。
下图是以20h充电率（Ic=0.05C20）恒流充电时 的特性曲线。
蓄电池恒流充电特性曲线
蓄电池充足电的特征：
蓄电池充电过程
2.1.3 蓄电池的型号
按照原机械工业部部颁标准JB2599－85的规定， 铅蓄电池产品型号分为三段：
Ι 串联单格电池数
Ⅱ 蓄电池类型
蓄电池特征
Ⅲ 蓄电池额定容量
Ι——串联单格电池数，指一个整体壳体内所包含的单格电池数， 用阿拉伯数字表示。
Ⅱ——蓄电池类型，跟据蓄电池的主要用途划分，用汉语拼音字 母表示，起动型蓄电池用字母Q表示。
式中，
γ25℃-温度为25℃时的电解液密度，单位为g/㎝3； γt -实际测得的电解液密度，单位为g/㎝3； T -实际测得的电解液温度，单位为℃。
2、蓄电池内阻
包括极板，隔板，电解液，铅质联条等 的内阻。
影响因素。
3、蓄电池的放电特性
蓄电池的放电特性是指以恒流If放电时， 蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度r 随放电时间的变化规律。
蓄电池的装配过程
5、 蓄电池技术状态指示器
a）指示器结构 b）存电充足 c）充电不足 d）电解液不足 1—透明塑料管 2—指示器底座
（1）蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由 透明塑料 管、底座和颜色不同的两只小球（一只为蓝色、 另一只为红色）组成，如图a所示。 （2）当蓄电池电量充足、电解液密度大于1.22时，从指 示器顶部进行观察，当中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆 环，表示蓄电池技术状态良好，如图b所示。 （3）当蓄电池电量不足、电解液相对密度过低时，蓝 色小球下移到极限位置，其观察结果如图c所示，中心呈 红色圆点、周围呈无色透明圆环，表示蓄电池亏电严 重，必须立即充电。 （4）当电解液液面过低时，两只小球都将下移到极限 位置，其观察结果如图d所示，中心呈无色透明圆点、 周围呈红色圆环，表示电解液不足，说明蓄电池不能继 续使用，必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷 电蓄电池上，则表示必须添加蒸馏水。