汽车电源系统

蓄电池的工作原理与特性 蓄电池充电终了的标志是：
• （1）端电压和电解液的相对密度上升到最大值， 且2～3h不再变化。 • （2）电解液呈现“沸腾”现象。
蓄电池的容量及其影响因素
• 1. 蓄电池的容量 • 概念 表示蓄电池的供电能力。当蓄电池以恒流 放电时，其容量C等于放电电流I和放电时间t的乘 积，既C=It （Ah） • 分类 额定容量和起动容量 （1）额定容量 将充足电的新蓄电池在电解液温度 为25℃时，以20h放电率的放电电流连续放电，至 12V蓄电池端电压下降到10.5±0.05V时所输出的电 量。
蓄电池的构造与型号
普通型蓄电池的结构
蓄电池主要 由正极板、负极 板、隔板、电解 液和外壳四部分 组成，如图所示。
蓄电池的构造与型号
(1)极板
1)极板的结构如图所示 由栅架和活性物质组成。
蓄电池的构造与型号
2）栅架
由铅锑合金浇铸而成。 普通栅架含锑量5%~7%； 干荷电蓄电池栅架含锑量 1.5%~2.3%。 目前，多采用铅—低锑合金 栅架或铅—钙—锡合金栅架。 为降低蓄电池内阻，改善启 动性能，现代汽车蓄电池采用 了放射型栅架。
蓄电池的作用，要求与分类
• （二）湿荷电蓄电池
湿荷电是指极板为荷电状态，带有少量的电解液， 而大部分电解液被吸入极板和隔板中贮存的一种 蓄电池。它与普通蓄电池的不同之处在于，采用 极板群组化成后浸入相对密度为1.350g/cm3，内含 0.5%（质量比）硫酸钠的稀硫酸溶液中浸渍10min， 离心沥酸后不经干燥即密封而成湿荷电蓄电池。
蓄电池的工作原理与特性
（1）极板内阻 很小，随 活性物质的变化而变化， 充电时变小，放电时变 大。 （2）隔板内阻 与材料 有关。 （3）电解液内阻 温度 升高，内阻下降；内阻 与密度关系密度如图所 示。 （4）联条内阻 很小， 为定值。
蓄电池的工作原理与特性
2.蓄电池的放电特性
是指充足电的蓄电 池在恒流放电过程中， 蓄电池的端电压Uf 和 电解液密度ρ25℃ 随放 电时间的变化规律。 恒流放电特性曲线 如图所示。
蓄电池的作用，要求与分类
蓄电池的分类
• （一）干荷电蓄电池 • 干荷电蓄电池是指极板处于干燥 的已充电状态和无电解液贮存的蓄 电池。 • 它的外观、内部零件结构及使用 效果与普通蓄电池的基本相同，如 图2-16所示。二者的根本区别在于 前者的极板在干燥状态下能较长期 地保存制造过程中所得到的电荷。 • 干荷电蓄电池和普通蓄电池相比， 自放电小，贮存期长，因而被大批 量生产和使用。
蓄电池的作用，要求与分类
铅蓄电池的作用
蓄电池是一种可逆的低压直流电源，在汽车上与发电机并联 供电。其作用是： （1）发动机起动时，向起动机、点火系及仪表等用电设备供 电。 （2）在发电机不发电或电压较低的情况下，向用电设备供电 。 （3）当发电机过载时(用电设备同时接入较多)，协助发电机 供电。 （4）在发动机正常运行时，发电机的端电压高于蓄电池的电 动势时，它可将发电机的电能转变为化学能量储存起来，即充 电。 （5）能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子器件。
蓄电池的容量及其影响因素
蓄电池的作用，要求与分类
• （三）免维护蓄电池 • 免维护蓄电池又称MF （Maintenance-Free）蓄电 池，是指在汽车合理使用期 间，不需要对蓄电池进行加 注蒸馏水、检测电解液液面 高度、检测电解液密度等维 护作业，如图2-17所示。 • 免维护蓄电池内部安装有 电解液密度计，可自动显示 蓄电池的存电状态和电解液 液面的高低。
蓄电池的构造与型号
（3）. 电解液
• 由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，一般密度为 1.24~1.30g/cm3 ，使用中应根据地区、气候条件和制造厂 的要求而定。 • 注意：不允许用工业硫酸和自来水、井水、河水等配制。 因其杂质多，易引起自放电，从而影响蓄电池寿命。
表 2-1 电解液密度选用的地区差异性 气候条件 冬季温度低于－40℃地区 冬季温度高于－40℃地区 冬季温度高于－30℃地区 冬季温度高于－20℃地区 冬季温度高于 0℃地区 全充电 15℃时的密度（g/cm ） 冬季 夏季 1.310 1.290 1.280 1.270 1.240 1.250 1.250 1.250 1.240 1.240
1．静止电动势和内阻 1）静止电动势 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。 Ej=0.85 +ρ25°C（V） 式中：ρ25°C——温度为25°C时电解液的相对密度。 ρ25°C=Pt+0.00075（t - 25） 2）内电阻 蓄电池内电阻包括：电解液电阻、极板电阻、隔板电阻和 联条电阻。
蓄电池的工作原理与特性
蓄电池的放电
接上负载后的化学反应
正、负极板上生成硫酸 铅（PbSO4），电解液中水份 增加。
随着放电的进行，电解 液密度减小。
蓄电池的工作原理与特性
充电过程
在外电源的作用下，迫使２个电子从正极板返 回负极板，形成从正极板流向负极板的充电电流。
极板上的硫酸铅还原成氧化铅 和铅，电解液中的水份还原成硫酸。
（1）单格电压下降到放电终止电压（以20h放电率放电终 止电压为1.75V）。 （2）电解液相对密度下降到最小许可值（约1.11g/cm2） • 允许放电终了电压与放电电流有关。启动型蓄电池放电 率与终止电压的关系如表2-2。
放电电流/A 放电时间
0.05C20 0.10C20 0.25C20 20h 10h 3h
• 4——指20h率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为A·h；
• 5——特出性能，用汉语拼音字母表示，G——高起动性能。
蓄电池的工作原理与特性 • 一、蓄电池的工作原理 • 蓄电池是一个化学电源，其充电与放 电过程是一种可逆的化学反应。 • 1、电动势的建立
在正极板 处，PbO2与硫 酸作用而生成 带正电荷的铅 离子(Pb4+)沉 浮在正极板上， 使正极板具有 约2V的正电位。 在负极板 处，铅电离为 铅离子（Pb2+） 和电子(2e)， 2个电子留在 负极板上，使 负极板具有约 -0.1V的负电 位。
随着充电的进行，电解液中硫酸 的成份增加，电解液密度增大。
蓄电池的工作原理与特性
蓄电池充放电过程中的化学反应方程式为： PbO2+2H2SO4+Pb——2PbSO4+2H2O 结论： （1）具有可逆性。 （2）充浓放稀。 （3）正极板附近化学反应较负极板附近化学反应剧烈。
蓄电池的工作原理与特性 二. 蓄电池的工作特性
蓄电池的作用，要求与分类
汽车用蓄电池的基本要求 汽车用蓄电池最基本的功能是必须能够满 足起动发动机的需要，即在短时间内（5s～ 10s），可供给起动机以强大的电流（一般为 200～800A，有些柴油机可达1500A），故对汽 车用蓄电池的基本要求是：容量大、内阻小、 有足够的起动能力和连续供电能力。
蓄电池的构造与型号
（5）.联条和极桩
蓄电池的构造与型号
普通型蓄电池的型号
蓄电池的型号按JB/T 2599-1993 《铅酸蓄电池 产品型号编制方法》的规定，组成如下： Ⅰ Ⅱ Ⅲ
额定容量（安· 时/A· h） 类型和特征 单格蓄电池个数 Q—起动型 A—干荷电式 W—免维护式
例如：
6-QA-105
蓄电池的作用，要求与分类
• 各种铅蓄电池的特点见表2-3。
表 2-3 各种铅蓄电池的特点 类 型 特 点 普通铅蓄 新蓄电池的极板不带电， 使用前需按规定加注电解液并进行初充电， 初充 电池 电的时间较长，使用中需要定期维护。 新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态， 电池内部无电解液。 在规定的保 干荷电铅 存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置 20～30min 即可使用， 蓄电池 使用中需要定期维护。 新蓄电池的极板处于已充电状态， 蓄电池内部带有少量电解液。 在规定的 湿荷电铅 保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置 20～30min 即可使 蓄电池 用，使用中需要定期维护。 免维护蓄 使用中不需维护，可用 3～4 年不需补加蒸馏水，极桩腐蚀极少，自放电 电池 少。
速变为H2SO4，孔隙外部的水还未来得及渗入补充，极板内部电解
液相对密度迅速提高所致。 第二阶段：端电压上升较平稳，至单格电压2.4V。因为单位时 间内极板内消耗的水与极板处渗入的水基本相等，处于动平衡状 态。
第三阶段：端电压由2.4V迅速升至2.7V。因为电解液中的水开
始电解，正极板上放O2，负极板上放H2电解液中冒气泡，出现电 解液“沸腾”现象。
铅锑合金中，一般加入6％～8.5％的锑，以提高栅架的机械强度并改 善其浇注性能。但锑会加速氢的析出而使电解液的消耗加剧，甚至会 引起蓄电池自放电和栅架的膨胀、溃烂，缩短蓄电池使用寿命。因此 ，栅架正向低锑，甚至无锑的铅钙锡合金发展。
蓄电池的构造与型号
3）活性物质
• 正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），呈深棕色。 • 负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），呈青灰色。 • 注意：因为正极板化学反应剧烈，所以在单格电池中，负 极板总比正极板多一片。使每一片正极板都处于两片负极 板之间，保持其放电均匀，防止变形。
4)极板组的结构
为了增大容量，一般将多片正极板（4~13片）和多片负 极板（5~14片）分别并联，组成正负极板组,如图所示。
蓄电池的构造与型号
蓄电池的构造与型号
(2 )隔板
• 作用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。 • 特征： （1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。 （2）隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽面对着正极板， 且与底部垂直，使充放电时，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。 • 免维护蓄电池隔板做成袋式隔板。
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蓄电池的构造与型号
（4）. 壳体
壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、 耐振动冲击。 外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料 外壳。外壳为整体式结构，壳内间壁分成3个或6个互不相 通的单格。蓄电池单格电池之间均用铅质联条串联，如图 所示。 注意：每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液 或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池 内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。
汽车电源系统之蓄电池
1
汽车蓄电池
内容主题
1
蓄电池的作用，要求与分类 蓄电池的构造与型号 蓄电池的工作原理与特性 蓄电池的容量及其影响因素
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蓄电池的充电及常见故障
蓄电池的作用，要求与分类
汽车电源系统
蓄电池 发电机 调节器
主要作用是发动机起动时向起动机供电。 为主电源。 作用是使发电机的输出电压保持恒定。
蓄电池的工作原理与特性
• 第一阶段： 端电压由2.14V迅速下降到2.1V左右。因为放电前渗入
活性物质孔隙内部的H2SO4迅速变成水，而极板外部的H2SO4还未来
得及向极板孔隙内渗透，极板内部电解液相对密度迅速下降，端电 压迅速下降。
• 第二阶段： 端电压由2.1V缓慢下降到1.85V。因为单位时间极板孔
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蓄电池的构造与型号
• 1——表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示。 • 2——表示电池用途，用汉语拼音字母表示。用 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； • 3——极板类型，用A——干荷电铅蓄电池；B——薄型极板； W——无需维护铅蓄电池；
隙内部的消耗量与极板外进入极板孔隙的H2SO4量基本相等，处于 一种动平衡状态。 • 第三阶段： 端电压由1.85V迅速下降到1.75V。因为极板表面已形 成大量PbSO4,堵塞了孔隙，渗透能力下降，极板内电解液相对密度
迅速下降。此时应停止放电，否则端电压迅速变为零。
蓄电池的工作原理与特性
• 蓄电池放电终了的标志：
1.0C20 25min
3.0C20 5min
单格电池终止电压/V
1.75
1.70
1.65
1.55
1.50
蓄电池的工作原理与特性
3．充电特性
在恒流充电过程中， 单格电池的端电压UC 和电 解液相对密度ρ25℃ 随时 间的变化规律。 恒流充电特性曲线如图 所示。
蓄电池的工作原理与特性
第一阶段：充电开始，端电压上升较快。因为极板内部的水迅