汽车电气设备与维修第2章

1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2【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。3【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。任务1蓄电池的检测4【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5s～10s内，向启动机连续供给强大电流(汽油机为200A～600A，柴油机为800A～1000A)；5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。6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。7图2.1汽车电源系统电路示意图8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。9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。10二、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。11图2.2铅酸蓄电池的结构121)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。13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。14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。15图2.3极板的构造16图2.4极板组172)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。18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。193)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。20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。214)电解液电解液是由密度为1.84g/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1.24g/cm3～1.31g/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。225)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。23图2.5单格电池间的连接方式242．蓄电池的型号按照原机械工业部JB/T2599－1993《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含义如下。(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”。25(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代号蓄电池特征代号蓄电池特征代号干荷电A防酸式F气密式Q湿荷电H密闭式M激活式I免维护W半密闭式B带液式D少维护S液密式Y胶质电解液J27(4) 4表示额定容量，指20h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。28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12V，额定容量为100A·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12V，额定容量为100A·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12V，额定容量为105A·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。29三、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1.12g/cm3～1.31g/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12V和24 V两种。302．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。31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。321)额定容量国家标准GB5008.1－1991《起动用铅酸蓄电池技术要求和试验方法》规定以20h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1.28g/cm3时，以20h放电率的放电电流连续放电至单格电池平均电压降到1.75V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4.5A放电电流连续放电20h后，单格电压降为1.75V，它的额定容量C20 = 4.5 × 20 = 90(A·h)。332)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5min放电率(3倍额定容量的电流)持续放电至单格电压下降至1.5V时所输出的电量。其放电持续时间应在5min以上。34例如，3－Q－90型蓄电池，在电解液平均温度为25℃的情况下，以270A放电电流连续放电5min后，端电压降至4.5V，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5min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1V时所输出的电量。其放电持续时间应该在2.5min以上。353)储备容量储备容量表示在汽车充电系统失效时，蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力。根据国标GB5008.1－1991《起动用铅酸蓄电池技术要求和试验方法》规定，蓄电池在(25±2)℃的条件下，以25A的额定电流恒流放电至单格终止电压1.75V(整个电池终止电压为10.5V)时的放电持续时间，称为蓄电池的储备容量，单位为min。363．冷启动电流冷启动电流通常规定为在 -18℃时，蓄电池持续放电30s至端电压为7