汽车电气系统-第2章蓄电池.

武汉理工大学华夏学院第二章蓄电池武汉理工大学华夏学院第2章蓄电池一、概述1、蓄电池的分类何谓蓄电池？汽车上（电动汽车除外）使用的是哪种蓄电池？汽车用铅蓄电池分几种？（4种）武汉理工大学华夏学院1.何谓蓄电池？蓄电池是一种化学电源，即能将电能转化为化学能储存，也能通过其内部的化学反应向用电设备供电。是一个可逆的低压直流电源。武汉理工大学华夏学院蓄电池的分类铅酸蓄电池镍碱蓄电池普通干荷湿荷免维护汽车用蓄电池电动车蓄电池武汉理工大学华夏学院第一节概述（1）起动时；（2）发电机不发电时；（3）过载时；（4）充电；（5）保持系统电压稳定，保护电子元件。2、蓄电池的功用武汉理工大学华夏学院第二节蓄电池的结构与型号武汉理工大学华夏学院一、蓄电池的结构极板、隔板、电解液、外壳第二节蓄电池的结构与型号武汉理工大学华夏学院极板—由栅架和活性物质组成。正极板：二氧化铅（PbO2）,深棕色负极板：海绵状纯铅（Pb）,青灰色注意：负极板比正极板多一块。武汉理工大学华夏学院极板组极板：由栅架和活性物质组成。极板有正极板和负极板之分武汉理工大学华夏学院隔板：在正、负极板间起绝缘作用，可使电池结构紧凑。A--隔板有许多微孔，让电解液畅通无阻。B--隔板一面平整，一面有沟槽。沟槽面对着正极板。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。武汉理工大学华夏学院注：沟槽应垂直放置，并朝向正极板。隔板武汉理工大学华夏学院材料：硬橡胶、塑料两种。外壳上有链条和加液孔。壳体：武汉理工大学华夏学院联条：串联各单格电池，材料为铅。加液孔盖：（注意孔盖上小孔的作用）蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，为加注电解液和检测电解液密度所用，孔盖上有通气孔，该小孔应经常保持畅通，一便随时排除蓄电池化学反应放出的氢气和氧气，防止外壳涨列和发生事故。附件：武汉理工大学华夏学院电解液：用纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制成配制成的电解液比重一般在1.24～1.30g/cm3之间。对电解液浓度的选择北方南方略有不同。武汉理工大学华夏学院二、免维护蓄电池(MF)1.优点：不需维护、自放电少、寿命长耐过充性能好。2.结构特点：武汉理工大学华夏学院第三节蓄电池的工作原理1.电动势的建立正极板：PbO2→Pb4+——＋2.0V负极板：Pb-2e→Pb2+—-0.1V两极板之间的电动势为2.1V武汉理工大学华夏学院1.电动势的建立一个极板组的电动势也是2.1V；要得到12V电压需串连6个单格。第三节蓄电池的工作原理武汉理工大学华夏学院2.放电时化学反应为：正极板：Pb4++2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在正极板上第三节蓄电池的工作原理负极板：Pb-2e→Pb2+Pb2++SO42-→PbSO4附在负极板上二、蓄电池的放电过程武汉理工大学华夏学院2.放电时化学反应总方程式为：PbO2＋Pb＋2H2SO4→2PbSO4＋2H2O电解液中：H++OH-→H2OSO4→减少电解液硫酸浓度降低第三节蓄电池的工作原理武汉理工大学华夏学院工作原理——放电过程蓄电池放电终了特征：（1）单格电池电压降到终止电压；（2）电解液密度下降到最小许可值。三、蓄电池的充电过程武汉理工大学华夏学院工作原理——充电过程蓄电池充电终了特征：（1）电解液中有大量气泡冒出，呈沸腾状态；（2）电解液密度和端电压上升到规定值，且2～3小时保持不变。武汉理工大学华夏学院蓄电池的型号6Q1056－QA－1056－QB－1056－QW－105G6－QA－105S6－QH－105D单格数特征额定容量武汉理工大学华夏学院蓄电池的选用蓄电池的选择必须符合如下两点要求：1.电压等级必须一致2.蓄电池的容量必须足够。武汉理工大学华夏学院蓄电池在规定条件下放出的电量称为容量，单位为安.小时（A.h）C=Iftf蓄电池容量的表示额定容量起动容量储备容量第四节蓄电池的容量及其影响因素一、蓄电池的容量武汉理工大学华夏学院1、额定容量蓄电池的额定容量用20h率容量表示：即将充足电的蓄电池在电解液温度为25℃条件下，以20h率放电电流连续放电，直至单池平均电压降到1.75V时,输出的电量称为蓄电池的额定容量。2、储备容量储备容量表示了汽车充电系统失效时蓄电池向汽车提供25A恒流的能力。蓄电池在电解液温度为25℃条件下，以25A恒流放电电流连续放电，直至单池平均电压降到1.75V时的放电时间称为蓄电池的储备容量。武汉理工大学华夏学院电解液在30℃时，以3倍额定容量的电流持续放电至终止电压（12V蓄电池为8V，6V蓄电池为4V）所放出的电量称为常温起动容量（持续时间应在5min以上。电解液在－18℃时，以3倍额定容量的电流持续放电至终止电压（12V蓄电池为6V，6V蓄电池为3V）所放出的电量称为低温起动容量（持续时间应在2.5min以上）。常温起动容量低温起动容量3.起动容量武汉理工大学华夏学院二、影响容量的因素1.构造因素：极板的面积、片数、厚度2.使用因素：1）放电电流2）电解液温度3）电解液密度武汉理工大学华夏学院放电电流和容量的关系举例武汉理工大学华夏学院电解液温度武汉理工大学华夏学院电解液密度武汉理工大学华夏学院第五节蓄电池工作特性电动势静止电动势内阻放电特性充电特性电动势E（正负极板电位差）E0=0.84+ρ25。Cρ25。C=ρt+0.00075（t—25）静止电动势E0：指其内部工作物质的运动处于暂时的平静状态时的电动势。一、静止电动势静止电动势是指蓄电池在静止状态(不充电也不放电)，正负极板之间的电位差(即开路电压)。它的大小与电解液的相对密度和温度有关。二、内阻蓄电池的内电阻由极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条电阻组成。放电程度越高，极板电阻越大；温度低，粘度大，电解液电阻增大，相对密度过高或过低，电解液电阻增大。电解液电阻与密度关系适当采用低比重1.208g/cm3、高温度的电解液，可降低蓄电池的内阻。武汉理工大学华夏学院内阻极板电阻：电阻很小，且与活性物质变化而变化。电解液电阻：与其温度和密度有关。隔板：其材料的通透性影响电解液的电阻。连接条：铅质，电阻很小。武汉理工大学华夏学院放电特性：概念：蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液密度ρ25℃随时间ｔf而变化的规律。蓄电池在恒流放电过程中，端电压的变化规律:开始放电阶段相对稳定阶段迅速下降阶段蓄电池放电终了的特征是：１.单个电压降到放电终止电压(单池终止电压和放电电流有关)；２.电解液密度降到最小终止值。但应注意：放电终止电压和放电电流有关。武汉理工大学华夏学院充电特性：概念：蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液密度ρ25℃随时间ｔf而变化的规律。蓄电池充电终了的特征是：１.端电压和电解液密度上升到最大（2.7V），且在2h小时内不上升。２.电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。(电解水)三、放电特性蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液相对密度等参数随时间而变化的规律。放电特性Uf=E-IfRn1）放电初期，极板孔隙内的硫酸迅速消耗，Uf和E从2.1V迅速下降到2V左右；2）继续放电，当孔隙内消耗掉的硫酸和渗入的硫酸达到平衡时，Uf和E缓慢下降到1.85V；3）放电接近终止时，活性物质大部分已转变为PbSO4而积聚在孔隙内，Uf和E迅速下降到1.75V；2.放完电的标志1）Uf降到放电终止电压（与放电电流有关）；2）电解液比重下降到最小许可值，约为1.11；1.放电过程四、充电特性蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压Uc和电解液密度ρ等参数随充电时间变化的规律。充电特性1、充电过程UC=E+ICRn1）充电初期，极板孔隙内表层迅速生成硫酸，使孔隙中电解液比重增大，UC和E迅速上升；2）继续充电，当孔隙内产生硫酸的速度和向外扩散的速度达到平衡时，UC和E随整个容器内电解液比重的上升而缓慢上升；3）UC达到2.3~2.4V时，极板上可能参加变化的活性物质，差不多全恢复为PbO2和Pb，继续通电，使得水电解，出现沸腾，UC上升到2.7V左右，此时应切断电源。2、充足电的标志1）UC上升到最大值，且两小时内不再增加；2）电解液比重上升到最大值，且两小时内不再增加；3）蓄电池激烈地放出大量气泡，电解液沸腾。武汉理工大学华夏学院小结1.铅蓄电池由哪几部分组成？（极板、隔板、电解液、外壳）2.铅蓄电池内部分为几个单格？一格的静止电动势约为多少？3.正、负极板上的活性物质各是什么？（正极板Pbo2,负极板Pb）4.铅蓄电池的每一个单格都有一个加液孔，孔盖上通气孔，其作用？5.蓄电池的选择必须符合哪些要求？6.国产蓄电池的编号规则？武汉理工大学华夏学院7.写出蓄电池充放电的化学反应综合方程式。8.蓄电池放电终了特征？放电时两极板上生成什么物质，电解液有何变化？9.蓄电池充电终了特征？充电时两极板上各生成什么物质？电解液有何变化？10.何谓蓄电池容量？单位？（蓄电池在规定条件下放出的电量。单位为A.h）11.何谓额定容量？起动容量？12.使用因素对容量有何影响？(放电电流大容量小，环境温度低容量小）武汉理工大学华夏学院蓄电池的常见故障有：蓄电池的外部故障有：外壳裂纹极柱松动封胶干裂蓄电池的内部故障有：极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、极板短路、自放电、极板拱曲。第六节蓄电池的常见故障武汉理工大学华夏学院1.极板硫化：原因及预防措施？2.活性物质脱落：原因及预防措施？3.极板栅架腐蚀：原因及预防措施？4.极板短路：原因及预防措施？5.自行放电：原因及预防措施？6.极板拱曲：原因及预防措施？第六节蓄电池的常见故障武汉理工大学华夏学院一、极板硫化1．故障特征：极板上生成白色的粗晶粒硫酸铅的现象简称硫化。轻度硫化后，蓄电池内阻增大，容量变小严重硫化后，充电放电都会异常，放电时，内阻显著增大，电压迅速下降，不能持续供给电流；充电时，单格电池电压高，可达2.8V以上，密度上升慢，温度上升快，过早出现沸腾现象。武汉理工大学华夏学院2．产生原因：1）不及时充电或长期充电不足；2）蓄电池液面过低；3）长期过渡放电或小电流深度放电；4）新电池初充电不彻底；5）电解液密度过高，成分不纯；3.防止硫化的措施：保持蓄电池经常处于足电状态；用完电及时充电（24h内）；经常检查液面。一、极板硫化武汉理工大学华夏学院二、极板活性物质脱落1．故障特征:蓄电池输出容量下降，充电时电解液混浊，呈棕色2．故障原因：1）充电电流过大；2）过充时间过长；3）低温大电流放电。另外，汽车颠簸也会造成活性物质脱落3.排除方法轻度：更换电解液，严重报废武汉理工大学华夏学院三、自放电蓄电池在无负载的静态下电量自动消失的现象称为自放电。蓄电池的自放电是不可避免的。1.故障性自放电特征:如果充足电的蓄电池在30天之内每昼夜容量降低超过2%，称为故障性自放电。2.故障原因：1）电解液含杂质过多，不纯；2）电池表面不清洁；3）长期存放，硫酸下沉；4）活性物质脱落，引起短路3.防止措施1）使用符合标准的硫酸和蒸馏水配置电解液;2）配置电解液的容器要保持清洁;3）防止杂质进入电池内.武汉理工大学华夏学院四、极板短路1．故障特征充电电压很低或为零，密度上升很慢或不上升，气泡很少或无气泡2．故障原因1）活性物质大量脱落，堆积造成2）隔板破损3）极板组弯曲4）导电物进入电解液3．排除方法——拆检武汉理工大学华夏学院五、极板栅架腐蚀1．故障特征主要是正极板腐蚀，极板呈腐烂状态，活性物质以块装堆积在两隔板之间，蓄电池输出容量降低。2．故障原因主要是氧化所至，在蓄电池基本充足电以后，部分电流便开始电解水，产生氧气，使正极板腐蚀电解液密度增大，温度升高和充电时间过长，会加速极板腐蚀。武汉理工大学华夏学院其他故障极板拱曲：极板拱曲主要是长时间大电流放电所致。单格电池极性颠倒：现象：蓄电池电压迅速下降，不能继续使用原因：维护不当没及时发现有故障的单格电池，被其他单格电池反充电造