汽车蓄电池容量的检测方法详解

汽车蓄电池容量的检测方法详解汽车蓄电池是汽车启动时的唯一电源，在汽车发电机不工作时，它可以在一段时间内向汽车的用电设备供电（1～2h）；在发电机正常发电时，它将发电机供给用电器后多余的电能转化成化学能储存起来，供下次启动或其它用电。蓄电池的工作能力随其规格型号不同而不同，也随其生产的年代、厂家牌号有较大区别。同一个蓄电池，由于不同的使用维护水平，其剩余的工作力也不同。加上蓄电池自身的自行放电，极板硫化等不可避免的因素作用，也会使蓄电池的工作能力逐渐削弱以至报废。因此，在必要时对蓄电池的工作能力进行检测就成为汽车维护与保养的重要工作之一。一、蓄电池的容量指标及其测定蓄电池的工作能力用“容量”来衡量，它是在规定的端电压范围内，蓄电池对负载供给一定电流所能持续的时间（t），即衡量蓄电池电能做功的能力A=UIt（瓦秒）。在实际运用中，蓄电池的容量指标Q常用安培小时（Ah）来表示：Q＝I·t（A·h）I—放电电流（A）；t—放电时间（h）由于电流单位安培(A)＝库伦/秒，所以容量的单位安培小时（Ah）＝库伦/秒×3600秒=3600库伦（3.6kC）。库伦是电荷量单位，1库伦=6.24×1018（624亿亿）个电子所带的电量，所以容量与电池的物质量（正负极板数、总面积、电解液密度）有关。对于标准正、负极板组而言，每片正极板的额定容量为15Ah，每个单格电池中负极板数总是比正极板多1片，因此可以算出一定容量的单格电池中正负极板的准确片数，如3-QA-60Ah蓄电池，其额定容量为60Ah，正极板数=60（Ah）/15（Ah）＝4；负极板数＝4+1＝5。如果蓄电池的额定容量不是15Ah的整数倍数，则极板的尺寸、厚度及材料就会有所区别。蓄电池的常用容量指标有“额定容量”、“储备容量”和“启动容量”三种。1.额定容量根据GB5008-91规定，额定容量是：将充足电的新蓄电池在电解液温度为25±5℃条件下以20h率的放电电流（即0.05Q20）连续放电至单格电池平均电压降到1.75V时输出的电量。额定容量是检定蓄电池质量的重要指标，新蓄电池必须达到该指标，否则被视为不合格产品。额定容量的检测电路如图1所示。检测时，要注意随时调整镍铬合金电阻率的阻值大小。因为放电时间长了，蓄电池的端电压就会缓慢下降，需随时调整负荷阻值才能维持放电电流不变；放电过程中镍铬合金线的滑动变阻器温升会有所上升，但在4.5A电流作用下，阻值上升不明显。我们对3个品牌的额定容量为45Ah的免维护蓄电池在相同条件下，以10h放电率（45Ah/10h=4.5A）进行放电测试，测试记录如表1所示。对三种品牌的同容量的免维护蓄电池加入相同电解液在同一充电机工作台上以相同的充电电流和充电时间充足电（约6h×4A），随机抽取各品牌电池各1个，用4.5A电流放电，蓄电池端电压高于10.50V的延续时间（h）与放电电流（A）的乘积为10h率额定容量。所以在3个样品的测试记录中，A厂蓄电池额定容量Q＝9.16×4.5＝41.22Ah，为名义额定容量的91.6%；B厂蓄电池额定容量为Q=7.7×4.5＝34.65Ah，为名义额定容量的77%；C厂蓄电池的额定容量为Q＝7.58×4.5＝34.11Ah，为名义额定容量的75.8%。所以A厂的6-QA-45容量最高，B厂的6-QAW-45次之，C厂的N45再次之。如果用2.25A电流放电，容量值还会上升一些。从放电记录还可以看出，在以10h率放电时，蓄电池端电压每小时下降率越来越大。如A厂的6-QA-45，电解液密度每小时下降0.015～0.03，电解液温度上升不明显。2.储备容量根据GB5008.1-91规定：充足电的蓄电池在电解液为25±2℃条件下以25A恒流放电至单格电池平均电压降到1.75V时的放电时间称为蓄电池的储备容量，单位为分钟（min）。储备容量表达了在汽车充电系统失效时，蓄电池作为唯一电源能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力。储备容量首先从美国开始应用。调研认为20h率的额定容量不能完全反映汽车运行的实际情况，若充电系统一旦发生故障，如发电机皮带断裂、调节器失效等，这时不知道由蓄电池单独供电还能使汽车行驶多久？25A恒流放电时考虑的因素为：点火系2～4A；照明10～15A；仪表2～3A；雨刮器3～4A；除霜器约6～9A。耗用总电流取中间值约为25A。用储备容量代替20h率额定容量有明显的实用价值。再从设计角度考虑，同样体积的蓄电池，当极板减薄而增加片数时，启动性能会提高很多，而20h额定容量却要减少。停止使用20h率额定容量对电池技术发展是有利的。国家标准规定12V45Ah蓄电池在电解液温为25℃的室温条件下以25A恒流放电，蓄电池端电压维持在10.50V（单格电压1.75V）以上的时间不得少于67min。经测试，A厂的6-QA-45蓄电池储备容量较高（75min），为规定的112%；B厂的6-QAW-45为5.5min，为规定的82%，C厂的N45为64min，约为规定的95.5%。由于放电电流为2.5A，所以蓄电池的端电压下降很快，如6-QA-45每10min的下降率分别为：0.74→0.08→0.09→0.13→0.15→0.2→0.22→0.27，比放电电流为5A时要快近6倍。电解液的密度也下降很快，每10min下降0.02g/mL，也比放电5A时快近6倍。进行储备容量放电测试时的电路连接与额定容量时基本相同，只是将负荷电阻调得更小些，在端电压接近或低于10.50V时电压下降很快，所以不一定要等到间隔10min才去记数。储备容量的测试更接近实用，测试时间缩短了很多。储备容量的测试电路与图1基本相同，但要注意滑动变阻器的允许电流值、电流表量程及其分流器的选择。3.启动容量国家标准曾规定：当电解液温度为-18℃时，以3倍或4倍额定容量数值的电流放电2.5min（150s）单格电压降至1V所提供的电量为蓄电池的启动容量。如6-QAW-45Ah免维护干荷蓄电池的启动放电电流应为3×45=135A，放电2.5min（150s），蓄电池端电压降到6V时的电量，如果能维持6V至2.5min，则其启动容量为Q=It=135A×0.042h=5.6Ah。这说明铅酸蓄电池放电电流特别大时，电化学反应极其剧烈，产生的PbSO4晶粒也很粗大，容易将极板海绵状组织的缝隙堵塞，电化学反应难以深入到极板内层，容器中的硫酸分子也难以渗透到极板孔隙中去，所以启动容量很小。低温启动能力是衡量汽车蓄电池能力的最主要指标，它直接关系到汽车的操纵性能。在汽车维修的竣工质量标准中（GB/T15746.2-1995）规定“当环境温度不低于-5℃时，应启动顺利，允许连续启动不多于3次，每次启动不多于5s”。“若启动超过3次或多于5s均为不合格”。在启动机和控制电路以及内燃机正常的前提下，蓄电池能否提供强大电流、保持蓄电池端电压在规定值以上并持续相当时间，是评价蓄电池启动能力的重要指标。对免维护干荷蓄电池的新产品，若其额定容量为60Ah，首次注以规定密度的电解液后，不经初充电启动放电电流为300A，放电终止电压为6.0V时的连续放电时间应不小于1.4min。对普通蓄电池，当液温为-18℃以下，启动放电电流为348A，连续放电30s，其端电压应不低于7.2V。该项试验允许进行3次，有1次达到即为合格。日本汽车蓄电池启动能力中规定的放电电流比较容易操作，如N系列蓄电池额定容量在60Ah以下者规定为150A；60～100Ah的蓄电池启动放电电流规定为300A；100～200Ah蓄电池启动放电电流规定为500A。放电持续时间在2.6min、3.6min不等，5s后端电压不低于8.2V，7.6V不等。部分日本蓄电池性能举例如表3所示。部分国产和欧洲蓄电池性能如表4所示。表3中日本蓄电池型号是逐步小型化、高性能化的（N为标准型）。从表中数据可见，在容量相等或相近的不同电池中放电时间有所增长，30s后电压有所上升，总体质量有所减少。在进行启动容量检测时应当注意以下几个问题：(1)放电电流在100～1000A范围内，持续时间比较长（1～3min以上），要慎重选择放电负荷。一般用合金钢丝绕制的滑动变阻器已不可用，必须选购直径Φ2～4mm的镍铬合金钢丝。此外，合金钢丝在通电开始瞬间电流很大，甚至可达400A以上，几秒钟后电阻丝烧红了，阻值迅速上升，电流就降到160A左右，端电压又回升到11V左右。为此建议：电阻丝必须浸泡在水中通电加热，产生的热量可以随时散入水中，从而维持电阻丝的温度阻值不变，获得稳定的放电电流。(2)电阻丝与开关、蓄电池极拄、电流表之间需用黄铜螺栓连接紧固，连接导线需用16mm2以上的多芯软铜线。(3)电流表量程要慎重选择。一般应为300A到1000A左右的，被测电流应为表头量程1/3～2/3为好，电流表的分流器应与表头正确匹配。分流器需用热稳定性良好的康铜为材料。(4)必须选用100A/380V以上容量的闸刀开关或磁力接触器作为放电电路的控制总闸，使放电电路的接通与数码显示计时器的动作同步，使放电电路的断开与数码显示计时器的停止同步。蓄电池启动容量的测定电路见图2。按上述方法我们测得A、B、C厂12V45Ah干荷免维护蓄电池的启动放电记录如表5所示。国家标准规定：对于12V45Ah蓄电池的启动能力，要求电解液温度在-18℃时，恒流放电180A，历时60s，蓄电池端电压不低于8.4V（单格电池1.4V）。三种电池放电时间超过100s时，端电压均在9.85V以上（单格电池电压平均1.645V），所以均为合格。在三种蓄电池中，A厂生产的6-QAW-45蓄电池，用180A恒流放电持续至200s，端电压仍在10.00V以上，居于第一位；C厂的N45型蓄电池也可在200s以内维持电压9V以上（单格1.5V），居于第二；B厂的6-QA-45蓄电池在放电100s时端电压最低。再看放电终了电解液密度，A厂下降幅度最大，电压下降较慢，说明电化学反应进行得彻底，有较多的活性物质和电解液参与了反应。而B厂的产品的电解液密度下降较少，电压下降较快，说明电化学反应进行得不如A厂的产品彻底，给出的容量则较少。以上三种容量检测方法比较严格、准确，但耗用时间很长，也需要较多仪器设备。二、日常维修保养时检测蓄电池的方法1.用密度计检测蓄电池的存电量在日常维修保养时，检测蓄电池容量的方法必须简便易行。采取测试电解液密度与充足电时的密度相比较的方法，即可知道存电容量为多少。例如，东北地区冬季最低气温在-40℃以下，充足电时的电解液密度为1.29（夏季充足电时应为1.26）。不同程度放电的电解液密度如表6所示。因此，从密度便可推知放电的百分比。不同地区气候条件下充足电时的电解液密度各不相同，要注意区别。密度计在使用时要注意保持垂直，不使浮子与玻璃管粘住。电解液密度每下降0.04，蓄电池便相应地放电大约25%的额定容量。密度计的使用及浮子上的刻度如图3所示。图中红区（低于1.150）表示“电已放完”；绿区（1.150～1.250）表示“存电约一半”；黄区（1.250～1.300）表示“电已充足”。测试前要先了解本地区该季节该型号蓄电池充足电的电解液密度值，再将所测密度值换算成标准温度（25℃）下的密度值。按公式P25℃＝Pt＋0.00075（t－25）计算。式中P25℃-标准温度下的电解液密度（g/cm3）；Pt-测试时电解液密度；t-测试时的电解液的温度。例如，某蓄电池在－25℃时测得其电解液密度为1.26；该电池充足电时的电解液密度为1.29，那么，其放电程度如何呢？是否需要补充电？为此先计算标准温度下的密度值：P25℃＝P-25-0.00075×（25+25）＝1.26-0.0375≈1.223其密度降低值为1.29-1.223=0.067实践证明：电解液密度每降低0.01，则相当于放电6%，由此可以估算该电池放电程度为：0.067/0.01×6%=40.2%该蓄电池已放电40.2%，超过了冬季放电允许值（25%），应当立即从汽车上拆下来补充电。如果不经过换算修正，仅看电解液在密度计