汽车知识培训—蓄电池1.0版

1《修车人网》汽车知识培训—蓄电池（1.0版）编写、整理：吴心平说明：1.该培训资料供公司内部员工学习、交流使用，勿外传。2.各位及时提出修改意见，逐步完善，后续推出2.0版。一、蓄电池概述1.蓄电池发展历程从最初的蓄电池到现在的免维护蓄电池，它走过了坎坷的一百多年。1859年，法国普兰特（Plante）发明出了铅酸蓄电池。20世纪初，铅酸蓄电池历经了许多重大的改进，提高了能量密度、循环寿命、高倍率放电等性能。但是其维护工作繁重而且污染环境，从此人们走上了研发密封铅酸蓄电池，从而获得清洁的能源。60年代，美国Gates公司发明铅钙合金，引起了密封铅酸蓄电池开发热。1975年，GatesRutter公司在经过许多年努力并付出高昂代价的情况下，获得了一项D型密封铅酸干电池的发明专利，成为今天VRLA的电池原型。1984年，VRLA电池在美国和欧洲得到小范围应用。1991年，人们发现VRLA电池并不十分稳定。1992年，VRLA电池用量在欧洲和美洲都大幅度增加。1996年，VRLA电池基本取代传统的富液式电池，VRLA电池已经得到了广大用户的认可。知识拓展：阀控式铅酸蓄电池（ValveRegulatedLeadBattery，VRLA），有名气的：理士、骆驼、天能、风帆等，其基本特点是使用期间不用加酸加水维护，电池为密封结构，不会漏酸，也不会排酸雾，电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀)，该阀的作用是当电池内部气体量超过一定值（通常用气压值表示），即当电池内部气压升高到一定值时，排气阀自动打开，排出气体，然后自动关阀，防止空气进入电池内部。2.蓄电池的作用蓄电池（Battery）是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的（低压）直流电源，有放电和充电两种工作状态。在放电状态下，蓄电池可将化学能转变为电能；在充电状态下，蓄电池可将电能转变为化学能。在发电机正常工作时，全车用电设备均由发电机供电，与此同时，蓄电池将发电机多余的电能转变为化学能储存起来（即蓄电池处于充电状态）。起动型铅酸蓄电池（Lead-acidBattery，简称铅蓄电池）内阻小、起动性能好、电压稳定，此外还有成本低、原料丰富等优点，在汽车上得到广泛应用。起动型铅蓄电池在汽车上与发电机并联连接，其作用是：1）发动机起动时，向起动机提供强大电流（汽油机起动电流200～600A；柴油机起动电流高达1000A。起动时间约为5-10秒），并同时向点火系等用电设备供电。（发动机启动状态）2）发电机不发电或电压较低时（电压低于蓄电池电压时），蓄电池向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。（发动机运转状态）3）发电机过载（用电设备过多、用电量超过发电机的供电能力时）时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。（发动机运转状态）4）在发电机正常工作时，将发电机剩余电能储存起来—充电（储存发电机的过余能量）。2（发动机运转状态）5）发动机熄火时（当取下汽车钥匙时），蓄电池向电子时钟、汽车电子控制单元（ECU/ECM）、音响设备以及汽车防盗系统供电。（发动机熄火状态）6）蓄电池相当于一只大容量的电容器，不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏—稳压。（这点在现代电控汽车中尤为重要，发动机绝不允许脱开蓄电池运转。）（发动机运转状态）3.铅蓄电池的结构铅蓄电池一般由三个或六个单格电池串联而成，每单格的额定电压为2V。普通铅蓄电池的结构如图1所示。图1铅蓄电池的结构（1）极板极板上的活性物质与电解液反应，完成蓄电池的充放电化学反应。铅蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都是由栅架和涂在栅架上的活性物质构成的。正、负极板的外形相同。极板栅架由铅锑合金浇铸而成。(a)正(负)极板组(b)单格电池的极板组图2单格电池的结构活性物质是极板的工作物质，正极板上的活性物质是暗棕色的二氧化铅(PbO2)，负极板上的活性物质是青灰色的海绵状纯铅(Pb)。为了使电解液能顺利渗入极板内部，极板的活性3物质具有多孔性。为了增大蓄电池的容量，在单格电池中，将多片正、负极板分别焊接成正、负极板组（见图2a），然后将正、负极板组交错装插在一起，形成单格电池的极板组（见图2b），在一个单格电池内负极板总是比正极板多一片。一个单格电池的极板组浸入标准密度的电解液内，可以获得约2.1V的电动势。（2）隔板隔板安装在正、负极板之间，其作用是使正负极板尽量靠近而又不至于接触短路，以缩小蓄电池的体积。隔板多采用微孔塑料、橡胶、纸质及玻璃纤维等材料制成。（3）电解液电解液的作用是形成电离，使极板活性物质与电解液反应，完成蓄电池的充、放电过程。它是由纯净的专用硫酸（H2SO4）和蒸馏水配制而成的，其相对密度一般在1.24-1.28之间，应根据制造厂的要求和当地的气温条件选择（见表1）。表1不同地区和气温条件下的电解液相对密度（4）外壳外壳用来盛放电解液和极板组，并使蓄电池构成一个整体。外壳的材料有硬质橡胶和聚丙烯塑料两种，由间壁将其分为三个或六个相互分离的单格，底部有凸起的筋条支撑极板组，凸筋之间的空间用来容纳极板脱落的活性物质，以防极板短路。橡胶外壳的每一单格有一个小盖，塑料外壳采用整体盖。普通蓄电池每单格的中间有一个电解液加液孔，平时拧装一个螺塞，螺塞上有一个通气小孔，在使用时应保持其畅通。（5）联条与极桩联条的作用是将各单格电池串联起来，极桩用来与外部电路连接接线。传统蓄电池的联条是外露式的，用铅材料铸造而成；整体盖蓄电池的联条在电池内部，多采用穿壁式或跨接式结构。极桩有锥台型和L型等多种结构形式（见图3）。为便于识别，极桩的上方或旁边标刻有“+”(或P)、“-”(或N)标记，或者在正极桩上涂红色油漆。(a)锥台形极桩(b)锥台形极桩的铸浩(c)L形极桩(d)装配前的L形极桩图3蓄电池极桩结构形式4.蓄电池的分类（1）按电解液种类分：4铅酸蓄电池：价格便宜，内阻小。常见类型见表2。镍碱蓄电池：容量大，使用寿命长，维护简单，但价格昂贵。表2常见铅蓄电池产品特征代号蓄电池特征干荷型电湿荷型电免维护少维护胶体电普通型代号AHWSJ不标注（2）按电极材料分：铅蓄电池、铁镍蓄电池、镉镍蓄电池；（3）按使用用途分：汽车用、电动车用、电讯用、航空用蓄电池等，见表3。表3蓄电池常见用途代号蓄电池用途汽车启动用摩托车用船舶用航空用电动车用阀控型蓄电池代号QMJCHKDF5.蓄电池安装位置、固定方式（1）蓄电池的外观（2）蓄电池位置、固定方式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，甚至装在后排乘客座椅下方的；货车蓄电池的安装位置以空载时质量平衡为原则，一般装在车架前部的左侧或右侧；客车的蓄电池多装在车厢内。蓄电池都是用特制的金属框架和防振垫固定的，下图。5二、蓄电池的性能参数1.蓄电池额定电压国家标准规定的蓄电池电压值为额定电压，用V表示。该电压值是在完全充电的状态下且端子间没构成电路时的电压（开路电压）。汽车铅蓄电池一般由6个单格电池串联而成，每单格的额定电压为2V，因此额定电压通常为12V，其它用途的蓄电池电压可能有6V或24V等情况。2.蓄电池的容量蓄电池在规定条件（包括放电温度、放电电流和放电终止电压）下放出的电量多少或放电时间长短称为蓄电池的容量，单位为A·h或A·min。（1）额定容量额定容量是检验蓄电池质量的重要指标之一，我国采用20h放电率额定容量作为起动用铅酸蓄电池的额定容量。根据国标GB5008.1—1991《起动用铅酸蓄电池技术条件》的规定，以20h放电率的放电电流在电解液初始温度为25℃，电解液密度为1.28g／cm3的条件下，持续放电到单格蓄电池电压下降到终止电压（1.75V）。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的20h放电率额定容量，记为，单位为A·h（安培·小时）。说明：根据蓄电池构造特征和用途的差异，设定了若干个放电时率，最常见的有20小时时率、10小时时率、电动车专用电池为2小时时率，写做C20、C10和C2，其中C代表蓄电池容量，后面跟随的数字表示该类蓄电池以某种强度的电流放电到设定电压的小时数。因此，用容量除小时数即得出额定放电电流。额定放电电流还可以采用倍率来表示。倍率NC：N是一个倍数，C代表容量的安时数；它等于汽车蓄电池额定容量除以额定放电电流，例如：某汽车启动蓄电池容量54Ah，测得输出电流为5.4A，那么它此时的放电倍率NC为5.4/54=0.1C倍数N乘以容量C就等于电流A，例如，蓄电池额定容量20Ah，采用0.5C倍率放电，其额定放电电流为：0.5×20=10A例如：电动自行车用蓄电池容量10Ah、放电时率为2小时，写做C2=10Ah，它的额定放电电流为10（Ah）/2（h）=5A；汽车启动用的蓄电池容量为54Ah、放电时率为20小时，写做C20=54Ah，它的额定放电电流仅为54（Ah）/20（h）=2.7A！换一个角度讲，这两种电池如果分别用5A和2.7A的电流放电，则应该分别能持续2小时和20小时才下降到设定的电压。终止电压可以简单的理解为：放电时电池电压下降到不至于造成损坏的最低限度值。终止电压值不是固定不变的，它随着放电电流的增大而降低，同一个蓄电池放电电流越大，终止电压可以越低，反之应该越高。也就是说，大电流放电时容许蓄电池电压下降到较低的值，而小电流放电就不行，否则会造成损害。例如，6-QA-60型蓄电池（国标），在电解液初始温度为25℃时，以3A的放电电流持续放电20h，单格蓄电池电压降到1.75V，则其额定容量为：=3×20Ah=60Ah。说明：实际测量蓄电池容量时，其规定条件下的放电时间等于或超过20小时为合格。再例如：6-Q-105型蓄电池，在电解液平均温度为25℃时，以5.25A电流连续放电20h后，端电压为10.50V（即单体电压降到1.75V），则其20h率额定容量为：C20=5.25A×20h=105A·h。（2）额定储备容量（RC）国际蓄电池协会和美国汽车工程师学会（SAE）规定了另外一种蓄电池容量表示方法——20C20C6储备容量表示法。我国GB5008.1－1991《起动用铅酸蓄电池技术条件》也对储备容量的定义和试验方法作出了相应的规定。蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为25℃条件下，以25A的电流持续放电，直至单格蓄电池电压下降到1.75V。在此过程中，蓄电池的持续放电时间，称为该蓄电池的额定储备容量，记为：，单位为min（分钟）。蓄电池的额定储备容量表征汽车在充电系统失效时，蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒定电流的能力。汽车装备的蓄电池的额定储备容量越大，则该车在充电系统失效状态下的持续行驶能力也就越强。3.蓄电池冷起动电流CCA值冷起动电流CCA（ColdCrankingAmpere）值指:在规定的某一低温状态下（通常规定在0℉或–18℃），充满电的12V蓄电池连续30秒释放电量，其端电压降至7.2V时，蓄电池最大可以输出的电流值。冷起动电流CCA值和AH值之间没有严格的对应关系，一般常规计算都是CCA大约是AH值的5-7倍。冷启动电流越大，汽车的启动能力越好。通常，车辆排量对应的蓄电池CCA值如下：排量1.2～1.6L1.6～2.0L2.0～3.0L＞3.0LCCA值350500650750三、蓄电池的规格型号汽车更换蓄电池时，应选购相同规格型号的蓄电池，通常包括：a.额定电压，b.额定容量（C20），c.冷起动电流（CCA）值，d.蓄电池尺寸参数（长、宽、高、总高）。说明：蓄电池高度不包含极柱在内，总高包含极柱在内。汽车用铅蓄电池的型号都是按照一定标准来命名的，在国内市场上使用的蓄电池型号主要是按照国家标准（GB）以及日本标准（JIS）、德国标准和美国标准等命名的。因此，国内生产的蓄电池通常有几种标注（相当于一个蓄电池有几个名字，如中文名、日本名、美国名等），便于向不同的国家销售、汽车配套等。1.国家标准蓄电池（GB）以型号为6-QAW-54a蓄电池为例，说明如下：1