第1章電源系統(tǒng)(蓄電池)

《汽車電器構(gòu)造與檢修》——第1章電源系統(tǒng)（蓄電池）教學內(nèi)容第1章電源系統(tǒng)第2章起動系統(tǒng)第3章點火系統(tǒng)第4章照明及信號系統(tǒng)第5章儀表與報警系統(tǒng)第6章防抱死制動系統(tǒng)第7章安全氣囊系統(tǒng)第8章輔助電器與電子設(shè)備第9章汽車空調(diào)第10章全車電路識讀與分析1.1蓄電池的結(jié)構(gòu)與型號1.2蓄電池的工作原理與工作特性1.3蓄電池的容量及其影響因素1.5蓄電池技術(shù)狀況檢測及常規(guī)故障診斷與排除1.4蓄電池的充電1.6新型蓄電池簡介第1章電源系統(tǒng)（蓄電池）1.1蓄電池的結(jié)構(gòu)與型號1蓄電池的分類2蓄電池功用3蓄電池構(gòu)造4蓄電池的型號1蓄電池的分類(1)蓄電池實質(zhì)：化學能電能

(2)汽車用蓄電池分為堿性和酸性兩大類。堿性蓄電池的電解液為NaOH或KOH溶液；酸性蓄電池的電解液是硫酸溶液，由于其極板上活性物質(zhì)主要成分是鉛，故稱為鉛酸蓄電池，其優(yōu)點：內(nèi)部電阻小、輸出電壓穩(wěn)定、制造成本低、原材料豐富等，故在汽車上普遍使用。1蓄電池的分類

(3)現(xiàn)代汽車普遍使用干荷與免維護蓄電池(按性能)：干荷蓄電池：極板在干燥狀態(tài)下，能在較長時間(一般2年)內(nèi)保存蓄電池的電量，稱為干荷電蓄電池。免維護蓄電池：蓄電池在有效期(一般4年)內(nèi)無需進行添加蒸餾水等維護工作。(2)備用供電：當發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)、發(fā)電機不發(fā)電或電壓較低時，向點火系統(tǒng)等用電設(shè)備供電。

2蓄電池功用(1)

啟動發(fā)動機。發(fā)動機起動時，向起動機和點火系供電，這是汽車上蓄電池的主要用途。汽油機起動電流200～600A；柴油機起動電流高達1000A。起動時間約為5～10秒。(3)協(xié)同供電：發(fā)電機過載，幫發(fā)電機向用電設(shè)備供電2蓄電池功用(4)儲存電能：發(fā)動機中高速運轉(zhuǎn)、發(fā)電機正常供電時，儲存發(fā)電機的過余能量。

(5)穩(wěn)定電源電壓，保護電子設(shè)備：相當于一個大的電容器，吸收電路中的瞬時高壓，這點在現(xiàn)代電控汽車中尤為重要(發(fā)動機絕不允許脫開蓄電池運轉(zhuǎn))。

3蓄電池構(gòu)造

鉛酸蓄電池由極板、隔板、外殼、電解液等組成。蓄電池內(nèi)有3或6格，每個單格為2V。

負極柱加液孔蓋連接條正接柱外殼負極板隔板正極板極板（蓄電池的核心，由柵架與活性物質(zhì)做成）(1)柵架——由鉛梯合金組成

梯的含量為5～7%，目的是提高柵架的機械強度并改善澆鑄性能。含銻負作用：會加速氫離子析出而加速電解液中蒸餾水的消耗，還易從正極板柵架中解析出來而引起蓄電池自放電荷柵架膨脹、潰爛等；因此柵架的材料向低銻方向發(fā)展。

(2)正極板——活性物質(zhì)為二氧化(PbO2呈棕紅色)。

(3)負極板——活性物質(zhì)為純鉛(Pb呈青灰色)。

(4)極板組——制成極板組的目的是增大蓄電池的容量。極板（蓄電池的核心，由柵架與活性物質(zhì)做成）正極板活性物質(zhì)脫落和柵架腐蝕是蓄電池壽命的決定因素，且正極板化學反應劇烈。負極板為正極板的70～80%厚。

a、將多片正極板并聯(lián)安裝形成正極板組。

b、將多片負極板并聯(lián)安裝形成負極板組。

每單格中，負極板總比正極板多一片：使正極板兩側(cè)放電均勻，減輕正極板的翹曲和活性物質(zhì)脫落。極板（蓄電池的核心，由柵架與活性物質(zhì)做成）隔板

(1)功用：防止正負極板短路。

(2)材料：木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料等。

(3)要求：有一定的機械強度、耐酸耐腐蝕、多孔性好。

(4)安裝：若隔板一面平整，一面帶有溝槽，則帶槽面朝正極板且溝槽垂直與殼體底部。其目的：溝槽能使電解液上下流通，也能使氣泡上升，還能使脫落的活性物質(zhì)沿槽下沉。電解液

(1)組成：純硫酸和蒸餾水配制而成(電解液密度要求范圍：1.24～1.31g/cm3)。

(2)電解液為換季使用產(chǎn)品

a、同一地區(qū)，冬季使用的電解液密度一般比夏季高。

b、冬季在保證電解液不結(jié)冰的前提下，盡可能采用稍低密度的電解液。殼體殼體由電池槽和電池蓋組成，其功用是盛裝電解液和極板組。(1)材料：硬橡膠(黑色)或聚丙烯塑料(白色)等。(2)結(jié)構(gòu)：由3個或6個單格組成，互不相通，有的殼體底部有凸筋。

蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器目前，采用全密封型免維護蓄電池的小轎車越來越多，由于這種蓄電池蓋上沒有設(shè)置加液孔，因此不能用密度計測量電解液的相對密度，為此在這種免維護蓄電池蓋上設(shè)有一只結(jié)構(gòu)如下所示的蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器來指示蓄電池的技術(shù)狀況。

蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器（a）指示器的結(jié)構(gòu)（b）存電充足（c）充電不足(d)電解液不足4蓄電池的型號

1：表示單格數(shù)，不可省略。

2：表示蓄電池用途，如Q為汽車，不可省略。

3：表示蓄電池的特征，如A表示干荷電式蓄電池?？墒÷裕÷詴r表示普通干荷式蓄電池。4：表示20h放電率額定容量，單位為A·h，不可省略。5：表示蓄電池特殊性能，如G為高起動率、D為低溫起動性能好?？墒÷?，省略時表示為普通型蓄電池。例：3－Q－105，6－QA－105，6－QA－105G，6－Q－105D。4蓄電池的型號1.2蓄電池的工作原理與工作特性1.2.1蓄電池的基本參數(shù)

1．靜止電動勢：蓄電池在開路狀態(tài)下,單格電池的正、負極板間所具有的電動勢。(1)、負極板：Pb（少量溶解）→Pb2++2e（使負極板呈負電位，約為－0.1V）(2)、正極板：PbO2(少量)+2H2O→Pb(OH)4

Pb(OH)4→Pb4++4OH-

(一部分Pb4+沉附在正極板上，其電位約為＋2.0V)(3)、E0≈2.0-(-0.1)≈2.1V1.2.1蓄電池的基本參數(shù)(3）、化學反應過程１)．放電過程：正極板（Ｐb02)ＰbSO4放充

２)．充電過程：負極板（Ｐb）ＰbSO4放充1.2.1蓄電池的基本參數(shù)蓄電池充放電過程中的變化情況蓄電池狀態(tài)正極板負極板電解液密度充足電Ｐb02

Pb

H2S04

大放

放完電放

ＰbS04放ＰbS04放

H2O放

小充充充充充說明:1．充、放電過程的化學方程式為：２．放電終了的蓄電池只有20%～30%的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U；因此采用薄型極板，增加多孔性，以提高活性物質(zhì)的利用率；PbO2+2H2SO4+Pb2PbSO4+2H2O2．內(nèi)阻：

R。=r極+r隔+r液1.200r液注：一只狀態(tài)良好的蓄電池內(nèi)阻只有0.01Ω左右1.2.1蓄電池的基本參數(shù)1．測試電路1.2.2放電特性IU25℃05101520tf（h)2.121.271.96V1.75V1.11I=3(A)放電特性曲線⑵U的變化規(guī)律開始迅速下降——緩慢下降——接近放電終了時又迅速下降——（切斷電路）恢復上升。

2．各參數(shù)的變化規(guī)律⑴——逐漸下降的斜直線。IU25℃05101520tf（h)2.121.271.96V1.75V1.11I=3(A)放電特性曲線1.2.2放電特性3．放電終了的特征（1）單格端電壓降至終止電壓；（2）電解液密度降至最小許可值。1.2.2放電特性1.2.3充電特性1．各參數(shù)的變化規(guī)律⑴25℃——逐漸上升的斜直線。⑵U

的變化規(guī)律

開始迅速上升——緩慢上升——（單格電壓達2.4V時，有氣泡）又迅速上升——保持不變（2.7V）——（切斷電路）恢復下降。

IU25℃05101520tC（h)2.12V1.271.962.7V1.11IC=3(A)充電特性曲線2.4V2．充電終了的特征

①端電壓升至最大值（2.7V左右）且2小時不再變化；②電解液密度升至最大值且2小時不再變化；③電解液“沸騰”。1.2.3充電特性1.3蓄電池的容量及其影響因素1.3.1蓄電池的容量1.額定容量：

在電解液溫度為25℃，完全充電，以20小時放電率連續(xù)放電20小時，單個電壓至1.75V的情況下所蓄電池能放出的電量。如：6-Q-60蓄電池，其I放=3A，連續(xù)放電20小時，則：Qe=I放×t放=3

×20=60Ah，（U蓄不低于10.5V）2．額定儲備容量3．起動容量

2.T液：隨溫度的降低,電解液粘度增大，滲透性差，內(nèi)阻增大，活性物質(zhì)利用率降低,輸出容量減小。

1.I放:隨I放的增大,化學反應速度加快,孔隙堵塞速度加快，活性物質(zhì)利用率降低,輸出容量減小。1.3.2影響因素1.3蓄電池的容量及其影響因素

3.：適當增大可使E↑，C↑，但過大則粘度增大，滲透性↓，活性物質(zhì)利用率，C↓。

4.極板有效面積越大，片數(shù)越多，極板越薄，蓄電池的容量越大。

1.4蓄電池的充電1.4.1蓄電池的充電種類1.4.2蓄電池的充電方法1.4.3蓄電池充電設(shè)備1.4.4蓄電池的充電注意事項1、初充電：對新電池或更換極板的電池的首次充電。（1）一般采用定電流充電法。（2）步驟a、配制或選擇電解液b、加注電解液（液面高出極板上沿10～15mm）c、開始充電（第一階段的充電電流約為額定容量的1/15，第二階段充電電流減半。打開蓄電池加液孔蓋）d、充電接近結(jié)束時，調(diào)節(jié)電解液相對密度1.4.1蓄電池的充電種類2、補充充電蓄電池在車輛上使用時，常有充電不足現(xiàn)象，應根據(jù)需要進行補充充電，一般每月一次。

（1）定流或定壓充電法，可按實際情況選定。

（2）定流充電步驟：方法和初充電相同，只是第一階段的充電電流為額定容量的1/10、第二階段充電電流減半。

1.4.1蓄電池的充電種類(3)補充充電的幾種必充現(xiàn)象電解液密度下降到1.15g/cm3以下；冬季放電超過額定容量25％，夏季超過50％；燈光比平時暗淡，起動機運轉(zhuǎn)無力；單格電池電壓降到1.7V以下。1.4.1蓄電池的充電種類

3．預防硫化充電為預防蓄電池因充電不足而造成的硫化，每隔3個月進行一次預防硫化過充電，即用平時補充充電的電流值將電池充足．中斷1h，再用1/2的補充充電電流值進行充電至電解液“沸騰”。反復幾次，直到剛接入充電，蓄電池電解液立即“沸騰”為止。1.4.1蓄電池的充電種類

4．鍛煉循環(huán)充電蓄電池在使用中常處于部分放電狀態(tài)，參加化學反應的活性物質(zhì)有限。為了迫使相當于額定容量的活性物質(zhì)參加工作，以避免活性物質(zhì)長期不工作而收縮，可每隔三個月進行一次鍛煉循環(huán)充電，即在正常充電后，用20h的放電率放完電，再正常充足。

1.4.1蓄電池的充電種類1.4.2蓄電池的充電方法

1、定流充電

(1)定義：在充電過程中，使充電電流保持恒定的充電方法（階段性恒定）。

1、定流充電

(2)特點：a、為保持Ic恒定，充電電壓應隨時調(diào)整。

b、一般分階段進行。

c、充電時間長，效率較低。

d、適應性廣，充電效果好。

e、不同額定電壓、不同額定容量的電池可串聯(lián)在一起充電，串聯(lián)的單格電池總數(shù)不應超過n=（Ue為充電機的額定電壓）/2.7（每個單格充電電壓按2.7V計算）。確定充電電流大小時，應以最小額定容量來選定。

1.4.2蓄電池的充電方法

2、定壓充電（1）定義：在充電過程中，使充電電壓保持恒定的充電方法（無階段性）。（2）特點：a、充電設(shè)備指示電流隨充電時間而下降，直至為0b、充電時間短，效率較高。c、適應性不廣。d、相同額定電壓的蓄電池可并聯(lián)在一起充電，一般以支路單格數(shù)n×2.5V確定充電電壓的大小。1.4.2蓄電池的充電方法3．快速脈沖充電法上述兩種方法統(tǒng)稱為“常規(guī)充電”，初充電需60～70h，補充充電也需20h左右?？焖俪潆姵醭潆娦?h，補充需1h，主要用于補充充電。1.4.2蓄電池的充電方法(1)初期正脈沖充電階段，采用大電流充電(相當于額定容量的0.8～1Qe的電流)，使蓄電池在較短時間內(nèi)達到額定容量的60％左右。當單格電壓上升到2.4V，電解液開始冒氣泡時，則由控制電路控制，開始脈沖充電；(2)前停階段，即先停止充電24～30ms；(3)負脈沖瞬間放電階段，使蓄電池反向通過一個較大的脈沖電流，其脈沖寬度為150～1000μs、負脈沖電流峰值為1.5～3倍的正向充電電流；(4)后停階段，停止負脈沖瞬間放電25ms。

1.4.3蓄電池充電設(shè)備常用的充電設(shè)備有硅整流充電機、晶閘管整流充電機等。1.4.4蓄電池的充電注意事項

1.嚴格遵守各種充電辦法的操作規(guī)范，2.充電過程中，要及時檢查各單格電池電解液密度和端電壓，確定其充電程度；3.整個充電過程必須隨時測量各單格電池的溫度，以免溫度過高影響電池性能；4.初充電工作應連續(xù)進行，不可常時間間斷；5.配置和灌注電解液時，嚴格遵守規(guī)章；6.室內(nèi)充電，應旋下加液孔蓋，安裝通風設(shè)備，嚴禁煙火7.充電時應先將蓄電池連接好，然后閉合電源。停止充電，則先切斷電源開關(guān)。1.5蓄電池技術(shù)狀況檢測及常規(guī)故障診斷與排除1.5.1蓄電池的檢查1.目測或用玻璃管檢查圖1.5.1檢測電解液液面高度1.5.1蓄電池的檢查

2.用密度計測量電解液密度

圖1.5.2密度計測量電解液密度1.5.1蓄電池的檢查

3.用高率放電計檢測

圖1.5.3高率放電計項目1.5蓄電池技術(shù)狀況檢測及常規(guī)故障診斷與排除蓄電池常見故障包括內(nèi)部故障和外部故障。外部故障：外殼裂紋、極柱腐蝕、極柱松動、封膠干裂。內(nèi)部故障：極板硫化、活性物質(zhì)脫落、極板柵架腐蝕、極板短路、自行放電、極板拱曲。

1、概念：極板上生成白色的粗晶粒硫酸鉛的現(xiàn)象稱硫化。2、危害：粗晶粒硫酸鉛導電性差，正常充電很難還原，晶粒粗，體積大，堵塞活性物質(zhì)孔隙，內(nèi)阻增大。3、故障特征(1)極板上生成一層白色粗晶粒硫酸鉛；(2)放電時，內(nèi)阻大，電壓急劇下降，不能持續(xù)供給起動電流；(3)充電時，內(nèi)阻大，單格電池的充電電壓很快升達2.8V以上，密度上升慢，溫度上升快，過早出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象。(4)用高率放電計檢測時，單格電壓明顯下降。(一)極板硫化4、故障原因(1)充電不足，長期處于存放或放電狀態(tài)，放電后未及時充電；（溫度高時，PbSO4溶解，溫度低時，析出大晶粒的PbSO4于極板表面）(2)極板露出電液液面而氧化；（負極板的上部在汽車行駛過程中因巔波而時常露出液面被氧化生成粗晶粒PbSO4）(3)電解液密度過大，電池內(nèi)部易形成電位差，產(chǎn)生自放電，致PbSO4再結(jié)晶；(4)電解液不純，產(chǎn)生自放電，致PbSO4再結(jié)晶。(一)極板硫化(一)極板硫化5.預防與補救蓄電池應處于充足電狀態(tài)，放完電后應及時補充充電；電解液密度要恰當；液面高度應符合規(guī)定；已硫化的蓄電池，輕者用去硫化充電法消除，重者報廢。1.現(xiàn)象：存電很足的蓄電池停放一天后出現(xiàn)起動機轉(zhuǎn)動緩慢無力，燈光暗淡，喇叭聲小的現(xiàn)象。充足電的蓄電池每晝夜容量降低超過2%時，應視為自行放電。2.原因：①外部線路短路或未關(guān)斷；②電池表面臟污；③內(nèi)部短路（隔板損壞、活性物質(zhì)脫落）；④電液不純。（含鐵量達1%時，一晝夜電會全放完）（二)自行放電3.故障診斷與排除①清潔電池外部；②檢查電線有無接地短路處；③檢查有無用電設(shè)備未關(guān)斷；4.檢查方法：關(guān)閉全部用電設(shè)備，拆下蓄電池一個接線柱上的電線試火，若有火，為線路問題；若無火，為電池表面臟污或內(nèi)部短路。（二)自行放電5.預防①須用專用蓄電池硫酸和蒸餾水；②盛裝電解液和蒸餾水的容器須為非金屬耐酸材料制成；③保持電池表面清潔、干燥，并防止有害雜質(zhì)落入池內(nèi)。（二)自行放電1、故障特征開路端電壓過低，起動機運轉(zhuǎn)無力，充電時，溫度高、電壓低、密度上升很慢或不上升，氣泡很少、無氣泡或產(chǎn)生氣泡太晚。2、故障原因(1)活性物質(zhì)脫落過多，沉積后將正負極板連通。(2)隔板損壞而漏電或短路。3、故障排除(1)活性物質(zhì)脫落過多—放電清洗(2)隔板損壞—更換

(三)極板短路1、故障特征蓄電池輸出容量下降，充電時電解液混濁，有棕色物質(zhì)自底部上升。2.故障原因(1)充電電流過大，過充時間過長(2)低溫大電流放電，造成極板拱曲(3)汽車行駛時顛簸、振動，震落(4)電液密度經(jīng)常過大，腐蝕柵架。（四）活性物質(zhì)脫落3、排除方法解體、清洗。若活性物質(zhì)脫落較少，可封裝再用；若脫落多，則更換極板。4.要求(1)不過充；(2)充電電流不過大(3)不過放電，嚴格按規(guī)定的終止電壓放電(4)按規(guī)定使用起動機(5)調(diào)整電液面時一般要加蒸餾水，不加硫酸。（四）活性物質(zhì)脫落

1.蓄電池的正確使用；

2.蓄電池的正確維護（保養(yǎng)）；

3.干荷電蓄電池的使用與維護；1.5.4蓄電池的維護1.結(jié)構(gòu)材料特點①池殼內(nèi)裝有集氣室，以收集水蒸氣或硫酸蒸氣將其冷凝回收，避免水份和硫酸蒸發(fā)。②薄壁聚丙烯外殼，取消底部凸筋，降低極板組高度，可增加上部儲液量。1.6.1免維護蓄電池1.6新型蓄電池簡介③袋式微孔聚氯乙烯隔板，避免活性物質(zhì)脫落。④柵架采用鉛-鈣-錫合金或鉛-低銻(銻量為2%--3%)，消除或減輕銻的副作用。1.6.1免維護蓄電池1.結(jié)構(gòu)材料特點1.6新型蓄電池簡介⑤內(nèi)裝溫度補償型密度計，便于監(jiān)視儲電量和液面高度。當密度計指示器表面呈綠色時，表明存電充足；綠色面積很小或為黑色時，需補充充電；呈黃色時，表明液面過低，蓄電池已不能繼續(xù)使用，應查外殼有無裂紋。1.6.1免維護蓄電池1.結(jié)構(gòu)材料特點1.6新型蓄電池簡介2.免維護蓄電池的優(yōu)點①在規(guī)定的條件下，使用過程中不需補加蒸餾水(時間可達三四年，行駛里程可達：市區(qū)8萬公里，長途40—48萬公里)。②自放電少，僅為普通蓄電池的1/6—1/8。故兩年內(nèi)可濕式儲藏。③內(nèi)阻小，具有較高的放電電壓和較好的常溫和低溫起動性能。④耐過充電性能好，相同條件下其過充電流小，充滿后可接近零，即基本上不電解水。⑤極柱無腐蝕或腐蝕極輕。⑥耐熱、耐振性能好，壽命長(其使用壽命一般為四年，是普通蓄電池的兩倍多)。1.6新型蓄電池簡介圖1.6.1免維護蓄電池1.6.2干式荷電鉛蓄電池(極板在完全干燥狀態(tài)下能長期（一般為2年）保存轉(zhuǎn)化過程中所得到的電量)1.干荷電池的優(yōu)點其工作原理、工作特性與普通蓄電池相同，但制造工藝不同，其屬于干封帶電蓄電池。新電池按規(guī)定加足電解液后靜置20—30min即可使用，不用初充電；其儲存期比普通蓄電池長1年。1.6新型蓄電池簡介2.干荷電池的材料與制造工藝特點①在負極板的鉛膏中加入了適量的松香、油酸、脂肪酸等防氧化劑，使每粒活性物質(zhì)表面有保護膜，提高憎水性，防止鉛氧化。②在極板化成時，適當延長化成時間或反復充電、放電深化辦法，使活性物質(zhì)達到最大限度的轉(zhuǎn)化。③負極板化成后需經(jīng)嚴格的水洗與浸漬，除去殘存在負極板上的硫酸，防止海綿狀鉛硫化和干燥后貯存期發(fā)生“回潮”。④對負極板嚴格地干燥處理。單格電池電阻≮5000Ω。1.6新型蓄電池簡介圖1.6.2干荷式蓄電池1、概念：在膠體電解質(zhì)蓄電池中，電解質(zhì)是經(jīng)過凈化的硅酸鈉溶液與硫酸水溶液混合后凝結(jié)成的稠狀膠體物質(zhì)。2、優(yōu)點：電解液不會濺出；在使用維護和運輸中，活性物質(zhì)不易脫落；可延長使用壽命20%；使用中無須調(diào)整密度，只需添加蒸餾水。3、缺點：膠體電解質(zhì)電阻較大，內(nèi)阻增加，容量降低；與極板接觸不均勻，自放電較嚴重。1.6.3膠體電解質(zhì)蓄電池1.6新型蓄電池簡介圖1.6.3膠體電解質(zhì)蓄電池1.特點：具有重量輕、使用壽命長、自放電少的優(yōu)點。但是堿性蓄電池活性物質(zhì)的導電性差，而且價格比較高。2.組成：堿性蓄電池以氫氧化鉀KOH的水溶液或氫氧化鈉NaOH的水溶液為電解液，其中，以KOH的水溶液作電解液的應用最為廣泛。3.類型：堿性蓄電池的典型代表有鐵鎳蓄電池、鎘鎳蓄電池、鋅銀蓄電池等。下面僅介紹常用的鐵鎳蓄電池。1.6.4堿性蓄電池1.6新型蓄電池簡介圖1.6.4堿性電池（1）鐵鎳蓄電池1）構(gòu)成