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汽车电工新手入门教程(上)
来源:本站整理  作者:佚名  2014-03-22 10:43:12




    第三章 蓄电池
    第一节蓄电池构造
    一、蓄电池功用

    汽车配装有蓄电池和发电机两个直流电源,整车用电设备均与两个直流电源并联连接,电路如图3-1所示。当发动机正常工作时,用电设备所需电能主要由发电机供给。蓄电池的功能如下。

   (1)发动机起动时,向起动机和点火系统供电。
   (2)发动机低速运转、发电机不发电或电压较低时,向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。
   (3)发动机中高速运转、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)发电机过载时,协助发电机向用电设备供电。
   (5)蓄电池相当于一只大容量电容器,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。
    当接通起动开关起动发动机时,蓄电池在3~5s内必须连续向起动机供给强大电流(汽油发动机汽车一般为200~600A;柴油发动机汽车一般为800~1000A),根据这一工作特点,对汽车用蓄电池的主要要求是:容量大、内阻小,以保证蓄电池具有足够的起动能力。如果蓄电池容量不足或内阻过大,那么就不能供给强大电流,发动机就不能起动。

    二、蓄电池分类
    蓄电池是一种可逆的低压直流电源,既能将化学能转换为电能,也能将电能转换为化学能。蓄电池分为碱性蓄电池和酸性蓄电池两大类。碱性蓄电池的电解液为化学纯净的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。酸性蓄电池的电解液为化学纯净的硫酸溶液。因为酸性蓄电池极板上活性物质的主要成分是铅,所以称为铅酸蓄电池
    由于铅酸蓄电池具有内部电阻小、输出电压稳定、制造成本低、原材料丰富等突出优点,因此汽车普遍采用。汽车配装蓄电池的主要目的是起动发动机,所以汽车用铅酸蓄电池称为起动型铅酸蓄电池,简称为蓄电池
    汽车用蓄电池按其结构可分为橡胶槽蓄电池和塑料槽蓄电池两类,按其性能可分为湿荷电蓄电池、干荷电蓄电池和免维护蓄电池三类。现代汽车普遍采用干荷电与免维护蓄电池
    1.湿荷电蓄电池
    蓄电池加注电解液后,极板才能保存充电过程中所得电量的蓄电池称为湿式荷电蓄电池,简称湿荷电蓄电池
    2.干荷电蓄电池
    极板在干燥状态下,能在较长时间(一般2年)内保存制造过程中所得电量的蓄电池称为干式荷电蓄电池,简称干荷电蓄电池
    3.免维护蓄电池
    蓄电池在有效使用期(一般4年)内无需进行添加蒸馏水等维护工作的蓄电池称为免维护蓄电池或无需维护蓄电池,英文名称为Maintenance-Free Battery,简称MF蓄电池。
    三、蓄电池结构
    蓄电池主要由极板、隔板、电解液、壳体、联条和极柱组成。现代汽车用蓄电池由6个单格电池串联而成。每个单格电池的电压约为2V,串联成12V以供汽车选用。12V电气系统汽车选用一只电池;24V电气系统汽车选用两只电池。各型汽车用蓄电池的构造基本相同,都是由极板、隔板、电解液和壳体四部分组成。干荷电蓄电池的主要特点是极板制造工艺有所不同,免维护蓄电池的主要特点是极板材料和通气装置有所不同。上海桑塔纳轿车用干荷电蓄电池的构造如图3-2所示。

    1.极板
    极板是蓄电池的核心部分。在蓄电池充放电过程中,电能与化学能的相互转换依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸产生化学反应来实现。
    极板由栅架和活性物质组成。活性物质是指极板上参与化学反应的物质,主要由铅粉与一定密度的稀硫酸混合而成。铅粉是活性物质的主要原料,由铅块放入球磨机研磨而成。
栅架由铅锑合金或铅钙锡合金浇铸或滚压而成,形状如图3-3所示。在湿荷电蓄电池栅架中,含锑量为6%^'8.5%。加锑的目的是改善浇铸性能和提高机械强度。但锑有副作用,会加速氢的析出而加速电解液中蒸馏水的消耗,还易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池自放电和栅架膨胀、溃烂,缩短蓄电池的使用寿命。目前,国内外汽车蓄电池大都采用干荷电蓄电池和免维护蓄电池,前者的栅架采用铅低锑(含锑量小于3%)合金浇铸,后者的栅架采用铅钙锡合金浇铸,从而可大大减少电解液中蒸馏水的消耗。

    极板分为正极板和负极板两种。将铅粉与稀硫酸混合成膏状涂在栅架上即得生极板,生极板经热风干燥,再放入稀硫酸中进行化成(在蓄电池生产工艺中,对极板进行充电的过程称为“化成”,一般充电18~20h)处理便可得到正极板和负极板。正极板上的活性物质为二氧化铅(PbO2),呈深棕色;负极板上的活性物质为海绵状纯铅
(Pb),呈深灰色。
    为了提高负极板上活性物质的多孔性,防止其在使用过程中产生硫化,常在负极板的铅膏中加入少量腐殖酸、硫酸钡、木素磺酸钠和木素磺酸钙等添加剂。其中,木素磺酸钠和木素磺酸钙对改善蓄电池的低温起动性能有显著效果。
    目前,国内外都采用1.1~1.5mm厚的薄型极板(正极板比负极板稍厚)。薄型极板对提高蓄电池的比容量(即单位尺寸所提供的容量)和起动性能都十分有利。
    将一片正极板和一片负极板浸入电解液中,便可得到2V左右的电压。为了增大蓄电池的容量,将多片正、负极板分别并联,用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板组,其结构如图3-4所示。汇流条上浇铸有极柱;各片极板之间留有空隙。安装时,各片正负极板相互嵌合,中间插入隔板后装入电池槽内便形成单格电池。

    在每个单格电池中,负极板总比正极板多一片。如东风EQ 1090型载货汽车用6-QA-105型蓄电池的每个单格电池中,正极板为7片,负极板则为8片。因为正极板上的化学反应比负极板上的化学反应剧烈,所以正极板夹在负极板之间,可使其两侧放电均匀,防止活性物质体积变化不一二致而造成极板拱曲。
    蓄电池的额定容量可按单格电池内正极板的额定容量来计算。因为单格电池内各片正极板均并联,所以蓄电池的额定容量q。(即20h率额定容量)等于每片正极板的额定容量CS乘以单格电池内正极板片数n,即
                                    C20=CS·n
    例如:东风EQ 1090型载货汽车用6-QA-105型蓄电池每个单格电池有正极板7片,每片正极板的额定容量为15Ah,所以该电池的额定容量为
                          C20=CS·n=15×7=105(Ah)
2.隔板
    为了减小蓄电池内阻和尺寸,正、负极板应尽可能靠近。为了防止相邻正、负极板彼此接触而短路,正、负极板之间要用隔板隔开。隔板应具有多孔性,以便电解液渗透,还应具有良好的耐酸性和抗氧化性。
    隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。木质隔板耐酸性能差,在硫酸作用下容易炭化和变脆,且消耗木材不符合保护环境的时代发展潮流,因此已不再使用。微孔橡胶和微孔塑料隔板耐酸、耐高温性能好、寿命长,且成本低,因此目前使用广泛。
    微孔橡胶和微孔塑料隔板的结构如图3-5(a)所示。安装隔板时,带槽一面应面向正极板,且沟槽必须与壳体底部垂直。因为正极板在充、放电过程中化学反应剧烈,沟槽能使电解液上下流通,也能使气泡沿槽上升,还能使脱落的活性物质沿槽下沉。

    免维护蓄电池采用了袋式聚氯乙烯隔板,结构如图3-5(b)所示。使用时,正极板被隔板袋包住,脱落的活性物质保留在袋内,不仅可以防止极板短路,而且可以取消壳体底部凸起的筋条,使极板上部容积增大,从而增大电解液的储存量。

    3.电解液
    电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。相对密度一般为1.23g/cm3~1.30g/cm3。电解液的纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重要因素。因此蓄电池用电解液必须符合JB/T 10052-2010《铅酸蓄电池用电解液》规定,所用硫酸必须符合HG/T 2692-2007《蓄电池用硫酸》规定,所用蒸馏水必须符合JB/T 10053-2010《铅酸蓄电池用水》规定。工业用硫酸和普通水中铜、铁等杂质较多,会加速自放电,故不能用于蓄电池
    4.壳体
    蓄电池壳体由电池槽和盖组成,其功能是盛装电解液和极板组。壳体有硬橡胶和聚丙烯塑料壳体两种,前者用于湿荷电蓄电池,后者用于干荷电和免维护蓄电池
    壳体应耐酸、耐热、耐振动冲击。塑料壳体不仅耐酸、耐热、耐振动冲击,而且壳壁薄而轻(厚约2mm,硬橡胶壳体一般为5mm)、易于热封合,外形美观、透明,成本低、生产效率高,目前在国内外蓄电池中得到广泛应用。
    电池槽由隔壁分成6个互不相通的单格,底部制有凸起的筋条,以便放置极板组。筋条与极板底缘组成的空间可以积存极板脱落的活性物质,防止正、负极板短路。对于采用袋式隔板的免维护蓄电池,因为脱落的活性物质存积在袋内,所以不必设置筋条。
    蓄电池盖有硬橡胶盖和聚丙烯耐酸塑料盖两种。前者与硬橡胶电池槽配用,电池盖与电池槽之间的缝隙用沥青封口剂填封。后者与聚丙烯耐酸塑料电池槽配用,电池盖与电池槽之间采用热压工艺粘合为整体结构。
    在蓄电池盖上,每个单格电池都设有一个加液孔。旋下加液孔盖,可以加注电解液或检测电解液密度;孔盖上设有通气孔,该小孔应保持畅通,以便排出化学反应放出的氢气和氧气,防止外壳胀裂或发生爆炸事故。
    对于全密封型免维护蓄电池,由于蓄电池盖上没有设置加液孔,因此不能用传统的密度计测量电解液的相对密度,为此在这种免维护蓄电池上设有一只小型密度计来指示蓄电池的技术状况,如图3-6所示。在内装式密度计中设有一根透明塑料管,透明塑料管伸入电解液中,下端连接一个笼子,笼子中有一个绿色小球。蓄电池充电程度(或电解液密度)的变化时,绿色小球在笼子中就会上下移动。当相对密度大于1.22(充电程度65%以上)时,绿色小球上升至笼子顶部并与透明塑料管下端接触,从蓄电池盖上玻璃管顶端的观察孔中就会看到绿色亮点,表示蓄电池技术状态良好,如图3-6(b)所示;如果看不到绿点而显示为浅绿色,如图3-6(c)所示,说明小球位置下降,表示电解液密度降低,蓄电池充电不足,应及时充电;如果观察到浅黄色或无色,如图3-6(d)所示,说明电解液液面已下降到笼子底部,表示蓄电池己无法正常工作,必须更换新品。

    5.联条和极柱
    一只蓄电池一般由3个或6个单格电池串连而成,额定电压分别为6V或12V。单格电池的串联方法一般有传统外露式铅连接条连接、内部穿壁式连接和跨越式三种方式,如图3-7所示。

    早期的蓄电池大多数采用传统外露式铅连接条连接,图3-7(a)这种连接方式工艺简单,但耗铅量多,连接电阻大,因而起动时电压降大、功率损耗也大,且易造成短路。新型蓄电池则采用先进的穿壁或跨接式连接方式。穿壁式连接如图3-7(b)所示,它是在相邻单格电池之间的间壁打孔供连接条穿过,将两个单格电池的极板组极柱连焊在一起。跨接式连接如图3-7(c)所示,在相邻单格电池的间壁上边留有豁口,连接条通过豁口跨越间壁将两个单格电池的极板组极柱相连接,所有连接条均布置在整体盖的下面。
    穿壁式和跨接式连接方式与传统外露式铅连接条连接方式相比,有连接条短、省材料、电阻小、启动性能好等优点,且连接条损耗减少80%,端电压提高0.15~0.4V,节省材料约50%以上,因而得到广泛应用。
    极柱有正、负极柱两种,各一个,一般在蓄电池的上部。按其形状不同分为圆柱式和接片式两种。

    四、蓄电池型号与选用
    根据JB/T 2599-2012《铅酸蓄电池名称、型号编制与命名方法》规定,蓄电池型号由三部分组成,各部分之间用破折号分开,其内容及排列如图3-8所示。

    1.单格数
    蓄电池型号单格数指一个整体壳体内所包含的单格电池数目,用阿拉伯数字表示。
    2.类型代号
    根据蓄电池主要用途划分,起动型蓄电池用Q表示,代号Q是汉字“起”的第一个拼音字母。
    3.特征代号
    为附加部分,仅在同类用途的产品具有某种特征,而在型号中又必须加以区别时采用。如为干荷电蓄电池,则用汉字“干”的第二个拼音字母“A”表示;如为无需(免)维护蓄电池,则用“无”字的第一个拼音字母“W”来表示。当产品同时具有两种特征时,原则上应按表3-1所示顺序用两个代号并列表示。



    4.额定容量
    蓄电池型号中额定容量是指20h率额定容量,用阿拉伯数字表示,单位为安培·小时(从),在型号中可略去不写。
    5.特殊性能
    在产品具有某些特殊性能时,可用相应的代号加在型号末尾表示。如“G”表示薄型极板的高起动率电池,“S”表示采用工程塑料外壳与热封合工艺的蓄电池
    【例3-1】东风EQ2102型越野汽车用6-QW 180型蓄电池:表示由6个单格电池组成,额定电压为12V,额定容量为180Ah的起动型免维护蓄电池
    【例3-2】北京BJ2020型吉普车用6-QA-60型蓄电池:表示由6个单格电池组成,额定电压为12V,额定容量为60Ah的起动型干荷电蓄电池
    【例3-3】东风EQ 1090型载货汽车用6-Q-105型蓄电池:表示由6个单格电池组成,额定电压为12V,额定容量为105Ah的起动型蓄电池
    在选择蓄电池时,根据GB5008.2-2013《起动用铅酸蓄电池第2部分:产品品种规格和端子尺寸、标记》规定选用,塑料槽上固定式蓄电池品种和规格见表3-2;塑料槽下固定式蓄电池品种和规格见表3-3。




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