电气系统-蓄电池

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所属分类:电气系统

  1.蓄电池的功能

  蓄电池俗称电瓶,是一种可逆的直流电源,它既可以将化学能转化为电能,也可以将电能转化为化学能。其功能主要表现在以下几个方面:

  (1)起动发动机时,向起动机提供强大的电流,并向起动系统、点火系统等用电设备供电。

  (2)当发动机产生故障不能供电时,向用电设备供电。

  (3)当发电机超负荷时,协助发电机供电。

  (4)当发电机正常工作时,储存多余的电能。

  (5)当发电机转速或负荷变化时,保持电路电压的稳定。

  2.蓄电池的结构

  汽车用蓄电池多为铅酸蓄电池(也称铅蓄电池)。普通蓄电池主要由极板、隔板、电解液、外壳、极柱、联条等部分组成。每个蓄电池由若干个单格电池组成,12V蓄电池由六个单格电池串联而成,每个单格电池电压为2.1V。

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  (1)极板:极板是蓄电池的核心,由栅架和活性物质组成。活性物质填充在铅锑合金铸成的栅架上。正极板上的活性物质是褐色的二氧化铅(PbO}sub}2}/sub}),负极板上的活性物质是青灰色海绵状纯铅(Pb)。

  (2)隔板:为减小蓄电池的内阻和体积,防止正、负极板接触而短路,通常在正、负极板之间插入隔板。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。

  (3)电解液:电解液在蓄电池的化学反应中起重要作用。它由相对密度为1.84的纯硫酸与蒸馏水按一定比例配置而成,相对密度一般在1.24~1.30之间。

  (4)外壳:用来盛装电解液和极板组,多采用整体式结构可拆修性较差。

  (5)极柱:极柱分为正极柱和负极柱,用铅锑合金浇铸,一般正极柱粗些。使用时应注意防护,防止极柱被腐蚀或氧化。

  (6)联条:由于各个单格电池相互串联,各单格电池间需要与极柱熔焊在一起的连接板条连接,这种连接板条就称为联条。单格电池现多采用穿壁式串联方式。

  (7)加液孔盖:用来添加电解液并防止电解液溅出,位于外壳盖上,它的上面开有通气孔来排出电解过程中产生的H}sub}2}/sub}和O}sub}2}/sub},还装有氧过滤器以减少水的消耗。

  3.蓄电池的型号

  依据机械工业部JB/T 2599-2012《铅酸蓄电池名称、型号编制与命名办法》规定,国产铅蓄电池的型号一般分为三部分,标注在外壳上。其型号含义和排列。

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  第一部分:用阿拉伯数字表示该蓄电池所包含的串联单格数。例如,“3”表示3个单格电池,额定电压为6V;“6”表示6个单格电池,额定电压为12V。

  第二部分:用大写字母表示该蓄电池的电池类型和特征代号。

  电池类型主要根据用途来划分。如“Q”表示起动用蓄电池;“M”表示摩托车用蓄电池。蓄电池的特征代号见表2-1。无字母表示为普通蓄电池。

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  第三部分:用阿拉伯数字表示该蓄电池的额定容量。我国规定用20h放电率的额定容量来定义,单位为A·h(安培·小时),额定容量越大表示其起动能力越强。

  注意:当需要标志蓄电池所需使用的特殊环境时,应按照有关标准及规程要求,在蓄电池型号的末尾和有关技术文件上做明显标志。

  例如,6-Q-105型蓄电池表示是由6只单格电池串联而成,额定电压为12V,额定容量为105 A·h的起动型蓄电池;6-QW-60G型蓄电池表示是由6个单格电池串联而成,额定电压为12V,额定容量为60 A·h的起动型免维护高起动率蓄电池。

  4.蓄电池的工作原理

  蓄电池的工作原理实际上是化学能与电能的相互转化。蓄电池将化学能转化为电能而向外供电的过程,称为放电过程;相反,蓄电池将电能转化为化学能而储存起来的过程,称为充电过程。蓄电池的充放电过程。

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  充电过程的化学反应为:2PbSO}sub}4}/sub}+2H}sub}2}/sub}O→PbO}sub}2}/sub}+Pb+2H}sub}2}/sub}SO}sub}4}/sub}

  放电过程的化学反应为:PbO}sub}2}/sub}+Pb+2H}sub}2}/sub}SO}sub}4}/sub}→2PbSO}sub}4}/sub}+2H}sub}2}/sub}O

  由以上反应可知,蓄电池在充电过程中生成了硫酸而消耗了水,电解液密度增大;蓄电池在放电时消耗了硫酸而生成了水,电解液密度减小。因此,通过测量蓄电池电解液的密度可以了解蓄电池的充放电状况。

  5.蓄电池的故障分析

  蓄电池的故障可分为外部故障和内部故障。其外部故障主要有外壳裂纹、封口胶干裂、极柱腐蚀和松动;内部故障主要有极板硫化、自行放电、极板短路和极板活性物质脱落。下面详细介绍蓄电池的内部故障。

  1)极板硫化

  (1)故障现象:内阻显著增大,极板上生成白色粗晶粒硫酸铅的现象称为硫酸铅硬化,简称“硫化”。极板硫化主要发生在负极板上,是导致蓄电池寿命终止的主要原因。

  (2)故障特征:① 极板颜色不正常;② 放电时端电压下降快,充电时端电压上升快,电池容量降低;③ 电解液密度低于正常值,充电时密度增加很慢;④ 充电时单格电压上升很快或单格电压过高(2.8~3.0V);⑤ 易早沸腾。

  (3)故障主要原因:① 蓄电池长期充电不足或放电后不及时充电,当温度变化时,硫酸铅发生再结晶;② 蓄电池液面过低,极板上部发生氧化后与电解液接触,生成粗晶粒硫酸铅;③电解液密度过高;④ 电解液中含有较多杂质;⑤ 气温变化剧烈。

  (4)故障处理方法:① 程度轻的采用过充电法;② 程度较严重的采用小电流长时间过充电法;③ 程度严重的采用水处理法。

  (5)防硫化措施:① 保证蓄电池经常处于充足电状态;②汽车上的蓄电池定期送充电间彻底充电;③ 放完电的蓄电池在24h内送充电间充电;④ 电解液液面高度应符合规定。

  2)自行放电

  (1)故障现象:充足电的电池,30天内,每昼夜容量降低超过2%。

  (2)故障特征:电池不用时,电能自行消耗。

  (3)故障主要原因:① 使用因素包括电解液杂质过多、电解液密度偏高、电池表面不清洁、电池长期不用;② 结构因素包括未使用专用硫酸配制电解液、配制用器皿为非耐酸材料且不防脏物掉入的材料、电池盖和电池塞未装好、未经常清洁表面且保持干燥。

  (4)故障处理方法:对于自放电严重的蓄电池,若是因为电解液不纯引起的自放电,可以将蓄电池完全放电或过度放电,使极板上的杂质进入电解液,然后将电解液倒出,用蒸馏水将蓄电池仔细清洗干净,最后加入新电解液重新充电。

  3)极板短路

  (1)故障现象:无法起动;蓄电池无电压。

  (2)故障特征:① 充电时电解液温度迅速升高;② 电压和密度上升很慢;③ 充电末期气泡很少;④ 高率放电计试验时,电压迅速下降;⑤ 易早沸腾。

  (3)故障主要原因:① 隔板损坏;② 极板拱曲;③ 活性物质大量脱落。

  (4)故障处理方法:解体、更换极板或隔板。

  4)极板活性物质脱落

  (1)故障现象:蓄电池的电解液浑浊,有褐色物质浮出。活性物质脱落主要在正极板上发生,是蓄电池过早损坏的主要原因之一。

  (2)故障特征:① 蓄电池的容量明显下降;② 充电时,单格电池的端电压上升快,电解液过早出现沸腾现象,电解液密度不能达到规定的最大值;③ 放电时,蓄电池的容量明显下降。

  (3)故障主要原因:① 充电电流过大;② “过充”时间长:电解H}sub}2}/sub}O→产生H}sub}2}/sub}↑和O}sub}2}/sub}↑→冲击极板上的活性物质;③ 低温大电流放电造成极板拱曲;④ 电解液不纯;⑤ 汽车行驶时颠簸、振动。

  (4)故障处理方法:① 程度轻的采用清洗后更换电解液的方法;② 程度严重的采用更换极板或直接报废的方法。

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