车载蓄电池的分类、构造和使用

车载蓄电池的分类、构造与使用 （一）蓄电池分类 目前车载起动用蓄电池按结构可分为橡胶槽蓄电池和塑料槽蓄电池两种类型， 按性能可分为干荷电蓄电池和免维护蓄电池两种类型。 (1) 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。 (2) 免维护蓄电池： 蓄电池在有效使用期 ( 一般 4年 ) 内无须再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须维护蓄电池，英文名称是 Maintenance-Free Battery ，简称 MF蓄电池。 （二）蓄电池的功用 当发动机正常工作时，用电系统所需电能主要由发电机供给，蓄电池的功用有： (1) 起动发动机：当起动发动机时，向起动系统和点火系统供电。 (2) 备用供电：当发动机低速运转、发电机不发电或电压较低时，向交流发电机磁场绕组、点火系统以及其他用电设备供电。 (3) 存储电能：当发动机中高速运转、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) 协同供电：当发电机过载时，协助发电机向用电系统供电。 (5) 稳定电源电压、保护电子设备：蓄电池相当于一只大容量电容器，不仅能够保持车辆电系的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，防止损坏电子设备。 在上述功用中，起动发动机是蓄电池的主要功用。（三）蓄电池的构造 现代车载用各型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隔板结构有所不同。干荷电蓄电池的结构如图 7-1所示。 图 7-1 塑料槽蓄电池的构造 1-塑料电池槽 2- 塑料电池盖 3- 正极柱 4- 负极柱 1 ．极板 5-加液孔螺塞 6- 穿臂连条 7- 汇流条 8- 负极板 (1) 极板的结构：极板是蓄电池的核心部件，由栅架与活性物质组成。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。 栅架由铅锑合金浇铸而成，并制作成放射形状，如图 7-2所示。 免维护蓄电池采用了耗水量小、 导电性能好的铅钙锡合金栅架， 并采用热模滚压工艺制成。 耗水量 ( 即蒸馏水的消耗量 ) 是蓄电池的重要技术指标之一。 为了减少耗水量， 干荷电蓄电池普遍采用铅低锑合金栅架，免维护蓄电池普遍采用铅钙锡合金栅架。 活性物质是指极板上参加化学反应的工作物质， 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。 极板分为正极板和负极板两种。正极板上的活性物质为二氧化铅 (Pb02) ，呈深棕色。负极板上的活性物质为海绵状铅 (Pb) ，呈深灰色。目前国内外都已采用 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能量 ( 即单位质量所提供的容量 ) 和起动性能都十分有利。 (a) (b) 图 7-2 蓄电池栅架的结构(2) 干荷电极板的特点：干荷电与免维护蓄电池都需采用干荷电极板。因为二氧化铅的化学活性在空气中比较稳定， 所以正极板的荷电性能能够保持较长时间。 由于海绵状铅的表面积大、化学活性高，因此当接触空气或水时容易发生氧化，使其荷电性能降低。 (3) 极板组的结构：单片极板的荷电量是有限的，为了增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联，并用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板组，结构如图 7-3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、负极板布目互嵌合，中间插入隔板后装入电池槽内便可形成单格电池。 (a) (b) (c) 图 7-3 蓄电池极板组的结构 (a) 负极板组 (b) 正极板组 (c) 极板组嵌合情况 1-汇流条 2- 负极板 3- 正极板 4- 极柱在每个单格电池中， 负极板总比正极板多一片。 这是因为正极板上的化学反应比负极板上的化学反应剧烈， 所以将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致而造成极板拱曲。 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。现代汽车用蓄电池由 6个单格电池串联成 12V供车辆选用，如图 7-4所示。12V电系选用一只电池， 24V电系选用两只电池。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。隔板的功用就是将正、负极板隔开，防止相邻正、负极板接触而短路。 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。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，因此目前广泛使用。 图 7-4 蓄电池极板组的结构 1-极柱 2- 电池槽 3- 隔壁 4- 沉淀池 壁 5- 汇流条 6- 极板组微孔塑料和微孔橡胶隔板的结构如图 7-5a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、放电过程中的化学反应剧烈，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。 图 7-5 蓄电池隔板结构 (a) 塑料隔板 (b) 袋式隔板 免维护蓄电池普遍采用聚氯乙烯袋式隔板， 结构如图 7-5b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 电解液由密度为 1.849/ 的浓硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，电解液的相对密度为 1.23 ～1.30 。 3cm电解液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专业标准 ZBK84 003-1989{铅酸蓄电池用电解液》规定，所用硫酸必须符合国标 GB4554-1984《 蓄电池用硫酸》 规定， 所用蒸馏水必须符合专业标准 ZBK84 004— 1989《铅酸蓄电池用水》规定。由于工业用硫酸和普通水中含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，因此不能用于蓄电池。 图 7-6 穿壁连接结构 1-连条 2- 隔壁 3- 隔板 4- 汇流条4 ．壳体 蓄电池壳体由电池槽和电池盖两部分组成，其功用是盛装电解液和极板组。 目前使用的干荷电与免维护蓄电池普遍采用聚丙烯透明塑料壳体， 电池槽与电池盖之间采用热压工艺粘合为整体结构。 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，所以没有设制筋条。 蓄电池各单格电池之间采用铅质连条串联连接。 干荷电与免维护蓄电池普遍采用穿壁式点焊连接，所用连条尺寸很小，并设制在壳体内部。如图 7-6所示， 图 7-7 密封螺塞与密封盖的结构 (a) 密封螺塞 (b) 密封盖 (c) 整体蓄电池图 7-8 蓄电池的装配过程在蓄电池盖上设有加液孔，并用螺塞或盖板密封，防止电解液溢出，如图 7-7所示。旋下加液孔螺塞或打开加液孔盖板， 即可加注电解液和检测电解液的相对密度。 在加液孔螺塞和盖板上设有通气孔， 以便排出化学反应放出的氢气和氧气。 该通气小孔在使用过程中必须保持畅通，防止壳体胀裂或发生爆炸事故。蓄电池的装配过程如图 7-8所示。(a) (b) (c) (d)图 7-9 蓄电池技术状态指示器结构原理 (a) 指示器结构 (b) 存电充足 (c) 充电不足 (d) 电解液不足 5 ．蓄电池技术状态指示器 目前， 装备全密封型免维护蓄电池的车辆越来越多， 由于密封型蓄电池盖上没有设制加液孔，因此，不能用密度计测量电解液的相对密度。为了观察蓄电池的技术状况，在免维护蓄电池盖上设有一只蓄电池技术状态指示器 (Maintenance-Free Battery Indicator) ，结构如图 7-9a所示。 蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由透明塑料管、底座和两只小球 ( 一只为红色、另一只为蓝色 ) 组成，借助于螺纹安装在蓄电池盖上，两只颜色不同的小球安放在塑料管与底座之间的中心孔中， 红色小球在上、 蓝色小球在下。 由于两只小球是由密度不同的材料制成，因此，小球可随电解液的相对密度变化而上下浮动。 蓄电池技术状态指示器是根据光学折射原理来反映蓄电池技术状态的。 当蓄电池存电充足、 电解液相对密度大于 l.22 时， 两只小球向上浮动到极限位置， 经过光线折射小球的颜色，从指示器顶部观察到的结果如图 7-9b所示， 中心呈红色圆点、 周围呈蓝色圆环， 表示蓄电池技术状态良好，英文标示为“ OK”。 当蓄电池充电不足、 电解液相对密度过低时， 蓝色小球下移到极限位置， 观察结果如图7-9c 所示， 中心呈红色圆点、 周围呈无色透明圆环， 表示蓄电池充电不足， 应及时补充充电，英文标示为 “ Charging necessary ”。 当电解液液面过低时， 两只小球都将下移到极限位置， 观察结果如图 7-9d所示， 中心呈无色透明圆点、 周围呈红色圆环， 表示电解液不足， 蓄电池无法继续使用， 必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷电蓄电池上，则表示必须添加蒸馏水，英文标示为“ Add distilled water ”。 （四）蓄电池的型号与选用 根据机械工业部标准 JB2599— 1985(( 铅蓄电池产品型号编制方法》 规定， 蓄电池型号由三部分组成，各部分之间用破折号分开，型号内容及排列情况图 7-10所示。 图 7-10 蓄电池型号内容及其排列(1) 串联单格电池数：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) 电池类型：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) 电池特征：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；如为无须 ( 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 7-1所示顺序用两个代号并列表示。 表 7-1蓄电池产品特征代号 序号 产品特征 代号 7序号 产品特征 代号 1 干荷电 A 7 半密封式 B 2 湿荷电 H 8 液密式 Y 3 免维护 W 9 气密式 Q 4 少维护 S 10 激活式 I 5 防酸式 F 11 带液式 D 6 密封式 M 12 胶质电解液式 J (4) 额定容量：是指 20h放电率 ( 简称 20h率 ) 的额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为安培 . 小时 (A.h) ，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 1： 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 60A.h的起动型干荷电蓄电池。 例 2： 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 l05A.h的起动型蓄电池。 例 3： 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 l80A.h的起动型免维护蓄电池。 （五）蓄电池的技术检验与维护 蓄电池的电气性能和使用寿命不仅取决于产品结构和质量， 而且还取决于使用情况和使用过程中是否进行认真细致的维护。 1 、新蓄电池的启用 启用新蓄电池时，需要注意以下几点。 (1) 蓄电池的型号规格必须符合设计要求：一是要考虑蓄电池的容量。容量过小则无法起动发动机；二是要考虑蓄电池的外形尺寸。尺寸过大则无法安装，尺寸过小则安装不牢。(2) 必须取下加液孔盖上密封通气孔的不干胶条：蓄电池在存储过程中，为防止空气进入蓄电池内部而导致极板氧化失效， 在加液孔盖的通气孔上粘贴有不干胶条， 启用新蓄电池时，必须将其取下。否则，蓄电池充放电产生的气体不仅会使壳体胀裂，甚至还会导致蓄电池爆炸。 (3) 电解液的相对密度必须符合本地区使用要求：电解液的相对密度过低容易结冰而导致蓄电池壳体胀裂，相对密度过高会加速极板和隔板腐蚀而缩短蓄电池的使用寿命。因此，在启用新蓄电池时， 必须根据不同的使用条件来选择电解液的相对密度。 寒冷地区应当使用相对密度较高的电解液， 同一地区使用的蓄电池， 冬季电解液的相对密度应比夏季高 0.02 ～0.04 。不同地区和气温条件下，电解液的相对密度可参照表 7-2或蓄电池制造厂家的规定进行选择。 表 7-2不同地区和气温条件下电解液相对密度的选择范围 完全充电蓄电池在 25℃时电解液的相对密度 气候条件 冬 季 夏 季 冬季低于 -40℃的地区 1.30 1.26 冬季高于 -40℃的地区 1.28 1.25 冬季高于 -30℃的地区 1.27 1.24 冬季高于 -2013的地区 1.26 1.23 冬季高于 0℃的地区 1.23 1.23 (4) 电解液液面高度必须符合规定要求：液面过高时，电解液容易溢出；液面过低时，露出液面的部分极板不能参加化学反应， 蓄电池输出容量就会降低。 在蓄电池静置 30min后，由于部分电解液渗透到了极板内部， 因此电解液液面高度会有所降低， 此时应补充到规定高度。 在启用新蓄电池时， 蓄电池电解液液面的高度应保持在壳体上标示的上液面线位置， 如图 7-11所示。当壳体上没有液面线或液面看不清 ( 如蓄电池壳体为黑色 ) 时，可用孔径为 3～5mm的玻璃管进行测量，方法如图 7-12所示，先将玻璃管垂直插入蓄电池加液孔内，直到与保护网或隔板上缘接触为止，然后用拇指堵住管口，再取出玻璃管。此时，管内吸取的电解液高度即为液面高出隔板或保护网的高度，其值应为 l0 ～ 15mm。 图 7-11 电解液液面线位置(5) 存放时间过长的蓄电池需要充电之后再装车使用：干荷电和免维护蓄电池的存储时间一般为 2年。当存放时间超过规定期限时，极板在干燥状态下的荷电性能受到空气氧化的影响会大大降低，蓄电池供电能力减小，甚至不能提供足够电流来起动发动机，影响车辆的正常使用，因此，必须进行充电。 图 7-12 检查液面高度 2 、蓄电池的安装与拆卸 车用蓄电池内部电阻很小， 一旦发生短路就会形成大电流放电， 不仅损失电能， 而且还有烧坏电缆或电器线束的危险。因此，在安装蓄电池时，应先连接正极电缆，后连接负极电缆。 这是因为如果先连接负极电缆， 然后再连接正极电缆时， 万一扳手搭铁就会导致蓄电池短路放电。同理，在拆卸蓄电池时，应先拆卸负极电缆，后拆卸正极电缆。因为如果先拆卸正极电缆，当万一扳手搭铁时，就会导致蓄电池短路放电。 1 ）蓄电池的安装 将蓄电池安装到车上时，应按下述步骤进行： (1) 检查蓄电池型号规格是否适合该型车辆使用。 (2) 检查电解液的相对密度和液面高度是否符合技术要求，否则应予调整。 (3) 根据正、负极柱和正、负电缆端子的相对位置，将蓄电池安放到固定架上。 (4) 将正、 负电缆端子分别与正、 负极柱连接 ( 注意： 先连接正极电缆， 后连接负极电缆 ) 。(5) 在正、负极柱及其电缆端子上涂抹一层润滑脂，以防极柱和端子氧化腐蚀。 (6) 安装固定夹板，拧紧夹板固定螺栓。 2 ）蓄电池的拆卸 从车辆上拆卸蓄电池时，应按下述程序进行： (1) 将点火开关置于“断开 (OFF)”位置。 (2) 拆下蓄电池固定夹板的固定螺栓，取下固定夹板。 (3) 拧松蓄电池正、负极柱上的电缆接头固紧螺栓，取下电缆 ( 注意：先拆卸负极电缆，后拆卸正极电缆 ) 。 (4) 从车辆上取下蓄电池。 (5) 检查蓄电池壳体上有无裂纹和电解液渗漏痕迹，发现裂纹和渗漏应更换蓄电池。 3 、蓄电池极柱极性的识别 将蓄电池安装到车辆上使用时，需要将蓄电池的正极柱与通往起动机的、电缆 ( 即火线电缆 ) 连接，将蓄电池的负极柱与搭铁电缆 ( 即搭铁线 ) 连接。在蓄电池充电时，需要将蓄电池的正极柱与充电机的正极连接， 将蓄电池的负极柱与充电机的负极连接。 因此， 必须正确识别蓄电池极柱的极性，才能正确连接蓄电池电路。 根据国标 GB l95008.3 — 1991《起动用铅酸蓄电池端子的尺寸和标记》规定，在蓄电池正极柱上或正极柱周围的蓄电池盖上标有“ +”或“ P”标记；在负极柱上或负极柱周围的蓄电池盖上标有“ - ”或“ N”标记。对于使用一段时间后标记模糊不清难以辨别的蓄电池，可用下述方法进行判别。 (1) 观察极柱颜色进行判别：使用过的蓄电池，其正极柱呈深棕色，负极柱呈深灰色。 (2) 用直流电压表检测判别：将电压表连接蓄电池的正负极柱，按表针偏摆方向判断基正负极性。如表针正摆 ( 即向右偏摆 ) ，则表的正极所连极柱为蓄电池正极；若表针反摆 ( 即向左偏摆 ) ，则表的负极所连极柱为蓄电池正极。 (3) 用电解方法进行判别：将蓄电池的两个极柱各连接一根导线，并将导线的另一端分别插入电解液中 ( 注意导线端头切勿相碰 ) ， 此时导线端周围产生气泡较多者所连极柱即为蓄电池负极。 4 、蓄电池的正确使用 为了延长蓄电池的使用寿命，使用中应特别注意以下几点： (1) 正确使用起动机： 每次起动时间不得超过 15s； 如果一次未能起动发动机， 应休息 2min以上时间再进行第二次起动； 连续三次起动不成功时， 应查明原因， 排除故障后再进行起动。冬季冷车起动， 应先预热， 有的设备还需将发动机的负载脱开空转数转， 以减小起动阻力和起动电流，减少蓄电池的亏损。 (2) 定期补充充电：蓄电池在装车使用过程中，由于发电机对其充电的电压是按基本充足电的电压 2.4V来选择确定的， 因此， 为了防止极板硫化而缩短使用寿命， 每使用两个月必须进行一次补充充电； 如果蓄电池加注电解液后存放备用或安装在设备上停放不用时， 所以每间隔一个月时间必须进行一次补充充电，因为存放过程中蓄电池会自行放电。 (3) 安装固定牢靠：蓄电池在设备上必须固定牢靠，防止作业时振动受损。搬运蓄电池应轻搬轻放，不能在地面上拖曳。 5 、蓄电池的维护 为使蓄电池经常处于完好状态， 延长其使用寿命， 对使用中的蓄电池需要定期 (30～ 45d)进行下列维护工作。 (1) 检查调整电解液的液面高度：蓄电池就车使用过程中，电解液的液面高度应保持在蓄电池壳体上标示的上、 下液面线之间， 即液面应高出隔板或保护网 l0 ～ 15mm。 当液面过低时，应补充蒸馏水。除确知液面降低是由电解液溅出所致外，不允许补充硫酸溶液。这是因为电解液液面正常降低是由电解液中蒸馏水电解和蒸发所致。 (2) 检测蓄电池电解液的相对密度： 电解液的相对密度可用吸式密度计或光学检测仪器进行检测。 用吸式密度计检测电解液相对密度的方法如图7-13所示， 先用拇指适当压下橡胶囊后再将密度计的橡胶吸管插入电解液中，然后缓慢放松拇指， 使电解液吸人玻璃管中， 吸人玻璃管中电解液的多少以使浮子浮起为准， 此时液面与浮子相交的刻度即为电解液的相对密度值。 因为相对密度的大小与温度密切相关， 所以， 在测量电解液的相对密度时， 必须同时测量电解液的温度， 以便利用相对密度的计算公式将不同温度时测图 7-13 测量电解液的相对密度和温度得的相对密度值换算成标准温度 (25℃ ) 时的相对密度值。 (3) 检查蓄电池的密度变化，判断蓄电池放电程度：由蓄电池恒流放电特性可知，电解液的相对密度与放电时间成直线规律下降。 因此， 蓄电池的放电程度可以通过检测电解液的相对密度进行换算。 实践证明： 蓄电池从充足电到放电终了， 其电解液的相对密度下降约为0.16 。因此，电解液的相对密度每下降 0.04 ，相当于蓄电池放电约 25％。当冬季放电程度超过 25％，夏季放电程度超过 50％ ( 密度下降 0.08) 时，就应对蓄电池进行补充充电。 (4) 检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅通：如果通气孔通气不畅，蓄电池内部化学反应产生的气体就可能将壳体胀裂甚至引起爆炸事故。 (5) 检查并清洁蓄电池：检查蓄电池槽表面有无电解液渗漏痕迹，发现渗漏应更换蓄电池。 清除蓄电池盖上的灰尘和泥土， 擦去电池盖上的电解液； 清除正负极柱和电缆接头上的氧化物。 (6) 检查蓄电池安装与连接是否牢靠：检查蓄电池固定是否牢靠，正负极柱与电缆接头连接是否可靠紧固。 实践证明： 在蓄电池正负极柱与电缆接头之间， 容易产生氧化物而导致接触电阻增大，当起动发动机时，接触电阻就会产生较大压降，使起动机两端的电压降低、起动电流减小而不能起动发动机。 因此， 蓄电池正负极柱与电缆接头可靠连接， 是保证发动机顺利起动的必要条件之一。