汽車電器論文：蓄電池的改進(jìn)

1、汽車工程系教學(xué)課程論文課程論文題目：蓄電池的改進(jìn)系別： 專業(yè)： 年級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 2015年XX月XX日序言本論文主要講述汽車蓄電池的工作原理、使用和維護(hù)以及日常小常識(shí)。鉛蓄電池已成為大多數(shù)人生活中的必需品。汽車、摩托車、助力車、電動(dòng)車等交通工具中，鉛蓄電池是他們組成部分中不可或缺的重要部件。汽車蓄電池可分為傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池和免維護(hù)型蓄電池。實(shí)踐證明，由于汽車的保有量的增加，電子控制的先進(jìn)化，人們對(duì)蓄電池的使用、維修 工作的認(rèn)識(shí)度不深，是廣大汽車使用人員掌握和提高對(duì)蓄電池這方面的深度認(rèn)識(shí)，也就顯得十分必要了。 由于本人水平有限，論文中有不足之處敬請(qǐng)指導(dǎo)老師給出指正，以便在今后努力學(xué)習(xí)。&

2、#160;蓄電池的未來(lái)發(fā)展摘要隨著現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)的不斷升級(jí)，而目前所普遍采用的汽車電器的輔助電源仍是鉛酸蓄電池。而隨著電氣設(shè)備數(shù)量的增加、純電動(dòng)汽車的推廣以及環(huán)境污染加重，鉛酸蓄電池更需要進(jìn)一步改進(jìn)與升級(jí)，從而為汽車性能的改進(jìn)、拓展蓄電池發(fā)展空間以及倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略方針打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)單介紹鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，對(duì)汽車蓄電池的改進(jìn)與發(fā)展方向進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞：蓄電池、改進(jìn)、發(fā)展方向目錄1. 引言12. 汽車蓄電池12.1. 概述、分類及功能.12.2. 鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)及工作原理.12.2.1. 蓄電池概述12.2.2. 鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)組成12.2.3. 鉛酸蓄電池工作

3、原理23. 汽車蓄電池的常見(jiàn)故障及分析.24. 蓄電池修復(fù)方法35. 汽車蓄電池的改進(jìn)免維護(hù)蓄電池（MF）與干荷蓄電池.45.1. 免維護(hù)蓄電池（MF）.45.1.1. 概念及結(jié)構(gòu)特征45.1.2. 優(yōu)勢(shì).45.2. 干荷蓄電池.55.2.2概念及結(jié)構(gòu)特征.55.2.3優(yōu)勢(shì).56. 汽車蓄電池的未來(lái)發(fā)展方向.5 6.1. 混合動(dòng)力汽車的出現(xiàn)與蓄電池的發(fā)展關(guān)系.5 6.1.1概述及性能要求.5 6.2. 各類車用電池的性能比較.67.總結(jié).78.參考文獻(xiàn).81.引言自1859年法國(guó)科學(xué)家普蘭特發(fā)明了鉛酸蓄電池，至今正好有一個(gè)半世紀(jì)的歷史。多年來(lái)鉛酸蓄電池歷經(jīng)了許多重大的改進(jìn)，由于制造工藝及相關(guān)配

4、套技成熟，具有價(jià)格便宜、規(guī)格齊全、原料易得、使用可靠、溫度特性好、可大電流放電等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多重要領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是現(xiàn)如今隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于能量較低、充電速度慢（相對(duì)而言）、壽命較短以及對(duì)環(huán)境污染較大，已逐漸被其他蓄電池所取代。2.汽車蓄電池2.1.概述、分類及功能 .概述：在汽車上，蓄電池和發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，蓄電池是汽車的輔助電源。蓄電池是一種可逆的低壓直流電源。既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 .分類：汽車用蓄電池分堿性蓄電池和酸性蓄電池兩大類。堿性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。酸性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈

5、的硫酸溶液。按結(jié)構(gòu)可分為橡膠槽蓄電池和塑料槽蓄電池兩類。按性能可分為干荷蓄電池和免維護(hù)蓄電池。 .功能：（1） 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，向起動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火系供電；（2） 備用供電：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)不發(fā)電或電壓較低時(shí)，向交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組、點(diǎn)火系統(tǒng)以及其他用電設(shè)備供電。（3）儲(chǔ)存電能：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)正常供電時(shí)，將發(fā)電機(jī)剩余電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。（4）協(xié)同供電：當(dāng)用電設(shè)備過(guò)多，當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)載時(shí)，協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電系統(tǒng)供電。（5）穩(wěn)定電源電壓，保護(hù)電子設(shè)備：蓄電池相當(dāng)于大容量電容器，不僅能夠保持汽車電氣系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，還能夠吸收電路中的瞬時(shí)過(guò)電壓，防止損壞電子設(shè)備。2.2.蓄電池的結(jié)構(gòu)及其工作

6、原理2.2.1.蓄電池的概述：蓄電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置，屬于可逆的直流電源。它由極板、極柱、隔板、外殼、電解液、連接條等部分組成。其放電的化學(xué) 反應(yīng)是依靠正極板活性物質(zhì)(二氧化鉛和鉛)和負(fù)極板活性物質(zhì) (海綿狀純 鉛)在電解液(稀硫酸溶液)的作用下進(jìn)行，2.2.2.蓄電池的結(jié)構(gòu)組成：極板。極板是蓄電池的核心，由柵架和活性物組成?；钚晕镔|(zhì)填充在鉛銻合金鑄成的柵架上。正極板上的活性物質(zhì)是褐色的二氧化鉛，負(fù)極板上的活性物質(zhì)是青灰色海綿狀鉛。隔板。為減小蓄電池的內(nèi)阻和體積，防止正負(fù)板接觸而短路，通常在正負(fù)極板之間插入隔板。電解液。電解液在蓄電池的化學(xué)反應(yīng)中起重要作用。它由相對(duì)密度為1.84

7、的純硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。外殼。外殼用來(lái)盛裝電解液和極板組，多采用整體式結(jié)構(gòu)，可拆修性較差。其他部件。極柱、聯(lián)條、加液孔蓋、封口料。2.2.3.鉛酸蓄電池工作原理：蓄電池的工作原理實(shí)際上是化學(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化。蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能而向外供電的過(guò)程，稱為放電過(guò)程；相反，蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存起來(lái)的過(guò)程，成為充電過(guò)程。電化學(xué)反應(yīng)方程式：PbO2 + 2H2SO4 +Pb PbSO4+ 2H2O+ PbSO4 （正極板）（電解液）（負(fù)極板） （正極板）（電解液）（負(fù)極板）負(fù)極板：鉛溶于電解液中，失電子生成Pb2+ Pb-2ePb2+ 電子留在負(fù)極板上，和Pb2+吸引，使負(fù)極具

8、有負(fù)電位，為-0.1V。 正極板：PbO2 溶于電解液 PbO2 + 2H2SO4Pb(OH)4 Pb(OH)4Pb4+ + 4OH- OH-留在電解液中，Pb4+ 沉附在正極表面,使正極板有+2.0V 在外電路未接通時(shí)，反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，靜止電動(dòng)勢(shì)為： E=2.0(0.1)=2.1V 2放電過(guò)程 將蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程稱為放電過(guò)程。  3.汽車蓄電池的常見(jiàn)故障及分析蓄電池的故障可分為外部故障和內(nèi)部故障：外部故障主要有外殼裂紋、封口膠干裂、極柱腐蝕和松動(dòng)；內(nèi)部故障主要有極板硫化、自行放電、極板短路和極板活性物質(zhì)脫落。下面介紹蓄電池的內(nèi)部故障（如下圖表1）故障現(xiàn)象故障特征故

9、障主要原因故障處理方法極板硫化內(nèi)阻顯著增大，極板上生成白色粗晶粒硫酸鉛的現(xiàn)象稱為硫酸鉛硬化，簡(jiǎn)稱“硫化”。極板硫化主要發(fā)生在負(fù)極板上，是導(dǎo)致蓄電池壽命終止的主要原因極板顏色不正常；放電時(shí)，端電壓下降快，充電時(shí)，端電壓上升快；電池容量降低；電解液密度低于正常值；充電時(shí)密度增加緩慢；充電時(shí)單格電壓上升很快；單格電壓過(guò)高（2.83.0V）；易早沸騰蓄電池長(zhǎng)期充電不足或放電后不及時(shí)充電，當(dāng)溫度變化時(shí)，硫酸鉛發(fā)生再結(jié)晶；蓄電池液面過(guò)低，極板上部發(fā)生氧化后與電解液接觸，生成粗晶粒硫酸鉛；電解液密度過(guò)高；電解液含有較多雜質(zhì)；氣溫變化劇烈。輕度故障：過(guò)充電法；中等程度故障：小電流長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充電法；重度故障：水處

10、理法；防硫化措施：保證蓄電池經(jīng)常處于充足電狀態(tài)；汽車上的蓄電池定期送充電間徹底充電；放完電后的蓄電池在24h內(nèi)送充電間充電。自行放電充足電的電池，30天內(nèi)，每晝夜容量降低超過(guò)2%電池不用時(shí)，電能自行消耗使用因素：電解液雜質(zhì)過(guò)多；電解液密度偏高；電池表面不清潔；電池長(zhǎng)期不用；結(jié)構(gòu)因素：未使用專用硫酸配置電解液；配置用器皿為非耐酸材料，且能防臟物掉入；電池蓋和電池塞未裝好；未經(jīng)常清潔表面且保持干燥對(duì)于自行發(fā)電嚴(yán)重的蓄電池，若是因?yàn)殡娊庖翰患円鸬淖苑烹?，可以將蓄電池完全放電或過(guò)度放電，使極板上的雜質(zhì)進(jìn)入電解液，然后將電解液倒出，用蒸餾水將蓄電池仔細(xì)清洗干凈，最后加入新電解液重新充電極板短路極板短路

11、；蓄電池?zé)o電壓充電時(shí)電解液溫度迅速升高；電壓和密度上升很慢；充電末期氣泡很少；高率放電計(jì)試驗(yàn)時(shí)，電壓迅速下降；易早沸隔板損壞；極板拱曲；活性物質(zhì)大量脫落解體、更換極板或隔板極板活性物質(zhì)脫落蓄電池的電解液渾濁，有褐色物質(zhì)浮出?；钚晕镔|(zhì)脫落主要在正極板上發(fā)生，是蓄電池過(guò)早損壞的主要原因之一蓄電池的容量明顯下降；充電時(shí)，單格電池的端電壓上升快，電解液過(guò)早出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，電解液密度不能達(dá)到規(guī)定的最大值；放電時(shí)，蓄電池的容量明顯下降充電電流過(guò)大；“過(guò)充”時(shí)間長(zhǎng)；低溫大電流放電，造成極板拱曲；電解液不純；汽車行駛時(shí)顛簸、振動(dòng)輕度故障：清洗后更換電解液；重度故障：更換極板或直接報(bào)廢（接上表）表14.蓄電池的修

12、復(fù)方法4.1“天天用車，天天充電”。鉛酸蓄電池沒(méi)有記憶，至所以容量快速 減少主要是蓄電池硫化和“失水”、“虧電”等一些原因，蓄電池最怕的 就是“虧電”欠壓，蓄電池?！疤濍姟?，電池極板極易受傷，我們調(diào)查發(fā) 現(xiàn)有高達(dá) 70%的電動(dòng)車電池容量減少電極板被放電時(shí)的強(qiáng)電流（啟動(dòng)電流） 拉傷所致（電摩尤其明顯），電極板拉傷屬于電池物理?yè)p傷，這種損傷無(wú) 法修復(fù)。因此“天天用車、天天充電”，保證蓄電池隨時(shí)有充足的電壓就 成為必然。4.2定時(shí)補(bǔ)充蒸餾水。用戶普遍以為，免維護(hù)蓄電池不用加水，其實(shí)這 種說(shuō)法是錯(cuò)誤的。免維護(hù)蓄電池在充電和大電流放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量， 有熱量就會(huì)有水分蒸發(fā)，盡管水蒸發(fā)的過(guò)程十分緩慢，但

13、時(shí)間一長(zhǎng)，累計(jì) 水蒸發(fā)的量就不容小視。因此每 6 個(gè)月左右應(yīng)該給蓄電池補(bǔ)水一次，這樣 蓄電池的使用壽命才會(huì)延長(zhǎng)。4.3電動(dòng)車啟動(dòng)巧用力。電動(dòng)車啟動(dòng)電流很大，尤其是大功率電機(jī)的電 摩，啟動(dòng)電流更大。大電流很傷蓄電池極板，最好的方法就是在啟動(dòng)前象 騎自行車一樣的騎行后，再啟動(dòng)電動(dòng)車電源。當(dāng)然很多電摩沒(méi)有騎行裝置， 這就沒(méi)有辦法了。 4.4每季對(duì)電瓶深度放電一次。蓄電池在使用了一段時(shí)間后必然會(huì)有一 些活性物質(zhì)下沉，如果活性物質(zhì)不及時(shí)啟動(dòng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)蓄電池的容量造成 一些影響，因此，在經(jīng)常使用電動(dòng)車的時(shí)候，要做到每季對(duì)蓄電池深度放 電一次。 4.5經(jīng)常觀察充電器的好壞。新電池充電過(guò)程一般都是 6-8 個(gè)

14、小時(shí)，充 滿電后充電器會(huì)亮綠燈，如果充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就要檢查充電器電壓保護(hù)裝置 是否壞損，如果壞損就需要及時(shí)的調(diào)換充電器，否則極易充壞蓄電池。另 外，充電器不要購(gòu)買快速的充電器，快速充電同樣對(duì)蓄電池極板有傷害。 4.6長(zhǎng)期不使用蓄電池時(shí)每月至少要給蓄電池充電一次。這樣做的目的 就是防止蓄電池放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起蓄電池硫化和“虧電”。4.7防止蓄電池爆曬。爆曬會(huì)使電池溫度升高，因此要注意。4.8盡早使用電瓶保護(hù)器。電瓶保護(hù)器也就是脈沖發(fā)生器，因脈沖不間斷的 消除電瓶硫化，使極板始終保持“潔凈”，從而達(dá)到延長(zhǎng)電瓶使用壽命的效果，但 對(duì)大電流損傷電池極板作用不大（如有的電摩使用帶脈沖的充電器，結(jié)果電瓶延

15、壽效果不明顯），必須增加新技術(shù)加以改進(jìn)。5.汽車蓄電池的改進(jìn)免維護(hù)蓄電池（MF）與干荷蓄電池5.1免維護(hù)蓄電池（MF）5.1.1.概念及結(jié)構(gòu)特征概念：免維護(hù)蓄電池又叫做MF（Maintenance-Free）蓄電池，在其使用過(guò)程中不需要做任何維護(hù)或只需較少的維護(hù)工作。結(jié)構(gòu)特征：極板柵架采用鉛鈣合金或低銻合金(含銻2%3%)，減少了析氣量，耗水量。同時(shí)自行放電也大大減少，使用壽命延長(zhǎng)；隔板采用袋式聚氯乙烯隔板，將正極板包住，可保護(hù)正極板活性物質(zhì)不致脫落，并防止極板短路；有的通氣孔采用新型安全通氣裝置，可保持蓄電池內(nèi)的酸氣，避免與外部火花直接接觸，以防爆炸。通氣塞中還裝有催化劑鈀，幫助排出的氫氧離

16、子結(jié)合生成水再回到蓄電池中去，減少了水的消耗。這種新型通氣裝置還可使蓄電池頂部和接線柱保持清潔，減少了接頭的腐蝕；單格電池間采用穿壁式連接，減小了內(nèi)阻，提高了起動(dòng)性能。外殼為聚丙烯塑料熱壓而成，殼底沒(méi)有凸肋，極板組直接座落在蓄電池底部，這樣可使極板上部容積增大，電解液儲(chǔ)量增大，且殼體內(nèi)壁薄，與同容量電池相比，重量輕，體積小。免維護(hù)蓄電池由于自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)，電解液的消耗量非常小，在使用壽命內(nèi)基本不需要補(bǔ)充蒸餾水。它還具有耐震、耐高溫、體積小、自放電 小的特點(diǎn)。使用壽命一般為普通蓄電池的兩倍。市場(chǎng)上的免維護(hù)蓄電池也 有兩種：第一種在購(gòu)買時(shí)一次性加電解液以后使用中不需要維護(hù)(添加補(bǔ)充 液)；另一種

17、是電池本身出廠時(shí)就已經(jīng)加好電解液并封死，用戶根本就不能 加補(bǔ)充液。 由于免維護(hù)蓄電池采用鉛鈣合金柵架，充電時(shí)產(chǎn)生的水分解量少，水 份蒸發(fā)量低，加上外殼采用密封結(jié)構(gòu)，釋放出來(lái)的硫酸氣體也很少，所以 它與傳統(tǒng)蓄電池相比，具有不需添加任何液體，對(duì)接線樁頭、電線腐蝕少， 抗過(guò)充電能力強(qiáng)，起動(dòng)電流大，電量?jī)?chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。5.1.2.優(yōu)勢(shì)（1）免維護(hù)鉛蓄電池合理使用過(guò)程中不需添加蒸餾水，短途運(yùn)輸車輛可行駛8萬(wàn)km，長(zhǎng)途載貨車可行駛40萬(wàn)km80萬(wàn)km而不需維護(hù)，使用方便；（2）電樁腐蝕極輕或沒(méi)有腐蝕；（3）使用壽命長(zhǎng)，一般在4年左右，幾乎是普通蓄電池的2倍；（4） 蓄電池自行放電少，使用或貯存時(shí)不需進(jìn)行

18、補(bǔ)充充電。 5.2. 干荷蓄電池5.2.1.概念及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 概念：干荷蓄電池即干式荷電蓄電池，與普通電池的區(qū)別是它的極板在干燥狀態(tài)下能較長(zhǎng)期的保存在制造過(guò)程中所得到的電荷。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：干荷電鉛蓄電池與普通鉛蓄電池相比，其結(jié)構(gòu)基本相同，不同點(diǎn)主要在于負(fù)極板的制造工藝要求較高。在負(fù)極板的鉛膏中加大了松香、油酸、硬脂酸等防氧化劑，并在化成過(guò)程中有一次深放電循環(huán)或進(jìn)行反復(fù)充、放電，以便活性物質(zhì)達(dá)到深化。 5.2.2.優(yōu)勢(shì)（1）儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，極板組在干燥狀態(tài)下能夠較長(zhǎng)期（一般為2年）地保存制造過(guò)程中所得到的電荷，使其有效儲(chǔ)存時(shí)間比一般蓄電池長(zhǎng)一年左右。（2）使用方便，在規(guī)定的保存期(兩年)內(nèi)如需使用，只要灌

19、注規(guī)定密度的電解液，擱置l5min、調(diào)整液面高度至規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，不需進(jìn)行初充電即可使用。6.汽車蓄電池的未來(lái)發(fā)展方向6.1. 混合動(dòng)力汽車的出現(xiàn)與蓄電池的發(fā)展關(guān)系6.1.1概述及性能要求概述：隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于能量較低、充電速度慢（相對(duì)而言）、壽命較短以及對(duì)環(huán)境污染較大，已逐漸被其他蓄電池所取代。正在發(fā)展的電源主要有鈉-硫電池、鎳-鎘電池、鋰電池、燃料電池、飛輪電池等，這些新型電源的應(yīng)用，為電動(dòng)汽車的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的前景。性能要求：比能量。比能量是保證混合動(dòng)力汽車能夠達(dá)到基本合理的行駛里程的重要性能，連續(xù)2h放電率的比能量至少不低于44（W*h）/kg。充電時(shí)間短。蓄電池對(duì)充

20、電技術(shù)沒(méi)有特殊要求，能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng)充電。蓄電池的正常充電時(shí)間應(yīng)小于6h，蓄電池能夠適應(yīng)快速充電的要求，蓄電池快速充電達(dá)到額定容量50%的時(shí)間應(yīng)在20min左右。連續(xù)放電率高，自放電率低。蓄電池能夠適應(yīng)快速放電的要求，連續(xù)1h放電率可以達(dá)到額定容量的70%左右。自放電率要低，蓄電池能長(zhǎng)期存放。不需要復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境。蓄電池能夠在常溫條件下正常穩(wěn)定的工作，不受環(huán)境溫度的影響，不需要特殊加熱。保溫?zé)峁芾硐到y(tǒng)，能夠適應(yīng)混合動(dòng)力汽車行駛時(shí)振動(dòng)的要求。安全可靠。蓄電池干燥、潔凈，電解質(zhì)不會(huì)滲漏腐蝕接線柱和外殼。不會(huì)引起自燃或燃燒，在發(fā)生碰撞等事故時(shí)，不會(huì)對(duì)乘員造成傷害。廢蓄電池能夠進(jìn)行回收處理和再生處理，蓄電池中有害重金屬能夠集中回收處理。電池組可以采用機(jī)械裝置進(jìn)行整體快速更換，線路連接方便。壽命長(zhǎng)、免維修、制造成本低。蓄電池的循環(huán)壽命不低于1000次，在使用壽命限定期以內(nèi)，不需要進(jìn)行維護(hù)和修理。6.2各類車用電池的性能比較（如下圖表2）電池類型單體電池電壓/V比能量/（W/kg）比功率/（W/