吉林大學PPT 車載電源

汽車電器與電子技術第一講主講教師：劉宏飛學時：16

第一章車載電源

§1概述§2蓄電池§3交流發(fā)電機及調節(jié)器§4電源系統(tǒng)的使用§1概述

一.汽車電器設備的組成與要求二.汽車電源的現(xiàn)狀與發(fā)展汽車電器設備電路的組成電源電器設備配電裝置蓄電池發(fā)電機起動機點火系統(tǒng)照明與信號燈儀表、報警燈輔助電器設備中央接線盒、保險裝置、控制開關、導線和接插件等。1電源

蓄電池+發(fā)電機及調節(jié)器2用電設備

起動機+點火系+照明設備+信號裝置（電喇叭+閃光器+蜂鳴器+信號燈）+輔助電器（雨刮+洗滌器+空調+收錄機+點煙器）蓄電池發(fā)電機起動機電喇叭3配電裝置中央接線盒電路開關繼電器保險裝置接插件導線4電子控制裝置由微機控制的裝置電子點火電噴自動變速器制動防抱死安全氣囊電控懸架電控轉向系統(tǒng)另外，還包括：5檢測裝置電流表電壓表機油壓力表溫度表燃油表車速里程表報警裝置電流表電壓表機油壓力表燃油表車速里程表電路開關繼電器汽車電系特點低壓直流單線制負極搭鐵兩個電源用電設備并聯(lián)二.汽車電源的現(xiàn)狀與發(fā)展蓄電池發(fā)電機及調節(jié)器電源電壓§2蓄電池

一.蓄電池的構造與型號二.蓄電池的工作原理與工作特性三.蓄電池的容量及影響因素四.蓄電池的故障及排除五.蓄電池的使用與維護

一鉛蓄電池的構造與型號

一、鉛蓄電池的構造汽車蓄電池是由3—6個單格電池串聯(lián)組成組成部件：1、極板及極板組2、隔板3、電解液4、聯(lián)條正極板正極柱外殼極樁襯套連條加液孔負極柱護板負極板隔板肋條極板極板：是蓄電池的核心部件，是帶有柵格結構的鉛柵格板。極板分正極板和負極板兩種。正極板上的活性物質是二氧化鉛，呈棕紅色；負極板上的活性物質是海綿狀純鉛，呈青灰色。極板組：

極板組極板組的作用：接受充入的電能和向外釋放電能。極板組的結構特點1、為了增大蓄電池容量將多片正極板（4-13片）和多片負極板（5-14片）分別并聯(lián)，用橫板焊接組成正、負極板組。橫板上連有電樁。2、安裝時，正負極板相互嵌合，之間插入隔板，用極板連接條將所有的正極和所有的負極分別連接，如此組裝起來，便形成單格蓄電池。3、單格電池中負極板的數(shù)目比正極板多一塊？極板組圖1－極板組總成2－負極板3－隔板4－正極板5－極板聯(lián)條單格蓄電池不管單格蓄電池含有幾塊正極板和負極板，每個單格蓄電池均只能提供2.1V的電壓。極板的數(shù)量越多，蓄電池能提供2.1V電壓的時間越長。以一個單格電池的正極邊連接另一單格電池的負極邊的方式依次連接（用連條），最后留出一組正負極作為蓄電池的正負極，這樣，把若干個單格電池串聯(lián)起來后即構成汽車蓄電池?，F(xiàn)代汽車蓄電池一般由6個單格蓄電池串聯(lián)而成（12V）正極板正極柱外殼電極襯套連條加液孔負極柱護板負極板隔板肋條正極板蓄電池圖隔板隔板的作用：為減少尺寸、降低內阻，正負極板應該盡量靠近，但為了避免相互接觸而短路，正負極板之間用絕緣的隔板隔開。結構特點：多孔性材料，化學性能穩(wěn)定，有良好的耐酸性和抗氧化性。為厚度小于1mm的長方形板，長、寬略大于極板，一面有特制的溝槽，安裝時將溝槽面豎直朝向正極板。電解液說明：由密度為1.84g/cm3的純硫酸加水制成。密度一般在1.24g/cm3------

1.30g/cm3。純度是影響蓄電池性能和使用壽命的重要因素。外殼蓄電池外殼為一整體式結構的容器，極板、隔板和電解液均裝入外殼內，硫酸液面應高出極板組15mm左右。蓄電池電壓一般有6V和12V兩種規(guī)格，因此，外殼內由間壁分成3個和6個互不相通的單格。底部有突起的肋條以擱置極板組。外殼應耐酸、耐熱、耐寒、抗震動。聯(lián)條（外露式）鉛連接條：各單格電池為串聯(lián)連接，一個單格電池的正極樁與另一個單格電池的負極樁用聯(lián)條焊接,由鉛銻合金制成。連接方式：1、外露式2、跨橋式3、穿壁式聯(lián)條（穿壁式）蓄電池的型號蓄電池的型號例如：3-Q-906-QA-105G表示：由3個單格組成，額定容量為90A.h，起動型鉛蓄電池。表示：由6個單格組成，額定容量為105A.h，A:干式荷電極板，起動型鉛蓄電池。G：高起動功率。單格數(shù)蓄電池類型蓄電池特征額定容量特殊性能極板類型二蓄電池的工作原理及特性1、蓄電池的基本工作原理2、蓄電池電動勢的建立3、蓄電池的放電過程4、蓄電池的充電過程5、蓄電池的工作特性1、蓄電池的基本工作原理蓄電池的基本工作原理----化學反應

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O說明：蓄電池中參與化學反應的物質：正極板：PbO2

；負極板：Pb

；電解液：硫酸水溶液放電：正極板的PbO2

和負極板的PbPbSO4

電解液中的H2SO4減少，密度下降。充電：正極板的PbSO4

恢復為PbO2

；負極板的

PbSO4恢復為Pb

。電解液中的H2SO4增加，密度增大。放電充電2、蓄電池電動勢的建立

蓄電池電動勢的建立：蓄電池的正負極板浸入電解液中后，由于少量的活性物質溶解于電解質溶液，產生電極電位。由于正、負極板電極電位的不同而形成蓄電池的電動勢。結論：蓄電池的電動勢（靜止電動勢）大約為2伏。分析：蓄電池電動勢的建立2正極板處：當正極板浸入電解液中時，少量的PbO2溶入電解液中，與水生成Pb(OH)4，再分解成四價鉛離子和氫氧根離子。正極板處：PbO2+2H2O

Pb(OH)4

Pb(OH)4Pb4++4OH-

當兩者達到動平衡時，正極板的電位約為+2V。在溶液中沉附在極板有沉附在極板上，使極板帶正電有與溶液中OH-的結合生成Pb(OH)4的傾向，Pb4+蓄電池電動勢的建立3負極板處：金屬Pb受到兩方面的作用

當兩者達到動態(tài)平衡時，極板的電極電位約為：-0.1V結論：一個充足電的蓄電池(單格)的靜止電動勢E0約為2.1V。實際測定結果為E0=2.044VPb

Pb2+電解液中（極板帶負電）Pb2+有沉附于極板表面的傾向（正負電荷相吸）Pb3、蓄電池的放電過程說明2e充電狀態(tài)溶解電離輸出電流放電后生成物正極板負極板PbSO4PbSO4PbO2

2H2SO4PbPb4++SO42-+SO42-+2H2O

Pb2++2ePb2+2H2O電解液2e蓄電池的放電過程說明若將蓄電池與外電路的負荷接通，電動勢使電路內產生電流。電子e從負極板經過外電路負荷流向正極板。正極板處：Pb4++2ePb2+

Pb2++SO42-PbSO4（沉附在正極板上）負極板處：Pb2++SO42-PbSO4（沉附在負極板上）

Pb

Pb2++2e(Pb繼續(xù)溶解)外部電路繼續(xù)流通，正負極板上的活性物質PbO2

和Pb不斷轉化為PbSO4，

電解液中的硫酸逐漸減少。水增多。4、蓄電池的充電過程說明2e放電狀態(tài)溶解電離輸入電流充電后生成物正極板負極板PbSO4PbPbO2

2H2SO4Pb2++SO42-Pb4+電解液充電電源PbSO42H2OSO42-+Pb2+2e2H2O2e蓄電池的充電過程說明若將蓄電池直流電源接通，當電源電壓高于蓄電池的電動勢時，電源力使電子e從正極板經過外電路流向負極板。正極板處：PbSO4Pb2++SO42-Pb2+-2ePb4+

Pb2++2SO42-PbSO4PbSO4+2H2OPbO2+2H2SO4負極板處：PbSO4Pb2++SO42-Pb2++2ePbSO42-+2H+H2SO4

蓄電池的工作特性蓄電池的工作特性：蓄電池的靜止電動勢、內阻和充放電特性的變化規(guī)律。主要包括

蓄電池的靜止電動勢

蓄電池的內阻放電特性充電特性蓄電池的工作特性11、靜止電動勢靜止電動勢是指蓄電池在靜止狀態(tài)(不充電也不放電)，正負極板之間的電位差(即開路電壓)，用Ej表示。它的大小取決于電解液的相對密度和溫度Ej=0.84+r25℃r

15℃=rt+0.00075(T-25)r25℃---為25℃時的電解液的相對密度

rt---實際測得的電解液的相對密度蓄電池的工作特性22、內電阻蓄電池的內電阻為極板電阻、電解液電阻、隔板電阻、連條和極柱電阻的總和，用R0表示。蓄電池的內電阻大小反映了蓄電池帶負載的能力。在相同的條件下，內電阻越小，輸出電流越大，帶負載能力越強。3、蓄電池的放電特性

蓄電池的放電特性是指在恒流放電過程中，蓄電池的端電壓和電解液相對密度隨時間而變化的規(guī)律。將完全充足電的蓄電池以20h放電率的電流進行放電，在放電過程中不斷地調節(jié)外接的電位器，使放電電流保持穩(wěn)定不變，每隔一定的時間，測量端電壓和電解液密度，得到如圖所示的放電特性曲線。端電壓蓄電池的放電特性說明1端電壓的變化情況（1）開始放電階段端電壓由2.14V迅速下降至2.1V極板孔隙內硫酸迅速消耗，電解液密度迅速下降，濃差極化增大，端電壓迅速下降。（2）相對穩(wěn)定階段端電壓由緩慢下降至1.85V極板孔隙外向孔隙內擴散的硫酸與孔隙內消耗的硫酸達到動態(tài)平衡，所以端電壓緩慢下降。蓄電池的放電特性說明2（3）迅速下降階段端電壓由1.85V迅速下降至1.75V。電解液密度的變化情況：密度直線下降。蓄電池放電終了的特征：單格電池電壓降到放電終止電壓。電解液比重降到最小許可值約為1.13。1、蓄電池容量蓄電池的容量是指在規(guī)定的放電條件下，完全充足電的蓄電池所能放出的電量，用“C”表示。蓄電池的容量是標志蓄電池對外放電能力、衡量蓄電池質量的優(yōu)劣以及選用蓄電池的最重要指標。蓄電池的容量采用Ah(安時)來計量。即容量等于放電電流與持續(xù)放電時間的乘積。放電終止電壓與放電電流的大小有關。放電電流越大，允許的放電時間就越短，放電終止電壓也越低。如下表所示。放電電流（A）0.05C20

0.1C200.25C201C203C20放電時間20h10h3h30min5.5min單格電池終止電壓（V）1.751.701.651.551.50C20——蓄電池的額定容量。放電終止電壓的影響因素4、蓄電池的充電特性

在恒流充電過程中，蓄電池的端電壓與電解液相對密度隨時間而變化的規(guī)律。充電電源必須采用直流電源，以一定的電流人向一只完全放電的蓄電地進行充電。保持充電電流入不變，每隔一定時間測量單格電池的端電壓和電解液相對密度?？梢岳L制出蓄電池的充電特性曲線，如圖所示。端電壓蓄電池的充電特性說明1

端電壓變化情況：（1）充電開始階段端電壓迅速上升。開始充電時，孔隙內迅速生成硫酸，端電壓迅速上升。（2）穩(wěn)定上升階段端電壓緩慢上升至2.4V左右。孔隙內生成的硫酸向孔隙外擴散，當硫酸生成的速度與擴散速度達到平衡時，端電壓隨整個容器內電解液密度變化而緩慢上升。蓄電池的充電特性說明2（3）充電末期電壓迅速上升到2.7V左右，且穩(wěn)定不變，電解液呈沸騰狀態(tài)?；钚晕镔|還原反應結束后的充電稱為過充電，充電電流用于電解水，應避免長時間過充電。電解液密度的變化：

密度直線上升蓄電池充電終了的特征蓄電池的充滿電的特征端電壓上升到最大值2.7V，并在2h--3h內不再增加。電解液相對密度上升到最大值1.27g/cm蓄電池內產生大量氣泡。即電解液產生“沸騰”現(xiàn)象。三蓄電池的容量及其影響因素1、蓄電池的容量2、容量的類型3、影響容量的因素2、蓄電池的幾種標稱容量額定容量起動容量額定容量20h率額定容量國標GB/T5008.1-2005《啟動型用鉛蓄電池技術條件》規(guī)定：將充電的新蓄電池在電解液溫度為25±5°C條件下，以20h率的放電電流(即額定容量的0.05倍)連續(xù)放至單格電池平均電壓降到1.75V時，輸出的電量稱為額定容量。實際測量蓄電池容量超過20小時為合格儲備容量國標GB/T5008.1-2005《啟動型用鉛蓄電池技術條件》規(guī)定。

3、影響蓄電池容量的因素極板的構造對容量的影響放電電流對容量的影響電解液溫度對容量的影響

電解液密度對容量的影響極板構造因素對容量的影響

極板厚度越薄，活性物質的利用率就越高，容量就越高。極板面積越大，同時參與反應的物質就越多，容量就越大。同性極板中心距越小，蓄電池內阻越小，容量越大。放電電流對容量的影響

蓄電池在不同電流下的放電特性汽車起動機工作時，蓄電池屬于大電流放電，電解液溫度對容量的影響

溫度↓粘度↑滲入極板困難，活性物質利用率↓→C↓；同時，粘度↑內阻↑內壓降↑端電壓↓→C↓電解液密度對容量的影響

電解液密度ρ↑電動勢E↑，電液滲透能力↑，參加反應的活性物質↑→C↑ρ過高，粘度↑，內阻↑，極板硫化↑→C↓實踐證明：電解液密度偏低有利于提高放電電流和容量。冬季使用的電解液，在不使其結冰的前提下，盡可能采用稍低的電解液密度。

1.12-1.30g/cm3蓄電池的故障及其排除

外部故障：外殼裂紋、極柱腐蝕、極柱松動、封膠干裂。內部故障：極板硫化、活性物質脫落、極板柵架腐蝕、極板短路、自放電、極板拱曲。內部故障外部故障蓄電池常見故障包括返回本章首頁蓄電池常見的故障1

故障一：極板硫化故障特征極板上生成一層白色粗晶粒的PbSO4，在正常充電時不能轉化為PbO2和Pb的現(xiàn)象。（1）硫化的電池放電時，電壓急劇降低，過早降至終止電壓，電池容量減小。（2）蓄電池充電時單格電壓上升過快，電解液溫度迅速升高，但密度增加緩慢，過早產生氣泡，甚至一充電就有氣泡。故障原因（1）蓄電池長期充電不足或放電后沒有及時充電，導致極板上的PbSO4有一部分溶解于電解液中，環(huán)境溫度越高，溶解度越大。當環(huán)境溫度降低時，溶解度減小，溶解的PbSO4就會重新析出，在極板上再次結晶，形成硫化。（2）電解液液面過低，使極板上部與空氣接觸而被氧化，在行車中，電解液上下波動與極板的氧化部分接觸，會生成大晶粒PbSO4硬化層，使極板上部硫化。（3）長期過量放電或小電流深度放電，使極板深處活性物質的孔隙內生成PbSO4。（4）新蓄電池初充電不徹底，活性物質未得到充分還原。（5）電解液密度過高、成分不純，外部氣溫變化劇烈。排除方法輕度硫化的蓄電池，可用小電流長時間充電的方法予以排除；硫化較嚴重者采用去硫化充電方法消除硫化；硫化特別嚴重的蓄電池應報廢。蓄電池常見的故障2故障二：活性物質脫落

故障特征主要指正極板上的活性物質PbO2的脫落。蓄電池容量減小，充電時從加液孔中可看到有褐色物質，電解液渾濁。故障原因（1）蓄電池充電電流過大，電解液溫度過高，使活性物質膨脹、松軟而易于脫落。（2）蓄電池經常過充電，極板孔隙中逸出大量氣體，在極板孔隙中造成壓力，而使活性物質脫落。（3）經常低溫大電流放電使極板彎曲變形，導致活性物質脫落。（4）汽車行駛中的顛簸振動。排除方法對于活性物質脫落的鉛蓄電池，若沉積物較少時，可清除后繼續(xù)使用；若沉積物較多時，應更換新極板和電解液。蓄電池常見的故障3故障三：極板柵架腐蝕

故障特征主要是正極板柵架腐蝕，極板呈腐爛狀態(tài)，活性物質以塊狀堆積在隔板之間，蓄電池輸出容量降低。故障原因（1）蓄電池經常過充電，正極板處產生的O2使柵架氧化。（2）電解液密度、溫度過高、充電時間過長，會加速極板腐蝕。（3）電解液不純。排除方法腐蝕較輕的蓄電池，電解液中如果有雜質，應倒出電解液，并反復用蒸餾水清洗，然后加入新的電解液，充電后即可使用；腐蝕較嚴重的蓄電池，如果是電解液密度過高，可將其調整到規(guī)定值，在不充電的情況下繼續(xù)使用；腐蝕嚴重的蓄電池，如柵架斷裂、活性物質成塊脫落等，則需更換極板。蓄電池常見的故障4故障四：極板短路故障特征蓄電池正、負極板直接接觸或被其它導電物質搭接稱為極板短路。極板短路的蓄電池充電時充電電壓很低或為零，電解液溫度迅速升高，密度上升很慢，充電末期氣泡很少。

故障原因（1）隔板破損使正、負極板直接接觸。（2）活性物質大量脫落，沉積后將正、負極板連通。（3）極板組彎曲。（4）導電物體落入池內。

排除方法出現(xiàn)極板短路時，必須將蓄電池拆開檢查。更換破損的隔板，消除沉積的活性物質，校正或更換彎曲的極板組等。

蓄電池常見的故障5故障五：自放電故障特征蓄電池在無負載的狀態(tài)下，電量自動消失的現(xiàn)象稱為自放電。如果充足電的蓄電池在30天之內每晝夜容量降低超過2%，稱為故障性自放電。故障原因（1）電解液不純，雜質與極板之間以及沉附于極板上的不同雜質之間形成電位差，通過電解液產生局部放電。（2）蓄電池長期存放，硫酸下沉，使極板上、下部產生電位差引起自放電。（3）蓄電池溢出的電解液堆積在電池蓋的表面，使正、負極柱形成通路。（4）極板活性物質脫落，下部沉積物過多使極板短路。排除方法自放電較輕的蓄電池，可將其正常放完電后，倒出電解液，用蒸餾水反復清洗干凈，再加入新電解液，充足電后即可使用；自放電較為嚴重時，應將電池完全放電，倒出電解液，取出極板組，抽出隔板，用蒸餾水沖洗之后重新組裝，加入新的電解液重新充電后使用。蓄電池的維護與檢查維護觀察蓄電池外殼表面有無電解液漏出；檢查蓄電池在車上安裝是否牢靠，導線接頭與電樁的連接是否緊固；經常清除蓄電池蓋上的灰塵泥土，擦去電池頂上的電液，透通加液孔蓋上的氣孔，清除包樁和導線接頭上的氧化物；定期檢查和調整電解液的相對密度及液面高度；經常檢查蓄電池放電程度，超過規(guī)定時立即充電。如何延長蓄電池的使用壽命如何延長蓄電池的使用壽命正確起動發(fā)動機(一次5秒，兩次間隔15秒)定期補充充電安裝牢固可靠新蓄電池使用之前，需要合理選擇電解液相對密度，根據(jù)不同使用條件進行選擇寒冷地區(qū)使用相對密度較高的電解液。液面高度保持正常，例如，對于使用55415型號干荷電蓄電池的桑塔納轎車每行駛7500Km，應檢查液面高度。使用55415MF型號免維護蓄電池的桑塔納轎車每行駛30000Km，應檢查液面高度。液面過低容易產生硫化現(xiàn)象。電解液不足時，補充蒸餾水。蓄電池的使用與維護