蓄电池结构特征分析和汽车电器构造检修案例

2023-09-17 理论教育版权反馈

【摘要】：湿荷电蓄电池蓄电池极板处于已充电状态下，且蓄电池内部有少量电解液，称为湿荷电蓄电池。干荷电蓄电池的栅架由铅锑合金铸成，免维护蓄电池的栅架由铅钙锑合金铸成。

汽车蓄电池能够将电能储存起来，是一种可逆的低压直流电源，一旦与外部负载连接或接通充电电路，便开始了它的能量转换过程。在充电时，蓄电池将电能转化为化学能；放电时，蓄电池将化学能转化成电能。

1.蓄电池的分类

蓄电池可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池。在酸性蓄电池中，由于铅酸性蓄电池具有内阻小、电压稳定、价格便宜、结构简单和起动性能好等特点，所以在汽车上一般采用铅酸性蓄电池，铅酸性蓄电池按结构可分为橡胶槽蓄电池和塑料槽蓄电池，按性能可分为干荷电蓄电池、湿荷电蓄电池、普通蓄电池和免维护蓄电池。

（1）干荷电蓄电池蓄电池的极板处于干燥的充电状态下，能够在较长时间内（一般为2年）保存所得电量的蓄电池，称为干荷电蓄电池。如需使用，只需按规定加入电解液静置20～30min即可使用，在使用中应定期维护。

（2）湿荷电蓄电池蓄电池极板处于已充电状态下，且蓄电池内部有少量电解液，称为湿荷电蓄电池。如需使用，只需按规定加入电解液静置20～30min即可使用，在使用中应定期维护。

（3）普通蓄电池新蓄电池的极板不带电，初充电前需按照规定加电解液，初充电的时间较长，在使用中应定期维护。

（4）免维护蓄电池蓄电池在有效期内（3～4年）无需添加蒸馏水，也不需要维护的蓄电池称为免维护蓄电池，简称MF蓄电池。

图2-4 整体式交流发电机电源系统

1—蓄电池 2—易熔线 3—IC调节器 4—交流发动机 5—充电指示灯 6—熔断器 7—点火开关

2.蓄电池的用途

在发动机正常工作时，汽车用电设备主要由发电机供电，而蓄电池的用途有：

1）在起动发动机期间，它为起动系统、点火系统、电子燃油喷射系统和汽车的其他电气设备供电。

2）当发动机停止运转或低怠速运转的时候，由它给汽车的用电设备供电。

3）当出现用电需求超过发电机供电能力时，蓄电池也参与供电。

4）蓄电池起到了整车电气系统的电压稳定器的作用，能够缓和电气系统中的冲击电压，保护汽车上的电子设备。

5）在发电机正常工作时，蓄电池将发电机发出的多余电能存储起来———充电。

当接通起动开关起动发动机时，蓄电池在3～5s内必须向起动机连续供给强大电流（汽油发动机汽车一般为200～600A；柴油发动机汽车一般为1000A），由此可见，蓄电池的主要用途是起动发动机。

图2-5 蓄电池结构

1—负极桩 2—加液口盖 3—联条 4—正极桩 5—极桩衬板 6—蓄电池外壳 7—正极板 8—负极板 9—肋条 10—隔板 11—横板 12—防护板 13—封口料

3.铅蓄电池的结构

由于汽车上广泛使用铅酸蓄电池，就以铅酸蓄电池（图2-5）为例介绍蓄电池的结构。其结构主要由极板、隔板、电解液和壳体四部分组成。

（1）极板极板是蓄电池的核心部位，如图2-6a所示，它接受蓄电池的充电和放电。极板包括正极板和负极板，主要由栅架与活性物质组成。

栅架由合金浇铸而成，如图2-6b所示。干荷电蓄电池的栅架由铅锑合金铸成（含锑1.5%～2.3%），免维护蓄电池的栅架由铅钙锑合金铸成。合金中加入少量的锑是为了提高栅架的机械强度和改善浇铸性能，若加入过量的锑则会出现电解液加剧消耗、蓄电池自放电和加剧极板格栅的腐蚀等副作用，所以现在国内常用低锑或无锑栅架。

图2-6 极板和栅架

a）极板 b）栅架

1—栅架 2—铅膏涂料（活性物质）

图2-7 蓄电池极板结构

a）负极板组 b）正极板组 c）极板组嵌合

1—汇流条 2—负极板 3—正极板 4—极桩 5—极板联条 6—隔板

活性物质就是与电解液中的硫酸发生化学反应实现充、放电的物质，铅粉是活性物质的主要原料，由铅块放入球磨机中研磨而成。将铅粉与稀硫酸混合成膏状涂在栅架上即可得到生极板，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铅（Pb），呈深灰色。

由于单片极板上的活性物质数量少，所存储的电量就少，为了增大蓄电池的容量，一般将多片正极板（4～13片）和多片负极板（5～14片）分别并联，组成正极板组和负极板组，如图2-7a、b所示。安装时，将正负极板组相互嵌合，中间插入隔板装入电池槽就成了单格电池，如图2-7c。在每个单格电池中，负极板的数量总是比正极板要多一片。因为正极板上的化学反应要比负极板上的化学反应剧烈，正极板都处在负极板之间，可使其两侧放电均匀，在工作时不易因活性物质膨胀而翘曲，不易造成活性物质脱落。

（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。但又为了防止相邻正、负极板接触而造成短路，应在正、负极板之间放一块能够渗透电解液的多孔性隔板，其功用是将正、负极板隔开。

隔板一般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。

木质隔板价格便宜，但耐酸性能差，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要求，因此已很少使用。微孔橡胶隔板性能好，使用寿命长，但生产工艺复杂、成本较高，故尚未推广使用。微孔塑料隔板孔径小、孔率高、薄而软、耐酸、耐高温性能好、寿命长，且成本低，因此目前广泛使用。微孔塑料隔板的结构如图2-8所示。隔板为一厚度小于1mm的长方薄片，其长度比极板稍长一些，且一面带有沟槽。在安装隔板时，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2-8 微孔塑料隔板的结构

1—隔板 2—玻璃纤维板

近年来，出现了袋式的微孔塑料隔板，如免维护蓄电池就采用聚乙烯袋式隔板，就是将正极板紧紧套在里面，起到了良好的分隔作用，并且能够使脱落的活性物质保留在内部，以防止极板短路，这样使得极板上部的容积增大，从而增大了电解液的储存量。

电解液由密度为1.84g/cm³纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成，其相对密度一般为1.23～1.30g/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专业标准ZBK84003—1989《铅酸蓄电池用电解液》的规定，根据最低气温的要求进行选择，见表2-1。所用硫酸必须符合国标GB 4554—1984《蓄电池用硫酸》规定，所用蒸馏水必须符合专业标准ZBK84004—1989《铅酸蓄电池用水》规定。一般工业用硫酸和普通水中含铜、铁等有害物质，会加速蓄电池自放电，因此不能用于蓄电池。

表2-1 不同气候条件下的蓄电池密度

（续）

（3）外壳蓄电池外壳的功用是用来盛装电解液和极板组，应耐酸、耐热和耐振动冲击等，常用的材料有硬质橡胶、沥青塑料和工程塑料等。工程塑料的蓄电池外壳制作工艺简单、生产效率高，且具有美观透明、耐酸、质量轻和强度高等特点。目前我国已大量生产和采用工程塑料蓄电池外壳，如干荷电与免维护蓄电池都采用聚丙烯工程塑料壳体。

蓄电池的每个单元格所能产生的电动势大约为2V，为了获得更高的电动势，通常要将多个2V的蓄电池单元串联起来，为此在制造蓄电池外壳时，将一个整体的外壳分成若干个单格，一般是将整个外壳分成3个或6个互不相通的单格，安装3组或6组极板组，形成6V或12V的蓄电池。

各个单格底部做有凸肋，其凸起的肋条用以搁置极板组，使其下方有足够的空间作为沉淀槽，容纳脱落的活性物质，以免堆积起来使正负极板相接触而造成短路。

（4）其他零部件

1）蓄电池盖。蓄电池盖的作用是用来封闭蓄电池的，由硬质橡胶或聚丙烯塑料压制而成。硬质橡胶盖用于每个单格都有一个电池盖的蓄电池，聚丙烯塑料盖用于整体式蓄电池。整体式蓄电池盖的结构形式虽多，但一般都只留一对极桩孔和与单格数相等的注液口，其正、负极桩穿出电池盖与外电路连接。蓄电池盖与外壳配合严密，使各单格完全隔开。整体式电池盖的可拆修性较差。

2）联条。由于蓄电池各单格为串联连接，因此不同极性的极桩用联条连接起来。联条由铅锑合金铸成，有外露式、跨桥式和穿壁对焊式三种，前者用在硬橡胶外壳和盖上，后两种用在塑料外壳和盖上。

外露式是指联条外露在蓄电池盖的上面，这样不仅浪费材料、且容易损坏，还可能导致蓄电池自放电，一般不采用这种方式。跨桥式是指联条下部在蓄电池的平面上或埋在盖下，连接部分跨接在各单格电池的中间壁上。穿壁对焊式是指在中间壁上打孔，使极板组柄直接穿过中间隔壁而将各单格电池连接起来。

3）加液孔盖。加液孔盖用橡胶或塑料制成，旋在蓄电池盖的加注孔内。加液孔盖上有通气孔，下端有特制的隔板，其作用是将通气孔与单格上面的空间部分地隔开，以防汽车颠簸时电解液从通气孔溅出以及方便加注电解液。

加液孔盖上的通气孔应经常保持畅通，使蓄电池内部的氢气与氧气排出，以防蓄电池过早损坏或爆炸。若在加液孔盖上安装一个过滤器，还可以避免水蒸气逸出，减少水的消耗。

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