2.1.3 铅蓄电池的工作原理及特性（课件） 《汽车常规电气设备构造与维修》同步教学（高教版）

模块2、电源系统 知识目标： 1. 掌握汽车电源系统的功用与组成。 2. 正确描述蓄电池的基本结构和工作原理。 3. 掌握蓄电池的使用维护与常见故障诊断。 4. 掌握硅整流交流发电机的基本结构与工作原理。 5. 掌握发电机的检修与实验。 6. 掌握电压调节器的工作原理与检修。 7. 掌握汽车电源系常见故障的诊断方法。 能力目标： 1. 能够检查、维护和更换蓄电池； 2. 能够对蓄电池进行补充充电； 3. 能够完成发电机的检查与更换； 4. 能够对电压调节器进行检修。 5. 能够分析电源系统电路。 6. 能够排除电源系统常见故障 汽车电源系统包括蓄电池、发电机、电压调节器及指示装置等见图2-1。 电源系统电路如图2-2。蓄电池与发电机并联向用电设备供电。交流发电机与发电机调节器互相配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。 图2-1 汽车电源系统的组成 1—V带 2—调整臂 3—发电机 4—仪表盘 5—点火开关 6—调节器 7—蓄电池 8—支架 图2-2 汽车电源电路 2.1.3 铅蓄电池的工作原理及特性 一、铅蓄电池的基本工作原理 当蓄电池与外负载接通时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb与H2SO4发生化学反应生成PbSO4和H2O。充电时，正、负极板上的PbSO4分别变成了Pb、PbO2和H2SO4。所以蓄电池是根据可逆的电化学反应的原理工作的。 其化学反应式为： 二、铅蓄电池的放电和充电特性 1. 放电特性：是指蓄电池在恒定电流放电状态下，电解液相对密度、蓄电池的电压随放电时间变化的规律。如图2-10所示。 第一阶段： 端电压由2.14V迅速下降到2.1V左右。因为放电前渗入活性物质孔隙内部的H2SO4迅速变成水，而极板外部的H2SO4还未来得及向极板孔隙内渗透，极板内部电解液相对密度迅速下降，端电压迅速下降。 第二阶段： 端电压由2.1V缓慢下降到1.85V。因为单位时间极板孔隙内部的消耗量与极板外进入极板孔隙的H2SO4量基本相等，处于一种动平衡状态。 第三阶段： 端电压由1.85V迅速下降到1.75V。因为极板表面已形成大量PbSO4,堵塞了孔隙，渗透能力下降，极板内电解液相对密度迅速下降。此时应停止放电，否则端电压迅速变为零。 图2-10 蓄电池放电特性 蓄电池放电终了的标志： （1）单格电压下降到放电终止电压（以20h放电率放电终止电压为1.75V）。 （2）电解液相对密度下降到最小许可值（约1.11g/cm2） 允许放电终了电压与放电电流有关。启动型蓄电池放电率与终止电压的关系如表2-2。 放电电流/A 0.05C20 0.10C20 0.25C20 1.0C20 3.0C20 放电时间 20h 10h 3h 25min 5min 单格电池终止电压/V 1.75 1.70 1.65 1.55 1.50 表2-2 蓄电池放电终止电压与放电电流的关系 2. 充电特性： 是指蓄电池在恒定电流充电状态下，电解液相对密度、端电压随时间的变化规律。如图2-11所示 第一阶段：充电开始，端电压上升较快。因为极板内部的水迅速变为H2SO4，孔隙外部的水还未来得及渗入补充，极板内部电解液相对密度迅速提高所致。 第二阶段：端电压上升较平稳，至单格电压2.4V。因为单位时间内极板内消耗的水与极板处渗入的水基本相等，处于动平衡状态。 第三阶段：端电压由2.4V迅速升至2.7V。因为电解液中的水开始电解，正极板上放O2，负极板上放H2电解液中冒气泡，出现电解液“沸腾”现象。 图2-11蓄电池充电特性 蓄电池充电终了的标志是： （1）端电压和电解液的相对密度上升到最大值，且2～3h不再变化。 （2）电解液呈现“沸腾”现象。 2.1.4 蓄电池容量及其影响因素 蓄电池容量 蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电的能力。一只完全充足电的蓄电池，在允许的放电范围内（包括放电温度、 放电电流、放电终止电压）所输出的电量称之为蓄电池的容量。蓄电池容量指标：额定容量、储备容量、启动容量。 1. 额定容量 C20 用20h放电率容量表示。单位：A﹒h 国标GB5008.1-91《启动用铅蓄电池技术条件》规定： 将充电的新蓄电池在电解液温度为25±5℃条件下，以20h放电率的放电电流连续放电至单池平均电压降到1.75V时，输出的电量称为额定容量。记为C20。 例如，6—QA—60型蓄电池，在电解液初始温度为25℃时，以3 A的放电电流持续放电20 h，单格电压降到1.75 V，其额定容量C20＝3×20＝60 A·h。实际测量蓄电池放电时间超过20小时为合格。 2. 储备容量Cm 国标GB50