1.2 蓄电池（教案）《汽车电气设备构造与维修》同步精品课堂（高教版·第3版）

《汽车电气设备构造与维修》教案 课 题 1.2 蓄电池 课 型 理论课 课 时 6 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本节课的内容是关于《汽车电气设备构造与维修》中第一章电源系统第二节蓄电池，要求学生掌握蓄电池的作用、分类及构造特点，理解蓄电池的工作原理及容量影响因素，熟悉蓄电池的型号表示方法及常见故障排除流程。选用的教材是由高等教育出版社出版的《汽车电气设备构造与维修》（第三版）。 学情分析 知识储备：对汽车电气设备构造有基础了解。 能力水平：对于蓄电池的作用分类构造、工作原理等尚不了解。 学习特点：学习、接受新知识能力较弱，尤其是理论性强的知识，不能充分利用课余时间学习。 学习目标 知识目标：掌握蓄电池的构造特点（铅酸、碱性等）、工作原理（静止电动势、内阻、充放电特性）及型号与故障排除流程。 能力目标：具备运用检测工具（如密度计、万用表）进行蓄电池性能分析、维护及故障诊断的实践技能。 情感目标：培养安全操作意识与环保理念，强化团队协作能力，通过案例分析提升责任意识与问题解决能力。 学习重难点 学习重点：蓄电池的构造特点及型号解析，充放电特性与容量影响因素。 学习难点：蓄电池工作原理的化学反应过程，电动汽车高能电池与传统蓄电池的差异分析。 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、实物教学法 课前准备 教师准备：教学课件 学生准备：课前预习 教学媒体 多媒体教室、多媒体课件 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 1. 蓄电池的作用、要求与分类 - 展示汽车启动、照明等场景，讲解蓄电池的核心作用（供电、稳压）。 - 蓄电池的作用： (1)发动机起动时,向起动机、点火系统和其他用电设备供电。 (2)发动机低速运转、发电机电压较低时,向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。 (3)汽车停车或发电机不发电时,向用电设备供电。 (4)发电机过载时,协助发电机向用电设备供电。 对汽车用蓄电池的基本要求是容量大、内阻小,以保证蓄电池具有足够的起动能力。 起动型铅酸蓄电池的突出特点是内阻小、起动性能好、电压稳定,此外还有成本低,原料丰富等优点,所以在汽车上得到广泛应用。 - 对比铅酸与碱性蓄电池的特性与应用场景。 汽车用蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两类。 汽车用铅酸蓄电池又分为普通型、干式荷电型、湿式荷电型、免维护型和胶体型等。 - 分组讨论蓄电池在不同工况下的作用。 - 填写分类对比表（化学类型、优缺点）。 通过实例理解蓄电池的重要性，明确分类依据。 2. 蓄电池的构造与型号 - 实物展示普通蓄电池，分解讲解极板、隔板、外壳等结构。 1　 现代汽车用普通铅酸蓄电池由六只单格电池串联而成,每只单格电池的电压约2V,串联后蓄电池电压为12V。 2　 目前国内外汽油机汽车均选用12V蓄电池;多数柴油机汽车电源电压为24V,用两只12V蓄电池串联。 3　 普通型铅酸蓄电池的结构如图1-3所示,其组成主要有极板、隔板、电解液、外壳、联条、接线柱等。 免维护蓄电池在许多方面与普通蓄电池不同,其最大特点除几个非常小的通气孔外,其余部分全部密封,除需要保持表面清洁外,不需做其他维护工作。免维护蓄电池优点： (1)使用中无须加蒸馏水。 (2)极柱不会腐蚀。 (3)自放电少,寿命长(3.5~4年,短途车可行驶 40 000 km以上,长途车可行驶80000km以上),使用时一般不需补充充电。 4)比传统铅酸蓄电池具有更大的起动功率。 螺旋状极板的胶体型免维护电池特点: (1)蓄电池极板及隔板呈螺旋紧密捆绑状,使得同样容积极板反应面积增大(比普通电池几乎大一倍)。低温起动电流更高。 (2)胶体状电解液黏附于极薄的纤维隔板网材料上-40 ℃低温也不会结冰,高温 65 ℃时不会漏液、漏气。可以以任何角度固定电池。 (3)自放电极少。它可在不使用状态下至少放置10个月以上,放置 250d后仍能维持50%以上的容量。 (4)过充电性能好。能在1h内以100A的大充电电流应急充足。 - 结合PPT对比干式荷电、免维护蓄电池的结构差异。 - 观察实物并绘制结构简图。 - 分析型号示例（如6-QA-60G）中各参数含义。 强化直观认知，掌握型号命名规则及不同类型结构特点。 3. 工作原理与特性 蓄电池的工作原理： 铅酸蓄电池充、放电反应原理如图1-16所示。当接通外电路负载蓄电池放电时，正极板上的 Pb0，和负极板的 Pb都变成了 PbS0，电解液中的硫酸减少，水增多。充电时，正负极板上的PbS0:分别恢复成Pb0，和Pb，电解液中的水减少，硫酸增多。 蓄电池的特性： (1) 静止电动势。蓄电池处于静止状态(不充电也不放电)时,正、负极板间的电位差(即开路电压)称为静止电动势。其值与电解液的密度和温度有关,在密度为 1.05~1.30g/cm'范围内,静止电动势E可用下述经验公式计算: (2) 内阻。电流流过铅酸蓄电池时所受到的阻力称为铅酸蓄电池的内阻。4铅酸蓄电池的2)内阻内阻包括极板、隔板、电解液和联条的电阻。在正常状态下,铅酸蓄电池的内阻很小,所以能够供给几百安甚至上千安的起动电流。 (3) 放电特性。铅酸蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中,铅酸蓄电池的端电压U和电解液密度pzsv随放电时间t延长而变化的规律。 (4) 充电特性 铅酸蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中,铅酸蓄电池的端电压 U.和电解液密度ps“随充电时间“。延长而变化的规律。 蓄电池充电终了的特征为: (1) 端电压和电解液密度上升到最大值且2~3h内不再上升。 (2) 电解液中产生大量气泡,呈现“沸腾”状态。 课堂演示： - 动态演示充放电化学反应（PbO₂ + Pb + H₂SO₄）。 - 图解静止电动势、内阻对性能的影响。 - 模拟充放电实验，记录电压变化曲线。 - 小组讨论温度对容量的影响。 通过实验理解电化学过程，掌握特性参数的实践意义。 4. 容量及影响因素 蓄电池的容量分为理论容量、实际容量、额定容量和储备容量四种。 理论容量：基于活性物质全部参与放电反应，依据法拉第电化当量定律，由活性物质质量计算得出的容量。 实际容量：蓄电池实际放出的电量。恒流放电时，实际容量C等于放电电流I与放电时间t的乘积，即。由于活性物质无法100%利用，实际容量低于理论容量。 额定容量：铅酸蓄电池设计和生产时，厂家规定的最低放电电量，以20h放电率容量表示。按《起动用铅酸蓄电池技术条件和试验方法》规定，在电解液温度(25±5)℃下，以0.05C电流放电至单格电池平均电压1.75V时的输出电量。新蓄电池必须达到此指标，否则为不合格。例如，6-Q-105型铅酸蓄电池以5.25A电流放电，若放电时间≥20h，则容量≥105A·h，为合格；否则为不合格。 储备容量：按《起动用铅酸蓄电池技术条件和试验方法》规定，在(25±2)℃下，以25A恒流放电至单格电池平均电压1.75V的放电时间，单位为min。反映汽车充电系统失效时，蓄电池为用电设备提供25A恒流的能力。 影响容量的因素：构造因素、使用因素、电解质密度影响因素。 - 案例导入：同一蓄电池在不同温度下的续航差异。 - 列表分析放电率、极板厚度等因素对容量的影响。 - 计算不同放电率下的理论容量。 - 设计实验验证温度对电解液密度的影响。 培养数据分析能力，理解多因素对容量的综合作用。 5. 使用与维护 蓄电池的正确使用： 三抓：正确及时充电、正确操作使用、清洁维护。 五防：一防充电电流过大和长时间过充电，二防过度放电，三防电解液液面过低，四防电解液密度过高，五防电解液内混入杂质。 蓄电池的存储： a.室温为 5~40 ℃ ,干燥、清洁、通风良好。 b.不受阳光直射,离开热源(暖气设备等)不小于2m。 c.避免与任何液体和有害物质接触,蓄电池内不得掉入任何金属杂质。 d.应把蓄电池按行排放在木架上,不得倒置及卧放,不得受到任何机械冲击或重压。 - 示范电解液配制、极柱清洁等操作。 蓄电池的维护： 1　 注意观察蓄电池外壳,是否有裂纹和电解液泄漏。 2　 检查蓄电池的安装是否牢固、接线柱是否松动、接线是否紧固。 3　 经常清除蓄电池上的灰尘、泥土、接线柱和线头上的氧化物,并涂上润滑脂(如黄油等)。 4　 定期检查蓄电池的电解液密度及液面高度。 5　 检查蓄电池的放电程度,发现存电不足,应立即补充充电。 普通蓄电池放电程度的检查方法： a.测量电解液的密度 b.用高率放电计测量电压 c.用万用表测量蓄电池的端电压 蓄电池的拆装： ①蓄电池正、负接线柱的识别。 a.新蓄电池上铸有“+”(或P)的接线柱为正极,铸有“-”(或N)的接线柱为负极。修理后蓄电池一般涂红漆的为正极,涂其他漆为负极。 b.看接线柱自然颜色,呈深褐色的为正极,浅灰色的为负极。 c.用万用表电压挡检测,将万用表置于相应的电压挡位,测量蓄电池电压:当指针偏摆正常(或指示正值)时,红表笔对应的为正极,黑表笔对应的为负极。 ② 蓄电池的拆卸。在拆蓄电池电缆前,应先读取故障码等信息,再将点火开关置于断开位置;使全车用电设备与电源断开。拆卸时,应先拆负极柱上的搭铁线,后拆正极柱上的起动机线。若发现蓄电池接线柱螺栓锈蚀难以取出,切莫用手锤等敲打,以避免极柱断裂,极板活性物质脱落。可用热水冲洗后,拧开螺栓,用夹头拉器将夹头取下。取下电池时应小心轻放,避免撞击损坏壳体。 ③ 蓄电池的安装。安装蓄电池时,应认清正、负极,保证负极搭铁。先接起动机(正极)线,再接(负极)搭铁线,以防扳手搭铁引起蓄电池短路放电。安装极柱接头时,应先用细砂纸清洁极柱和接线头。螺栓上应先涂上凡士林或润滑脂,以防氧化生锈,便于以后拆卸。 蓄电池的充电： 6　 - 播放维护视频（如充电机使用规范）。 (1)充电方法。蓄电池的充电方法有定流充电、定压充电和快速脉冲充电等。常见充电设备有硅整流充电机、晶闸管充电机和快速脉冲充电机等， ① 定流充电。在充电过程中,保持充电电流恒定的充电方法叫定流充电或恒流充电。硅整流充电机和晶闸管充电机都可方便地实现充电电流恒定的控制。采用定流充电可以将不同电压等级的蓄电池串在一起充电,连接方法如图1-25所示,充电电流应按照容量最小的电池来选择,当小容量蓄电池充足电后,应及时取掉,然后再继续给大容量蓄电池充电。定流充电的优点是充电电流可以选择,因此既适用于蓄电池的初充电,又适用于补充充电和去硫充电，目有益于延长蓄电池的使用寿命。缺点是充电时间较长,而且需要经常调整充电电流。 ②)定压充电。在充电过程中,保持充电电压恒定的充电方法称为定压充电。汽车上的充电系统采用电压调节器实现对充电电压恒定的控制。定压充电连接方法如图1-26所示。定压充电电压选择:一般每单格电池约需25V,即6V电池需要充电电压约为7.5V,12V电池需要充电电压约为15 V。定压充电的特点是充电效率高,开始4~5h内,就可获得 90%~95%的充电量,可大大缩短充电时间。定压充电电压选择合适时,电池充足后,充电电流会自动趋向于零,使充电自动停止,这就不必由人工经常调整和照管。由于定压充电电流的大小不能调整,所以不能确保蓄电池完全充足电,也不能用于蓄电池的初充电和去硫充电。 电解液的配置： 电解液的密度选择。电解液密度随温度变化而变动。各厂生产的蓄电池由于极板结构成分和工艺不同,需用电解液的密度也不同。使用过程中,必须按规定的密度值配制电解液。 配制电解液必须应用耐酸、耐腐蚀的玻璃、陶瓷、硬橡胶或铅质容器,容器、搅拌棒、温度计、密度计等用具均应保持清洁干净。 充电种类： · 初充电 · 补充充电 · 快速脉冲充电 · 去硫充电 充电时应注意的事项： ①严格遵守充电规范。 ②)配制和注入电解液时,要严格遵守安全操作规则和器皿的使用规则。 ③ 充电时,应先接好蓄电池线,导线连接必须可靠,防止发生火花;停止充电时,应先切断充电机交流电源。 ④充电过程中,要经常测量各个单格电池的电压和密度,及时判断充电程度和技术状况不同技术状况的蓄电池充电时的表现。 ⑤ 充电时要打开蓄电池加液孔盖,使氢气、氧气顺利逸出,并保持充电场所通风良好,以免发生事故。 ⑥ 初充电工作应连续进行,不可长时间中断。 ⑦ 充电过程中,要注意测量各个单格电池的温升,以免温度过高影响铅酸蓄电池的使用性能,也可采用风冷和水冷的方法来降温。 ⑧充电室要安装通风设备,严禁用明火取暖,充电机和蓄电池应隔室放置。 - 实操电解液密度检测与充电操作。 - 编写维护流程清单。 提升实践技能，强化标准化操作意识。 6. 常见故障排除 - 列举硫化、短路等故障现象，分析成因，并了解预防措施。 1.极板硫化 极板上生成白色粗晶粒硫酸铅的现象称为“硫酸铅硬化”,简称“硫化”。这种粗晶粒硫酸铅导电性能很差,正常充电时很难转化为二氧化铅和海绵状纯铅。由于晶粒粗,体积大,会堵塞活性物质的孔隙,阻碍电解液的渗透,因此蓄电池的内阻明显增大。 极板严重硫化后,在充、放电时都会出现异常,如充电时单格电压上升过快,电解液温度过高,“沸腾”过早,电解液密度达不到规定值;放电时电压急剧下降,不能持续供给起动电流,以至于不能起动。 (1)产生硫化的主要原因。 ①) 蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电,当温度发生变化时,硫酸铅发生再结晶的现象。 ② 电解液液面过低,极板露出部分与空气接触而发生氧化,由于液面的上下波动,氧化的极板时干时湿而发生了再结晶。 ③ 蓄电池经常过放电或小电流深度放电,使硫酸铅深入到极板内层,充电时又得不到恢复,久而久之也将导致硫化。 ④电解液不纯、密度过高和气温剧烈变化等都是促使硫化形成的外部原因。 (3) 预防极板硫化的措施。对蓄电池定期进行补充充电,使其经常处于充足电状态;放完电的蓄电池应在24h内进行补充充电:电解液密度应适当,液面高度应符合规定。 2.活性物质脱落 活性物质脱落主要是正极板上的活性物质二氧化铅脱落。严重时,电解液混浊并呈褐色。蓄电池充电时,有褐色物质自底部上升、电压上升过快、沸腾过早出现、密度上升缓慢:放电时电压下降过快、容量下降。 (1)活性物质脱落的原因 ① 充电电流过大或长时间过充电,电解水,产生大量气体,在极板内部造成压力,使活性物质脱落。 ②) 大电流放电,尤其是低温大电流放电,硫酸铅迅速生成,体积严重膨胀,极板拱曲变形促使活性物质脱落 ③ 蓄电池极板组松旷、安装不良、汽车行驶颠簸振动等也会加速活性物质脱落 (2)预防极板活性物质脱落的措施。避免过充电和大电流长时间充、放电;安装搬运蓄电池应轻搬轻放,避免振动冲击;蓄电池在汽车上的安装应牢固可靠。 3.自行放电 蓄电池在无负载状态下,电量自行消失的现象称为自行放电(俗称“漏电”),若每昼夜电量降低超过2%额定容量,说明蓄电池有自行放电故障。 (1)自行放电的原因。 ①电解液不纯,含铅以外的其他金属杂质过多,这些金属微粒在电解液中与正、负极板形成封闭型微电池而放电。 ②) 蓄电池顶部不清洁,造成正、负极柱之间短路,导致自行放电,外露式联条的蓄电池自行放电更为严重。 - 分组指导故障诊断方法（电压检测、外观检查）。 ③ 蓄电池内部正、负极板短路,如隔板破裂、极板拱曲变形、活性物质严重脱落、极板组装 时不慎落入铅渣等。 (2)预防自行放电的措施。配制电解液用的硫酸及蒸馏水必须符合规定;配制电解液所用器皿必须是耐酸材料制作的,配好的电解液应妥善保管,严防掉入脏物;加液螺塞要盖好,保持电池外表清洁干燥;补充的蒸馏水要符合要求。 - 模拟故障场景，制定排查方案。 - 完成故障诊断报告。 培养逻辑思维与问题解决能力。 7. 电动汽车用高能电池 -电动汽车(EV)与普通“汽车”的主要区别是动力源不同,EV用蓄电池-电动机系统,FCEV用燃料电池发动机-电动机系统,HEV用混合动力发动机-发电机和电动机系统,取代了内燃机汽车的汽油机、柴油机。EV是一种较理想的“零污染”或“超低污染”的车辆,它噪声和振动小、操作性能好,是取代内燃机汽车的主要车型。 第一代的EV电池都是铅酸电池,由于质量大、比能量小,已被高能电池取代。第二代是高能电池,有镉-镍电池、镍-氢电池、锌-空气电池、铁-镍蓄电池、钠-硫电池、锂离子电池和锂聚合物电池等。第二代电池的比能量和比功率都比铅酸电池高,大大地提高了EV的动力性能和持续行驶里程。第二代电池仍然是在电能-化学能-电能的电化学反应过程中存储电能和供给电能,受一些特殊条件限制,有一定的局限性。各种电池对充电技术有不同的要求,而且充电的速度直接影响使用的便利性。化学电池中的活性物质在使用一定时期后,会老化变质甚至完全丧失充放电功能而报废,增加了EV的使用成本。 第三代是以燃料电池为主的电池(电堆),燃料电池利用氧气直接将燃料的化学能转变为电能,能量转换效率高,比能量和比功率高。并且燃料电池能量转换过程可以持续进行,反应过程能够有效地控制。另外,飞轮储能器(即飞轮电池)是以机械能的形式储存能量,实现电能-机械能-电能转换的“电池”,蓄积能量转速升高,释放能量转速降低。超级电容器(即电化学电容)是依靠电解质与电极接触界面上形成的双电层结构储存能量,实现电能-电位能-电能转换的“电池”。这两种储能器在理论上都具有很大的转换能力。而且“充电”和“放电”都十分方便,都是较理想的电动汽车“电池” 混合动力电动汽车(HEV),通常使用汽油驱动和电力驱动两种方式,能使发动机一直保持在最佳工况,并且可以回收部分行车制动能量,兼备EV能量利用率高和传统内燃机汽车使用便利的优点,近几年发展迅速。HEV所用电池少有第一代铅酸电池,多为第二代高能电池。 碱性蓄电池是以氢氧化钾或氢氧化钠溶液为电解液的一类蓄电池的总称。其中,以氢氧化钾溶液作为电解液的应用最为普遍。铅酸蓄电池,虽然具有良好的起动性,但比能量小、质量大、使用寿命短。现在有些汽车上采用碱性蓄电池,特别是电动汽车使用得更为广泛,其优点是:比能量大、寿命长、容器和极板的机械强度高、无硫化现象、工作可靠、耐强电流放电。其缺点是:内阻大、价格较高。典型的碱性蓄电池有镉-镍电池、镍-氢电池、锌-空气电池、锂离子电池、铁-镍电池、银-锌电池等。 - 收集高能电池案例，制作对比海报。 - 辩论传统与新型电池的优劣。 拓展行业视野，激发创新思维。 课堂小结（5分钟） 作用与分类：提供启动电流、稳压及备用电源，分铅酸（成本低）与碱性（耐低温）两类。 构造与型号：普通蓄电池可补液，干式荷电加液即用，免维护采用铅钙合金减少水耗，胶体型以凝胶电解液抗震。 原理与特性：静止电动势与电解液密度相关，内阻影响充放电效率，放电特性曲线分三阶段。 容量与维护：受温度、电流、硫化影响，需定期检查液面、清洁极柱，避免深度放电。 故障与高能电池：排除硫化、自放电故障；电动汽车用锂电池能量密度高，需电池管理系统（BMS）。 1. 回顾本节课所学内容，总结学习收获。 2. 思考问题，并尝试回答。 3. 提出问题和建议，与教师和同学交流想法。 帮助学生巩固本节课所学内容，了解学生的学习情况和反馈，为后续教学提供调整和改进的依据。 作业布置 1.撰写实验报告：对比普通蓄电池与免维护蓄电池的充放电特性。 2.案例分析：某车辆启动困难，结合所学设计故障排查方案。 3.调研任务：收集电动汽车高能电池的最新发展动态。 板书设计 4. 容量因素 - 温度、放电率、极板 5. 维护要点 - 清洁、密度检测、充电规范 6. 前沿技术 - 锂电、燃料电池 1. 作用与分类 - 铅酸 vs 碱性 2. 构造与型号 - 普通蓄电池 - 干式荷电蓄电池 - 免维护蓄电池 3. 工作原理 - 化学反应：PbO₂ + Pb + H₂SO₄ - 特性：静止电动势、内阻、充电、放电 静止电动势E=0.85+ρ²⁵℃ 教学反思 成效：学生能较好掌握构造与维护操作，但化学反应原理需加强动态演示。 改进：增加高能电池的实物展示，深化校企合作案例教学。 反馈：通过实操考核发现，部分学生对型号命名规则不熟，需针对性强化练习。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$