汽车蓄电池的维护与故障控制分析.pdf
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1、乌海职业技术学院 毕业(设计)论文 系(部)机电工程系 专业汽车检测与维修技术 班级13 汽修 指导教师郭歆荷 姓名 屈宇 学号2013850202 汽车蓄电池的维护与故障控制 【摘要】蓄电池是汽车上的重要部件之一。由于人们对舒适性要求的提高, 汽车电气设备也在不断的更新换代,随着车载用电设备的增加, 对汽车蓄电池的 要求也显得越来越重要了, 它的性能对汽车性能有着至关重要的影响,如果蓄电 池的使用与维护不当, 将会大大缩短蓄电池的使用寿命。为了保证蓄电池特性的 正常发挥和延长蓄电池的使用寿命,必须了解蓄电池的常见故障原因,积极采取 正确的使用与维护方法,避免蓄电池过早报废或过早损坏,降低汽车
2、维护成本, 使蓄电池能发挥其最大的使用价值。 【关键词】蓄电池故障现象排除方法 【目录】 第一章绪论 1 第二章蓄电池的分类与工作原理 2 2.1 蓄电池的分类 2 2.2 蓄电池的工作原理 3 2.2.1 铅蓄电池的静止电动势 3 2.2.2 铅蓄电池的放电 3 2.2.3 铅蓄电池的放电过程 4 2.2.4 铅蓄电池内部反应的化学原理 4 第三章蓄电池的结构与功用 5 3.1 铅蓄电池的结构 5 3.1.1 极板 5 3.1.2 隔板和壳体 6 3.1.3 电解液 6 3.2 蓄电池的功用 6 第四章蓄电池的维护方法 . . 7 4.1 测量浮充电压法 7 4.2 内阻或电导测试法 7 4
3、.3 容量测量法 8 4.3.1 传统的离线容量测试法 8 4.3.2 传统的在线容量测试法 8 4.4 蓄电池在使用及保养方面要注意的一些问题 8 第五章蓄电池常见故障与维修. 10 5.1 蓄电池的常见故障 . 10 5.1.1 活性物质脱离及原因 10 5.1.2 极板硫化 10 5.1.3 自行放电 10 5.1.4 短路 11 5.2 蓄电池的维修 . 11 5.2.1 活性物质脱落的故障处理措施 11 5.2.2 极板硫化的处理措施 11 5.2.3 自放电故障的排除 12 5.2.4 短路的检修 12 第六章结论. 13 参考文献 . 14 致谢 . 15 汽车蓄电池的维护与故障
4、控制乌海职业学院毕业论文 1 第一章绪论 蓄电池是汽车上非常重要的装置之一。它为汽车起动提供电源,使汽车起动机转动,并供给汽 车发动,点火及照明用电,又称SLI(Starting Lighting Ignition)。按额定电压分,SLI 主要有 6V、12V 系列,但应用最广泛的是12V 蓄电池。对于蓄电池的用户,蓄电池的维护是十分重要的环节。维护 工作做得好,蓄电池的寿命长。反之,则寿命短。在使用蓄电池的过程中,难免会出现故障,蓄电 池常见故障包括内部故障和外部故障。内部故障包括:极板硫化、活性物质脱落、极板栅架腐蚀、 极板短路、自放电、极板拱曲等,外部故障包括:外壳裂纹、极柱腐蚀、极柱松
5、动、封胶干裂等。 现在的小型汽车仅依靠起动机来起动发动机,如果蓄电池出现了故障,将导致汽车无法起动, 所以,平时做好蓄电池的维护工作显得尤为重要。 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 2 第二章蓄电池的分类与工作原理 2.1 蓄电池的分类 汽车上普遍采用起动型蓄电池。由于使用的电解液不同,起动型蓄电池分为酸性和碱性蓄电池。 铅酸蓄电池结构简单,价格低廉,易于满足大量生产的汽车需要;同时其内阻小,起动性好,能在 短时间内供给起动机所需要的最大电流,因此在汽车上得到广泛应用。 蓄电池是一种化学电源,靠其内部的化学反应来储存电能或向用电设备供电。目前燃油汽车上 使用的蓄电池主要有两大类:
6、铅酸蓄电池(以下简称铅蓄电池)和镍碱蓄电池。同时,由于人们对 燃油汽车排放要求的提高和能源危机的冲击,各国正在不断探索和研制电动汽车,其主要的动力源 为新型高能蓄电池。下表列出了各种蓄电池的特点。 表 2-1 各种蓄电池的特点 类型优点缺点适 用 车 辆 铅酸蓄电池 结构简单; 价格便宜; 内阻小;电压稳定; 可以短时间供给起动机强大的起动电流 比容量小; 使用寿命相对较短 一般车辆 镍碱蓄电池 容 量 大; 使 用寿 命 长; 维护简 单 ; 能承受大电流放电而不易损坏 活性物质导电性差; 价格较高 使用时间长、 可靠性高的车辆 电动车蓄电池比容量大;无污染;充、放电性能好; 使用寿命长 结
7、构复杂;成本高电动汽车 铅蓄电池由于结构简单、价格便宜、内阻小、可以短时间供给起动机强大的起动电流而被广泛 采用。铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。 我们常用的铅蓄电池主要分为普通蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三种。 1、普通蓄电池:普通蓄电池的极板是由铅和铅的氧化物构成,电解液是硫酸的水溶液。它的主 要优点是电压稳定、价格便宜;缺点是比能低、使用寿命短和日常维护频繁。 2、干荷蓄电池:它的全称是干式荷电铅酸蓄电池,它的主要特点是负极板有较高的储电能力, 在完全干燥状态下,保存所得到的电量。 3、免维护蓄电池:免维护蓄电池由于自身结构上的优势,电
8、解液的消耗量非常小,在使用寿命 内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电少的特点。使用寿命一般为普 通蓄电池的两倍 1 。 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 3 2.2 蓄电池的工作原理 2.2.1 铅蓄电池的静止电动势 将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中,正、负极板与电解液相互作用,在正、负极板间就会 产生约 2.1V 的静止电动势。 铅蓄电池的静止电动势E: E=0.85+25(2-1) 式中, E 为静止电动势,即开路电压(V) ; 25为基准温度(25)时,电解液的相对密度(g/cm 3) 。 注意,实测电解液的相对密度,应转换成25时电解液的相对密度
9、,转换关系式为: 25=t + 0.00075(t-25)(2-2) 式中, t为实测电解液相对密度(g/cm 3) ;t 为实测电解液温度() 。 因为铅蓄电池工作时,电解液密度总是在1.121.30g/cm 3 之间变化,所以每个单格电池的电动 势也相应地在1.972.15V 之间变化。 2.2.2 铅蓄电池的放电 当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时,在正、负极板间就会产生约2.1V 的静止电动势,此 时若接入负载,在电动势的作用下,电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极,这一过 程称为放电,蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。 放电时, 正极板上的PbO2和负极板上的Pb
10、,都与电解液中的H2SO4反应生成硫酸铅 (PbSO4) , 沉附在正、负极板上。电解液中H2SO4不断减少,密度下降。 理论上,放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止,但由于生成的PbSO4 沉附于极板 表面,阻碍电解液向活性物质内层渗透,使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应,因此在 使用中,放完电蓄电池的活性物质利用率只有20 30。因此,采用薄型极板,增加极板的多孔 性,可以提高活性物质的利用率,增大蓄电池的容量。 蓄电池放电终了的特征是: (1) 单格电池电压降到放电终止电压; (2) 电解液密度降到最小许可值。 放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大,允许的放电时
11、间就越短,放电终止电压 也越低。 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 4 2.2.3 铅蓄电池的放电过程 铅蓄电池的放电过程如图2-1 所示: 图 2-1 铅蓄电池的放电过程 2.2.4 铅蓄电池内部反应的化学原理 铅蓄电池由正极板群、负极板群、电解液和容器等组成。充电后的正极板是棕褐色的二氧化铅 (PbO2) ,负极板是灰色的海绵状铅(Pb) ,当两极板放置在浓度为27% 37%的硫酸 (H2SO4)水溶液 中时,极板的铅和硫酸发生化学反应,二价的铅正离子(Pb2+)转移到电解液中,在负极板上留下 两个电子 (2e-)。由于正负电荷的引力,铅正离子聚集在负极板的周围,而正极板在电
12、解液中水分子 作用下有少量的二氧化铅(PbO2)渗入电解液,其中两价的氧离子和水化合,使二氧化铅分子变成 可离解的一种不稳定的物质 氢氧化铅( PB(OH)4) 。氢氧化铅由4 价的铅正离子(Pb 4+)和 4 个 氢氧根 4(OH) 组成。 4 价的铅正离子(Pb4+)留在正极板上,使正极板带正电。由于负极板 带负电,因而两极板间就产生了一定的电位差,这就是电池的电动势。当接通外电路,电流即由正 极流向负极 2 。在放电过程中,负极板上的电子不断经外电路流向正极板,这时在电解液内部因硫 酸分子电离成氢正离子(H +)和硫酸根负离子( SO42-) ,在离子电场力作用下,两种离子分别向正 负极
13、移动,硫酸根负离子到达负极板后与铅正离子结合成硫酸铅(PbSO4)。在正极板上,由于电子自 外电路流入,而与4 价的铅正离子(Pb4+)化合成2 价的铅正离子(Pb2+) ,并立即与正极板附近的 硫酸根负离子结合成硫酸铅附着在正极上。电化学反应方程式为: PbO2+2H2SO4+Pb 2PbSO4+2H2O (2-3) 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 5 第三章蓄电池的结构与功用 3.1 铅蓄电池的结构 蓄电池一般由3 个或 6 个单格电池串联而成,结构如图3-1 所示: 图 3-1 铅蓄电池 1负极柱2加液孔盖3正极柱4穿壁连接 5汇流条6外壳7负极板8隔板9正极板 3.1.
14、1 极板 极板是蓄电池的核心部分,蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液 进行的。极板分为正极板和负极板,均由栅架和活性物质组成。 栅架的作用是固结活性物质。栅架一般由铅锑合金铸成,具有良好的导电性、耐蚀性和一定的 机械强度。为了降低蓄电池的内阻,改善蓄电池的起动性能,有些铅蓄电池采用了放射形栅架。 正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2) , 呈深棕色;负极板上的活性物质是海绵状的纯铅(Pb) , 呈青灰色。将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板。 将正、负极板各一片浸入电解液中,可获得2V 左右的电动势。为了增大蓄电池的容量,常将 多片正、负极板分别并
15、联,组成正、负极板组。在每个单格电池中,正极板的片数要比负极板少一 片,这样每片正极板都处于两片负极板之间,可以使正极板两侧放电均匀,避免因放电不均匀造成 极板拱曲。 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 6 3.1.2 隔板和壳体 (1)隔板插放在正、负极板之间,以防止正、负极板互相接触造成短路。隔板应耐酸并具有多 孔性,以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中,木质隔板耐 酸性较差,微孔橡胶隔板性能最好但成本较高,微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低,因此被广 泛采用。 (2)壳体用于盛放电解液和极板组,应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料
16、 制成,为整体式结构,底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3 个或 6 个互不相通的单 格,各单格之间用铅质联条串联起来。壳体上部使用相同材料的电池盖密封,电池盖上设有对应于 每个单格电池的加液孔,用于添加电解液和蒸馏水,以及测量电解液密度、温度和液面高度。加液 孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。 3.1.3 电解液 电解液在蓄电池的化学反应中,起到离子间导电的作用,并参与蓄电池的化学反应。电解液由 纯硫酸( H2SO4)与蒸馏水按一定比例配制而成,其密度一般为1.241.30g/cm3。 3.2 蓄电池的功用 蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置,属于可逆的直流电
17、源。用于汽车上的蓄电池,必须 满足启动发动机的需要,即在510 s 的短时间内,提供给汽车足够大的电流。汽油机的起动电流为 200600A, 有的柴油机启动电流高达1000A。蓄电池是汽车必不可少的一部分,按市场现有蓄电池的 品种大致可分为两种:传统的铅酸蓄电池和近些年来刚在国内普及使用的免维护型蓄电池。在汽车 上,蓄电池与发电机并联向用电设备供电。在发动机工作时,用电设备所需电能主要由发电机供给。 汽车上装有蓄电池和发电机两个直流电源,这两个电源并联,全车的用电设备均为并联。 蓄电池的功用: (1) 起动发动机时,蓄电池向起动系和点火系供电。 (2) 当发动机低速运转,发电机电压低于蓄电池的
18、充电电压时,由蓄电池向用电设备供电。 (3) 当发动机中、 高速运转, 发电机电压高于蓄电池的充电电压时,蓄电池将发电机的剩余电能 储存起来。 (4) 当发电机过载时,蓄电池协助发电机向用电设备供电。 (5) 蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压,保持汽车电器系统电压的稳定,保护电子元件 3。 汽车蓄电池的维护与故障控制乌海职业学院毕业论文 7 第四章蓄电池的维护方法 4.1 测量浮充电压法 浮充电压的设置对电池的寿命具有相当重要的影响。在理论上要求浮充电压产生的电流量是以 补偿电池的自放电。浮充电压过高会引起电池正极腐蚀和失水,使电池容量下降,而浮充电压过低, 也会使电池充电不足,引起电池落后
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