汽車(chē)電器電子教案第2講

1、聊城大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院 汽車(chē)電器與電子技術(shù)電子教案電子教案 主講教師：楚曉華章 節(jié)（第2講）第二章 汽車(chē)供電系統(tǒng)第一節(jié) 蓄電池的構(gòu)造及工作原理課時(shí)2授課班級(jí)05級(jí)1、2、5、6、7班授課日期2008-2-26教學(xué)目的了解蓄電池的類(lèi)型和構(gòu)造，型號(hào)的規(guī)定及含義掌握充放電過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程及電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的原理了解蓄電池容量的概念，額定容量，起動(dòng)容量的定義掌握蓄電池的充電方法及相應(yīng)的充電設(shè)備教學(xué)重點(diǎn)掌握充電過(guò)程和放電過(guò)程；理解蓄電池容量的概念，額定容量，起動(dòng)容量的定義。教學(xué)難點(diǎn)掌握蓄電池的工作原理。教學(xué)手段講授、多媒體、自學(xué)作業(yè)思考題與習(xí)題 21、2-2、2-3、2-4、2-5主要參

2、考書(shū)目及網(wǎng)絡(luò)資源汽車(chē)電器與電子技術(shù)，孫仁云 付百學(xué)編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年1月教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程組織教學(xué) 復(fù)習(xí)上講的內(nèi)容，導(dǎo)入本堂教學(xué)一、汽車(chē)供電系統(tǒng)概述汽車(chē)供電系統(tǒng)由蓄電池、發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器組成。汽車(chē)上配裝有蓄電池和發(fā)電機(jī)兩個(gè)直流電源，整車(chē)電器與電子設(shè)備均與兩個(gè)直流電源并聯(lián)連接，電路如圖11所示。蓄電池和發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作，發(fā)電機(jī)是汽車(chē)的主要電源，蓄電池是輔助電源。發(fā)電機(jī)配有調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的功用是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到一定程度時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓使其保持穩(wěn)定。二、蓄電池的功用 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，用電系統(tǒng)所需電能主要由發(fā)電機(jī)供給，蓄電池

3、的功用有： (1)啟功發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，向啟動(dòng)系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)供電。 (2)備用供電。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)不發(fā)電或電壓較低時(shí)向交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組、點(diǎn)火系統(tǒng)以及其他用電設(shè)備供電。 (3)存儲(chǔ)電能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)中高速運(yùn)轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)正常供電時(shí)將發(fā)電機(jī)剩余電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)。 (4)協(xié)同供電。當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)載時(shí)，協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電系統(tǒng)供電o (5)穩(wěn)定電源電壓，保護(hù)電子設(shè)備。蓄電池相當(dāng)于一只大容量電容器，不僅能夠保持汽車(chē)電系的電壓穩(wěn)定，而且還能吸收電路中出現(xiàn)的瞬時(shí)過(guò)電壓，防止損壞電子設(shè)備。當(dāng)接通啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，蓄電池在35s內(nèi)必須向起動(dòng)機(jī)連續(xù)供給強(qiáng)大電流(汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)一般為200600a，柴

4、油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)一般為800 a以上)，由此可見(jiàn)，蓄電池的主要功用是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)蓄電池的工作特點(diǎn)，對(duì)汽車(chē)用蓄電池的主要要求是；容量大、內(nèi)阻小，以保證蓄電池具有足夠的啟動(dòng)能力。如果蓄電池容量不足或內(nèi)阻過(guò)大，那么就個(gè)能供給強(qiáng)大電流，發(fā)動(dòng)機(jī)就不能啟動(dòng)。三、蓄電池的分類(lèi) 蓄電池是一種可逆的低壓直流電源。既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。汽車(chē)用蓄電池分為堿性蓄電池和酸性蓄電池兩大類(lèi)。堿性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈的氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。酸性蓄電池的電解液為化學(xué)純凈的硫酸溶液。因?yàn)樗嵝孕铍姵貥O板上活性物質(zhì)的主要成分是鉛，所以稱(chēng)之為鉛酸蓄電池。由于鉛酸蓄電池具有內(nèi)部電阻小、輸出電壓穩(wěn)定、制

5、造成本低、原材料豐富等突出優(yōu)點(diǎn)，因此汽車(chē)普通采用。汽車(chē)目前使用的蓄電池按結(jié)構(gòu)可分為橡膠槽蓄電池和塑料槽蓄電池兩類(lèi)，按其性能可分為干荷電蓄電池和免維護(hù)蓄電池兩類(lèi)；現(xiàn)代汽車(chē)普遍采用干荷電與免維擴(kuò)蓄電池： (1)：干荷電蓄電池 極板在干燥狀態(tài)下，能在較長(zhǎng)時(shí)間(般2年)內(nèi)保存制造過(guò)程中所得電量的蓄電池，簡(jiǎn)稱(chēng)干荷電蓄電池： (2)免維護(hù)蓄電池 蓄電池在有效使用期(一般4年)內(nèi)無(wú)需進(jìn)行添加蒸餾水等維護(hù)工作的蓄電池，稱(chēng)為免維護(hù)蓄電池或無(wú)需維護(hù)蓄電池 汽車(chē)配裝蓄電池的主要目的是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，所以汽車(chē)用鉛酸蓄電池又稱(chēng)為啟動(dòng)型鉛酸蓄電池。四、蓄電池的構(gòu)造 現(xiàn)代汽車(chē)用蓄電池由6個(gè)單格電池串聯(lián)而成。每個(gè)單格電池的電壓約

6、為2v，串聯(lián)成12v供汽車(chē)選用。12v電氣系統(tǒng)(電系)汽車(chē)選用一只電池；24v電系汽車(chē)選用兩只電池。各型汽車(chē)用蓄電池的構(gòu)造基本相同，都是由極板、隔板、電解液和殼體四部分組成。 1極板 極板是蓄電池的核心部件，由柵架與活性物質(zhì)組成。在蓄電池充放電過(guò)程中能的相互轉(zhuǎn)換，依靠極板上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 柵架由鉛銻合金或鉛鈣錫合金澆鑄或滾壓而成。 活性物質(zhì)是指極板上參與化學(xué)反應(yīng)的工作物質(zhì)，主要由鉛粉與一定密度的稀硫酸混合的成。鉛粉是活物質(zhì)的主要原料，由鉛塊放入球磨機(jī)研磨而成。極板分為正極板和負(fù)極板兩種。將鉛粉與稀硫酸混合成膏狀涂在柵架上即可得到生極板，生極板經(jīng)熱風(fēng)干燥，再放入稀

7、硫酸中進(jìn)行化成(在蓄電池生產(chǎn)工藝中，對(duì)極板進(jìn)行充電的過(guò)程稱(chēng)為“化成”，一般充電1820 h)處理便可得到正極板和負(fù)極板。正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛，呈深棕色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛，呈深灰色。 將一片正極板和一片負(fù)極板浸入電解液中，便可得到2v左右的電壓。為了增大蓄電他的容量，將多片正、負(fù)極板匯流條并聯(lián)，用匯流條焊接起來(lái)使分別組成正、負(fù)極板組。匯流條上澆鑄有極柱；各片極板之間留有空隙。安裝時(shí)，各片正負(fù)極板相互嵌合，中間插入隔板后裝入電池槽內(nèi)便形成單格電池。 在每個(gè)單格電池中，負(fù)極板總比正極板多一片。這是因?yàn)檎龢O板上的化學(xué)反應(yīng)比負(fù)極板上的化學(xué)反應(yīng)劇烈所以將正極板夾在負(fù)極板之間可使其兩側(cè)

8、放電均勻，防止活性物質(zhì)體積變化不一致而造成極板拱曲。 2隔板板 為了減小蓄電池的內(nèi)阻和尺寸，正、負(fù)極板應(yīng)盡可能靠近。隔板的功用就是將正、負(fù)極板隔開(kāi)，防止相鄰正負(fù)極板接觸而短路。隔板應(yīng)具有多孔性，以便電解液滲透，還應(yīng)具有良好的耐酸性和抗氧化性。隔板材料有木質(zhì)、微孔橡膠和微孔塑料等等。木質(zhì)隔板耐酸性能差，在硫酸作用下容易炭化和變脆，且消耗木材，不符合保護(hù)環(huán)境的時(shí)代發(fā)展潮流，因此已不再使用。微孔橡膠和微孔塑料隔板耐酸、耐高溫性能好、壽命長(zhǎng)，且成本低，因此目前被廣泛使用。 免維護(hù)蓄電池普遍采用了聚氯乙烯袋式隔板。使用時(shí)，正極板被隔板袋包住，脫落的活性物質(zhì)保留在袋內(nèi)，不僅可以防止極板短路，而且可以取消殼

9、體底部凸起的筋條，使極板上部容積增大，從而增大電解液的儲(chǔ)存量。3.電解液 電解液由純硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。密度一般為123130 gcm3。 電解液純度是影響蓄電池電氣性能和使用壽命的重要因素。因此蓄電池用電解液必須符合專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)zbk84 00389鉛酸蓄電池用電解液規(guī)定，所用硫酸必須符合國(guó)標(biāo)gb455484蓄電池用硫酸規(guī)定，所用蒸餾水必須符合專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)zbk84 00489鉛酸蓄電池用水規(guī)定。由于工業(yè)用硫酸和普通水中含銅、鐵等雜質(zhì)較多，會(huì)加速蓄電池自放電，因此不能用于蓄電池。 4殼體 蓄電池殼體由電池槽和電池蓋兩部分組成，其功用是盛裝電解液和極板組。 蓄電池殼體應(yīng)耐酸、耐熱、耐振動(dòng)、

10、耐沖擊等。目前使用的干荷電與免維護(hù)蓄電池普遍采用聚丙烯透明塑料殼體，電池槽與電池蓋之間采用熱壓工藝教合為整體結(jié)構(gòu)。不僅耐酸、耐熱、耐振動(dòng)沖擊而且殼壁薄面輕(厚約2mm)、易于熱封合、外形美觀、成本低廉、生產(chǎn)效率高。 電池槽由隔壁分成6個(gè)互不相通的單格，底部制有凸起的筋條，以便放置極板組。筋條與極板底緣組成的空間可以積存極板脫落的活性物質(zhì)防止正、負(fù)極板短路 對(duì)于采用袋式隔板的免維護(hù)蓄電池，因?yàn)槊撀涞幕钚晕镔|(zhì)存積在袋內(nèi)，所以沒(méi)有設(shè)置筋條。 蓄電池各單格電池之間采用鉛質(zhì)聯(lián)條串聯(lián)聯(lián)接。干荷電與免維護(hù)蓄電池普遍采用穿壁式聯(lián)接，所用聯(lián)條尺寸較小，并設(shè)置在殼體內(nèi)部， 在蓄電池蓋上設(shè)有加液孔，并用螺塞或蓋板密

11、封，防止電解液溢出。旋下加液孔螺塞或打開(kāi)加液孔蓋板，即可加注電解液和檢測(cè)電解液密度；在加液孔螺塞和蓋板上設(shè)有通氣孔，以便排出化學(xué)反應(yīng)放出的氫氣和氧氣。該通氣小孔在使用過(guò)程中必須保持暢通，防止殼體脹裂或發(fā)生爆炸事故。 5蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器目前，采用全密封型免維護(hù)蓄電池的小轎車(chē)越來(lái)越多，出于這種蓄電池蓋上沒(méi)有設(shè)置加液孔，因此不能用密度計(jì)測(cè)量電解液的相對(duì)密度，為此在這種免維護(hù)蓄屯池蓋上設(shè)有一只蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器來(lái)指示蓄電池的技術(shù)狀況。蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器又稱(chēng)為內(nèi)裝式密度計(jì)，由透明塑料管、底座和兩只小球(一只為紅色、另一只為藍(lán)色)組成，借助于螺紋安裝在蓄電池蓋上，兩只顧色不同的小球安放在塑料管與底

12、座之間的中心孔中，紅色小球在上、藍(lán)色小球在下。由于兩只小球是由密度不同的材料制成，因此可隨電解濃密度變化而上下浮動(dòng)。蓄電池技術(shù)狀態(tài)指示器是根據(jù)光學(xué)折射原理來(lái)反映蓄電池技術(shù)狀態(tài)的。當(dāng)蓄電池存電充足、電解液相對(duì)密度大于122時(shí)，兩只小球向上浮動(dòng)到極限位置經(jīng)過(guò)光線折射小球的顏色，從指示器頂部觀察到的結(jié)果中心呈紅色圓點(diǎn)、周?chē)仕{(lán)色圓環(huán)，表示蓄電池技術(shù)狀態(tài)良好，英文標(biāo)示為“ok”。當(dāng)蓄電池充電不足、電解液相對(duì)密度過(guò)低時(shí)，藍(lán)色小球下移到極限位置，觀察結(jié)果呈紅色圓點(diǎn)、周?chē)薀o(wú)色透明圓環(huán)，表示蓄電池充電不足，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充充電，當(dāng)電解液液面過(guò)低時(shí)，兩只小球都將下移到極限位置，觀察結(jié)果如圖17(d)所示，中心呈無(wú)色

13、透明圓點(diǎn)周?chē)始t色圓環(huán)，表示電解液不足，蓄電池?zé)o法繼續(xù)使用，必須更換蓄電池。如果這種指示器安裝在干荷電蓄電池上，則表示必須添加蒸餾水。五、蓄電池的工作原理在蓄電池充放電過(guò)程中，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是可逆的。蓄電池的工作過(guò)程就是化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程。放電時(shí)，善電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能供用電設(shè)備使用；充電時(shí)，蓄電池將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)備用。 蓄電池充放電的化學(xué)反應(yīng)方程式可用下式表示： 1、放電過(guò)程 將蓄電他的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程稱(chēng)為放電過(guò)程。 當(dāng)放電尚未開(kāi)始時(shí)，正極板是二氧化鉛，負(fù)極板是純鉛，電解液是硫酸溶液。由于正、負(fù)兩極不同物質(zhì)與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使正極板具有正電位，約為2.0v；負(fù)極板具

14、有負(fù)電位，約為0.1v。正、負(fù)兩極間的電動(dòng)勢(shì)e為： e=2.0-(-0.1)=2.1v 當(dāng)放電電路接通時(shí)，在電動(dòng)勢(shì)的作用下，電流便從正權(quán)流出，經(jīng)過(guò)燈絲流回負(fù)極。過(guò)燈絲會(huì)使燈絲發(fā)熱，當(dāng)電流足夠大時(shí)，便使燈絲熾熱而使燈泡發(fā)出亮光。在放電過(guò)程中，由于正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛和負(fù)極板上的活性物質(zhì)純鉛不斷與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此二氧化鉛和純鉛逐漸轉(zhuǎn)變成硫酸鉛，正極電位逐漸降低，負(fù)極電位逐漸升高，使正負(fù)極間的電位差逐漸降低；電解液中的硫酸成分逐漸減少、水分逐漸增多，使電解液相對(duì)密度逐漸減小。當(dāng)電位差降低時(shí)，流過(guò)燈絲的電流就會(huì)減小，燈絲發(fā)熱量相應(yīng)減少，燈泡亮度變?nèi)?，直到不能發(fā)光為止。 2充電過(guò)程將電能轉(zhuǎn)

15、換成蓄電池的化學(xué)能的過(guò)程稱(chēng)為充電過(guò)程。充電時(shí)，蓄電池應(yīng)接直流電源，電池正極接電源正極，電池負(fù)極接電源負(fù)極。 將完全放電的蓄電池與直流電源接通時(shí)，電流就會(huì)按與放電時(shí)相反的方向流過(guò)蓄電池；此時(shí)蓄電池內(nèi)部將發(fā)生與放電過(guò)程相反的化學(xué)反應(yīng)，正、負(fù)極板上的硫酸鉛將分別還原為二氧化鉛和純鉛，電解液中硫酸成分逐漸增多而水分逐漸減少，電解液密逐漸增大。在充電過(guò)程中，上述化學(xué)反應(yīng)不斷進(jìn)行，充電一直進(jìn)行到極板上的活性物質(zhì)完全恢復(fù)到放電前的狀態(tài)為止。 在充電末期，電解液相對(duì)密度將升高到最大值，充電電流將用于電解水將產(chǎn)生大量氣泡。蓄電池充電終了的特征是： （1）蓄電池內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，即出現(xiàn)所謂“沸騰”現(xiàn)象；（2）蓄電池

16、端電壓和電解液相對(duì)密度均上升至最大值，且在23h內(nèi)不再增加。六、蓄電池的工作特性1.靜止電動(dòng)勢(shì)是指蓄電池在靜止?fàn)顟B(tài)下（不充電也不放電）正負(fù)極板之間的電位差。2蓄電池內(nèi)阻反映了蓄電池帶負(fù)載的能力。3蓄電池的放電特性指以恒流if 放電時(shí)，蓄電池端電壓、電動(dòng)勢(shì)和電解液密度隨放電時(shí)間的變化規(guī)律。 4蓄電池的充電特性指以恒流ic 充電時(shí)，蓄電池充電電壓、電動(dòng)勢(shì)和電解液密度隨放電時(shí)間的變化規(guī)律。 5蓄電池的容量 蓄電池的容量是反映蓄電池對(duì)外供電能力及選用蓄電池的重要指標(biāo)。蓄電池的容量是指在規(guī)定的放電條件下，蓄電池能夠輸出的電量。 （1）額定容量c20蓄電池的20 h率額定容量是指：完全充足電的蓄電池在電解液溫度為25條件下，以20 h率的放電電流(即0.05c20。安培電流)連續(xù)放電至12v蓄電他的端電壓降到10.5v時(shí)輸出的電量，用c20表示，單位為ak。 （2）額定儲(chǔ)備容量cm額定儲(chǔ)備容量是指：完全充足電的蓄電池在電解液溫度為25條件下，以25a電流連續(xù)放電至12v蓄電池電壓降到105v時(shí)，放電所持續(xù)的時(shí)間，用cm表示，單位為min(分鐘)。七、蓄電池的維護(hù) 1蓄電池的正確使用 1）正確使用起動(dòng)機(jī) 2）定期補(bǔ)充充電 3）蓄電池在汽車(chē)上必須固定牢靠防止汽車(chē)行駛時(shí)振動(dòng)受損。 4）新蓄電池首次使用之前，需要合理選擇電解液相對(duì)密度。2蓄