汽車鉛酸蓄電池原理與整車匹配

1、 汽車鉛酸蓄電池原理與整車匹配一、鉛酸蓄電池基礎原理蓄電池是一種化學電源，靠其內部的化學反應來儲存電能及向用電設備供電。其放電的化學反應是依靠正極板活性物質(二氧化鉛)和負極板活性物質(海綿狀純鉛)在電解液(稀硫酸溶液)的作用下進行。 PbO22H2SO4Pb=PbSO42H2OPbSO4 蓄電池的基礎原理圖 1、蓄電池放電特征：（1）活性物質PbO2和Pb均逐漸變?yōu)?PbSO4。（2）放電過程中，電解液密度下降，所以，可通過電解液密度判斷放電程度 。（3）蓄電池內阻逐漸增大。 蓄電池放電原理圖2、充電過程將電能轉換成蓄電池化學能的過程稱為充電過程，它是放電反應的逆過程。 蓄電池充電原理圖二、

2、鉛酸蓄電池的結構: 1、極板 蓄電池極板分為正極板和負極板，他們都以鉛-銻合金澆鑄成的柵架為骨架，在柵架上填充活性物質制成極板，正極板上的活性物質是二氧化鉛（PbO2），呈深棕色；負極板上的活性物質是海綿狀的純鉛（Pb），呈青灰色。將活性物質調成糊狀填充在柵架的空隙里并進行干燥即形成極板。為了增加電瓶容量，每個單個蓄電池是由多個正負極板組成的極板組，每個正極板是處在兩個負極板中間，使正極板兩邊充放電均勻?；钚晕镔|: 正極板上的活性物質是深棕色的二氧化鉛(PbO2)， 負極板上的活性物質是海綿狀、青灰色的純鉛(Pb)。 2、隔板 隔板插放在正、負極板之間，以防止正、負極板互相接觸造成短路。隔板應

3、耐酸并具有多孔性，以便于電解液的滲透。常用的隔板材料有木質、微孔橡膠和微孔塑料等。其中，木質隔板耐酸性較差，微孔橡膠隔板性能最好但成本較高，微孔塑料隔板孔徑小、孔率高、成本低，因此被廣泛采用?，F(xiàn)在，還有將微孔塑料隔板作成袋狀，包裹著正極，可以防止活性物質脫落。 3、殼體 殼體用于盛放電解液和極板組，具有耐酸、耐熱、耐震性能。殼體多采用硬橡膠或聚丙烯塑料制成，為整體式結構，底部有凸起的肋條以擱置極板組，用來支撐極板組，并使極板上脫落下來的活性物質落入凹槽中，防止極板短路。殼內由間壁分成3個或6個互不相通的單格，（此單格根據(jù)蓄電池的電壓而定，每個單個電壓2V）各單格之間用鉛質聯(lián)條串聯(lián)起來，殼體上部

4、使用相同材料的電池蓋密封，電池蓋上設有對應于每個單格電池的加液孔，用于添加電解液和蒸餾水，以及測量電解液密度、溫度和液面高度。加液孔蓋上的通風孔可使蓄電池化學反應中產生的氣體排出。殼體的底部有凸起的筋，用來支撐極板組，并使極板上脫落下來的活性物質落入凹槽中，防止極板短路。 蓄電池殼體剖析圖 4、電解液 電解液在蓄電池的化學反應中，起到離子間導電的作用，并參與蓄電池的化學反應。電解液由純硫酸（H2SO4）與蒸餾水按一定比例配制而成，其密度一般為1.231.31g/cm3之間。 電解液密度配比示意圖電解液的密度對蓄電池的工作有重要影響，密度大，可減少結冰的危險并提高蓄電池的容量，但密度過大，則粘度

5、增加，反而降低蓄電池的容量，縮短使用壽命。電解液密度應隨地區(qū)和氣候條件而定，下表列出了不同地區(qū)和氣溫下的電解液的密度。另外，電解液的純度也是影響蓄電池性能和使用壽命的重要因素之一。 電解液的密度與氣候條件： 冬季溫度低于40地區(qū) 1.311.26 g/cm3 冬季溫度高于40地區(qū) 1.281.25 g/cm3 冬季溫度高于30地區(qū) 1.271.24 g/cm3 冬季溫度高于20地區(qū) 1.261.23 g/cm3 冬季溫度高于0地區(qū) 1.241.23 g/cm3 三、蓄電池的作用： 汽車電器主要組成部分 ：包括蓄電池、發(fā)電機、調節(jié)器、負載。其中發(fā)電機為主電源，發(fā)電機正常工作時，由發(fā)電機向全車用電

6、設備供電，同時給蓄電池充電。蓄電池的主要作用是發(fā)動機啟動時向啟動機供電，同時輔助發(fā)電機向用電設備供電。調節(jié)器的作用是使發(fā)電機的輸出電壓保持恒定。1、發(fā)動機啟動時，向啟動機和點火系統(tǒng)供電；2、發(fā)動機低速運轉時，向用電設備和發(fā)電機磁場繞組供電；3、發(fā)動機中、高速運轉時，將發(fā)電機剩余電能轉化為化學能儲存起來；4、發(fā)電機過載時，協(xié)助發(fā)電機向用電設備供電；5、蓄電池相當于一個大電容器，能吸收電路中出現(xiàn)的瞬時過電壓，保護電子元件，保持汽車電器系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。四、鉛酸蓄電池的分類鉛酸蓄電池結構簡單、價格便宜、內阻小、可以短時間供給起動機強大的起動電流而被廣泛采用。鉛蓄電池又可以分為普通鉛蓄電池、干荷電鉛蓄電池

7、、濕荷電鉛蓄電池和免維護鉛蓄電池。鉛酸蓄電池的特點見下表：類 型特 點普通鉛蓄電池新蓄電池的極板不帶電，使用前需按規(guī)定加注電解液并進行初充電，初充電的時間較長，使用中需要定期維護。干荷電鉛蓄電池新蓄電池的極板處于干燥的已充電狀態(tài)，電池內部無電解液。在規(guī)定的保存期內，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置2030min即可使用，使用中需要定期維護。濕荷電鉛蓄電池新蓄電池的極板處于已充電狀態(tài)，蓄電池內部帶有少量電解液。在規(guī)定的保存期內，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置2030min即可使用，使用中需要定期維護。免維護蓄電池使用中不需維護，可用34年不需補加蒸餾水，極樁腐蝕極少，自放電少。免維護蓄

8、電池：其中極板的柵架，傳統(tǒng)蓄電池用鉛銻合金制造，免維護蓄電池是用鉛鈣合金制造，前者用銻，后者用鈣，這是兩者的根本區(qū)別點。不同的材料就會產生不同的現(xiàn)象：傳統(tǒng)蓄電池在使用過程中會發(fā)生減液現(xiàn)象，這是因為柵架上的銻會污染負極板上的海綿狀純鉛，減弱了完全充電后蓄電池內的反電動勢，造成水的過度分解，大量氧氣和氫氣分別從正負極板上逸出，使電解液減少。用鈣代替銻，就可以改變完全充電后的蓄電池的反電動勢，減少過充電流，液體氣化速度減低，從而減低了電解液的損失。由于免維護蓄電池采用鉛鈣合金柵架，充電時產生的水分解量少，水份蒸發(fā)量低，加上外殼采用密封結構，釋放出來的硫酸氣體也很少，所以它與傳統(tǒng)蓄電池相比，具有不需添

9、加任何液體，對接線樁頭、電線和車身腐蝕少，抗過充電能力強，起動電流大，電量儲存時間長等優(yōu)點，受到用車人士的歡迎。五、蓄電池常用編號含義說明及性能指標說明1、蓄電池的編號含義：例如：6-QA-100ah中6表示6個單格，Q啟動型，M是摩托車用蓄電池代號。A.H指：一個完全充電的蓄電池在室溫25的條件下連續(xù)20小時輸出穩(wěn)定電流而且單格電池電壓降不低于1.75V（12V/6格），該穩(wěn)定輸出電流乘以20即為該蓄電池的AH的額定值。例：一個蓄電池以4.0A的電流連續(xù)放電20小時后端壓降為10.5V，則該蓄電池為80AH；第二個字母為特征代號：序號產品特征代號序號產品特征代號序號產品特征代號序號產品特征代

10、號1干荷電A4少維護S7半密閉式B10激活式I2濕荷電H5防酸式F8液密式Y11帶液式D3免維護W6密閉式M9氣密式Q12膠質電解液J2、性能指標說明CA（cranking amperage）指：啟動電流：,以安培為單位，在0的情況下放電30s，且電壓保持在7.2V以上，蓄電池所能輸出的電流。CCA（cold cranking amperage）指：冷啟動安培值（電流）：在-18 的條件下蓄電池能1min連續(xù)給負載供電而端電壓降低不低于8.4V（12V）， 此值即為-18 的條件下冷啟動能力額定值：300CCA、400CCA等； RC（reserve capacity）指：儲備電量，以分鐘為單

11、位，在27的情況下，電池以25A的額定電流輸出，且電壓保持在10.5V以上所持續(xù)的時間。啟動容量啟動容量表示蓄電池在發(fā)動機啟動時的供電能力，分為低溫啟動容量和常溫啟動容量。2.1、低溫啟動容量電解液在18時，以3倍額定容量的電流持續(xù)放電至單格電壓下降至1V所放出的電量。持續(xù)時間應在2.5min以上。2.2、常溫啟動容量電解液在30時，以3倍額定容量的電流持續(xù)放電至單格電壓下降至1.5V所放出的電量。持續(xù)時間應在5min以上。在寒冷的氣候中，CCA也許是蓄電池最重要的指標，它用于衡量汽車在-18的環(huán)境下啟動時，蓄電池能夠提供給發(fā)動機的電量。需要注意的是，與冷啟動電流（CCA）類似的參數(shù)還有啟動電

12、流（CA），許多對蓄電池不太了解的人常常被一些蓄電池很高的CA（啟動電流）指標迷惑。CA是指在0時測得的蓄電池啟動電流。同樣的電池，由于測量時環(huán)境溫度的不同，其CA值通常會遠遠高于CCA值。在炎熱的氣候中，AH（安培小時）或RC指標是最為關鍵的參數(shù)。這兩個參數(shù)可用于衡量蓄電池在一段時間內持續(xù)穩(wěn)定輸出電量的能力。選擇蓄電池時應確保其AH和RC參數(shù)達到或超過整車匹配的推薦值，這樣將會延長蓄電池的使用壽命。六、蓄電池的選擇與整車匹配在整車設計過程中蓄電池的選擇要以理論計算為基礎，結合同類成功車型的對比和實車的冷起動或者寒區(qū)試驗進行綜合的選擇。鉛酸蓄電池的選型是一個十分復雜的過程，需要根據(jù)發(fā)動機排量、

13、發(fā)動機類型、氣候條件和汽車選裝用電器的多少確定，其中，起動機的功率是選擇蓄電池的主要依據(jù)。下述的理論計算均只能作為實際選擇的參考，必須要以理論設計計算為基礎，同類車型的開發(fā)經驗并結合寒區(qū)試驗的方案進行選擇。1、計算方法一：起動機的作用是保證發(fā)動機的順利起動。目前我國起動機的選擇處于類比階段，為了保證發(fā)動機成功起動，并且滿足GB/T12535的要求，起動機的起動轉矩Mc必須大于發(fā)動機的阻力矩。起動發(fā)動機所必須的起動功率決定于發(fā)動機的阻力及發(fā)動機的起動轉速。 發(fā)動機的起動阻力力矩，包括摩擦阻力力矩、壓縮損失力矩以及驅動發(fā)動機各種輔助機構的力矩。其中，摩擦阻力矩和壓縮損失力矩又取決于溫度、轉速、氣缸

14、的工作容積和發(fā)動機的型式。取經驗公式：Mc=k*V 式中：Mc發(fā)動機的起動阻力矩（N.m） V發(fā)動機的工作容積（L） k比例系數(shù)(0時汽油機取3040。柴油機取7075)注：實際的發(fā)動機起動阻力矩須在低溫狀態(tài)試驗獲得。 折合為起動機的起動力矩為：M=Mc/（Z2/Z1）/其中：Z2：發(fā)動機飛輪齒環(huán)的齒數(shù)Z1：起動機驅動齒輪的齒數(shù)：起動機小齒輪與發(fā)動機飛輪齒環(huán)的傳動效率，工程計算一般取=0.850.95根據(jù)上式算出的起動機的起動力矩M，根據(jù)計算選起動機的相同溫度的特性曲線（見舉例附件一）可以得出起動機在此力矩所需要的起動電流I（A）。根據(jù)此安培數(shù)I，查GB/T 5008.2中的表2（參考附件二）

15、標準中啟動電流I（A）此安培數(shù)對應的蓄電池，即可選擇出蓄電池的大小。2.計算方法二：Q=5487（n/g）（P/U）式中：Q: 蓄電池的額定容量（Ah）P：起動機的額定功率（kW）U：起動機的工作電壓（V）n/g：短路電流的變化系數(shù)針對不同條件，n、g參數(shù)的取值為：溫度參數(shù)+200-15-35n21.881.801.70g2015.111.85.9QQ=549P/UQ=683P/UQ=837P/UQ=1580P/U3.計算方法三Q=（600800）P/U式中：Q: 蓄電池的額定容量（Ah） P：起動機的額定功率（kW）U：起動機的工作電壓（V）4.計算方法四： Q=4KPUH/1+0.01(t

16、-20)UH(UH-UK)-4PRL式中：Q: 蓄電池的額定容量（Ah）K：系數(shù)：普通型蓄電池為0.05，薄極板型為0.04P：起動機額定功率UH：蓄電池的額定工作電壓t：溫度UK：起動機制動電壓：柴油機12V系取4.8V，24V系取9.6V；汽油機12V系取6V，24V系取12V；：起動機電磁功率轉換為P時的效率，1KW以上取0.9，1KW以下取0.8； RL：蓄電池與起動機連線內阻：12V系按照0.001歐姆，24V系按照0.002歐姆.朱松然.鉛酸電池技術.北京機械工業(yè)出版社（第二版），2002以下以BJ493ZLQ3為例說明以上四種計算方法：BJ493ZLQ3的相關參數(shù)如下：排量：2.

17、771L； 起動機功率：2.8KW； 起動機齒數(shù)：9； 發(fā)動機齒數(shù)：108； 發(fā)動機壓縮比：17.4：1； 最低起動轉速：150r/min。 起動機的特性曲線（見附件一）方法一：發(fā)動機起動阻力距：Mc=k*V=（7075）*2.771=193.97207.825起動機應提供的力矩：M=Mc/（Z2/Z1）/=17.0120.375則對應查附件一圖紙得出：需要的起動電流約為：560A590A則根據(jù)GB5008.2中查表：150AH160AH的國標標準的蓄電池可以滿足要求。另：根據(jù)SAE標準的蓄電池具有短時大電流放電的特點：查相關標準其80AH的蓄電池可以達到-18冷起動電流622A。因此，按照SAE標準選擇80AH即可滿足要求。方法二：0時Q=5487（n/g）（P/U）=683*2.8/12=160Ah方法三：Q=（600800）P/U=140 AH 190 Ah 方法四：-18時Q=4KPUH/1+0.01(t-20)UH(UH-UK)-4PRL=163Ah 取整為：160Ah。綜上四種方案，算出來的結果部分差異比較大，因此，蓄電池的選擇更要以理論計算為基礎，結合同類成功車型的對比和實車的冷起動或者寒區(qū)試驗進行綜合的選擇。七、其它常用知識蓄電池自放電的主要原因是：(1)電解液中含有雜質(其他金屬如銅、鐵等)，這