第二章電源系統(tǒng)(第1課)2014

《汽車拖拉機(jī)學(xué)——電器與電子設(shè)備》課件06二月2023Email：xiaotingdeng@電話授內(nèi)容：第二章電源系統(tǒng)主講人：鄧曉亭

講師車輛電器與電子設(shè)備Email：xiaotingdeng@電話：13851810258206二月2023第1課蓄電池第2課發(fā)電機(jī)第二章電源系統(tǒng)306二月2023一、蓄電池的功用二、蓄電池的構(gòu)造三、蓄電池的型號(hào)四、蓄電池的工作原理五、蓄電池的工作特性六、蓄電池的充電七、其他類型蓄電池本節(jié)課的主要內(nèi)容第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)406二月2023一、蓄電池的功用第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)機(jī)和點(diǎn)火裝置供電。備用供電。向點(diǎn)火系及其它用電設(shè)備供電，向交流發(fā)電機(jī)供給他激勵(lì)磁電流。協(xié)同供電。用電設(shè)備同時(shí)接入較多，發(fā)電機(jī)超載時(shí)，蓄電池協(xié)助發(fā)電機(jī)共同向用電設(shè)備供電。存儲(chǔ)電能。穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。蓄電池相當(dāng)于一個(gè)較大的電容器，可吸收發(fā)電機(jī)的瞬時(shí)過(guò)電壓，保護(hù)電子元件不被損壞。延長(zhǎng)其使用壽命。506二月2023蓄電池主要由極板、電解液、隔板、電極、殼體等部分組成二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)606二月2023(一)極板正極板和負(fù)極板充放電過(guò)程：依靠極板上的活性物質(zhì)和電解液中硫酸的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。正極板上——深棕色的二氧化鉛(PbO2)負(fù)極板上——海綿狀、青灰色的純鉛(Pb)柵架：鉛銻合金鑄成負(fù)極板的數(shù)量總比正極板多一片?二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)706二月2023（二）隔板減少蓄電池的內(nèi)阻和體積，正、負(fù)極板應(yīng)盡量靠近但彼此又不能接觸而短路，所以在相鄰正負(fù)極板間加有絕緣隔板。特性：多孔性、良好的耐酸性和抗堿性。材質(zhì)：木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料、玻璃纖維紙漿和玻璃絲棉等。微孔塑料隔板做成袋狀，緊包在正極板的外部，防止活性物質(zhì)脫落。二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)806二月2023（三）殼體作用：盛放電解液和極板組特點(diǎn)：耐酸、耐熱、耐震材質(zhì)：以前多用硬橡膠，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)已開(kāi)始生產(chǎn)聚丙稀塑料外殼——耐酸、耐熱、耐震、強(qiáng)度高，殼體壁較?。ㄒ话銥?.5mm，而硬橡膠殼體壁厚為10mm），重量輕，外型美觀，透明。底部凸筋：支持極板組，并可使脫落的活性物質(zhì)掉入凹槽中，以免正、負(fù)極板短路，若采用袋式隔板，則可取消凸筋以降低殼體高度。二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)906二月2023（四）電解液作用：使極板上的活性物質(zhì)發(fā)生溶解和電離，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。組成：由相對(duì)密度1.84的純硫酸和蒸餾水配制而成，電解液的相對(duì)密度一般為1.24～1.30（15℃）。二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)1006二月2023（五）連條車用12V蓄電池的6個(gè)單格電池之間的連接方法有兩種：①用裝在蓋子上面的鉛質(zhì)連條串聯(lián)起來(lái)，連條露在蓄電池蓋表面，這種連接方式正在逐漸被淘汰，為什么？②用穿壁式連接方式二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)外連接式連條穿壁式連條1106二月2023（六）加液孔蓋功用：防止電解液濺出加液孔蓋上有通氣孔，便于排出蓄電池內(nèi)的H2和O2，以免發(fā)生事故。在孔蓋上安裝氧過(guò)濾器，還可以避免水蒸氣的溢出，減少水的消耗。二、蓄電池的構(gòu)造第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)1206二月2023JB／T2599-2012《鉛酸蓄電池名稱、型號(hào)編制與命名辦法》1表示串聯(lián)單格數(shù)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如：6表示有6個(gè)單格，12V的蓄電池。2表示蓄電池類型，用漢語(yǔ)拼音的第一個(gè)字母表示，如Q為啟動(dòng)型。3表示蓄電池特征。4表示20h放電率額定容量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為A?h。5表示特殊性能，用漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母表示，如G表示薄型極板，高啟動(dòng)率；S表示塑料外殼；D表示低溫啟動(dòng)性能好。3-Q-75、6-Q-60G三、蓄電池的型號(hào)第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)特征代號(hào)蓄電池特征特征代號(hào)蓄電池特征特征代號(hào)蓄電池特征A干荷電H濕荷電Q氣密式B半密閉式I激活式S少維護(hù)D帶電式J膠體電解液W免維護(hù)F防酸式M密閉式Y(jié)液密式表2-1鉛酸蓄電池特征代號(hào)1306二月2023蓄電池的充放電過(guò)程是一種可逆的化學(xué)反應(yīng)，充放電過(guò)程中蓄電池內(nèi)的導(dǎo)電是靠正、負(fù)離子的反向運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)雙極硫酸鹽化理論，蓄電池中參與化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，正極板上是PbO2，負(fù)極板上是Pb，電解液是H2SO4的水溶液。蓄電池放電時(shí)，正極板上的PbO2和負(fù)極板上的Pb都變成PbSO4，電解液中的H2SO4減少，相對(duì)密度下降。蓄電池充電時(shí)，則按相反的方向變化，正極板上的PbSO4恢復(fù)成PbO2，負(fù)極板上的PbSO4恢復(fù)成Pb，電解液中的H2SO4增加，相對(duì)密度增大。四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)1406二月2023（一）蓄電池電動(dòng)勢(shì)的建立如何產(chǎn)生2.1V電動(dòng)勢(shì)？當(dāng)極板浸入電解液時(shí)，在負(fù)極板，有少量鉛溶入電解液生成Pb2+，從而在負(fù)極板上留下兩個(gè)電子2e，使負(fù)極板帶負(fù)電，此時(shí)負(fù)極板具有0.1V的負(fù)電位。在正極板處，少量PbO2溶入電解液，與水反應(yīng)生成Pb（OH）4再分離成四價(jià)鉛離子和氫氧根離子。一部分Pb4+沉附在正極板上，使極板呈正電位，約為＋2.0V。故當(dāng)外路未接通時(shí)，蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)E0約為：

E0＝2.0-（–0.1）＝2.1V四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)1506二月2023（二）放電過(guò)程若接通外電路，在電動(dòng)勢(shì)的作用下，使電路產(chǎn)生電流If，在正極板處Pb4+和負(fù)極板來(lái)的電子結(jié)合，生成二價(jià)鉛離子Pb2+，Pb2+再與電解液中的SO42-結(jié)合，生成PbSO4而沉附在正極板上，使得正極板電位降低，則正極板上的總反應(yīng)式為：在負(fù)極板處Pb2+與SO42-結(jié)合，生成PbSO4而沉附在負(fù)極板上。負(fù)極板上的總反應(yīng)式為：四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)圖2-5蓄電池的放電過(guò)程1606二月2023（二）放電過(guò)程外電路不中斷，H2SO4將不斷的減小，而H2O增多，電解液相對(duì)密度下降。理論上講，放電過(guò)程將進(jìn)行到極板上的活性物質(zhì)全部變?yōu)镻bSO4為止。所謂放電完了的蓄電池，也只有20％～30％的活性物質(zhì)變成了PbSO4。故采用薄型板，增加多孔率，有利于提高活性物質(zhì)的利用率。四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)圖2-5蓄電池的放電過(guò)程1706二月2023（三）充電過(guò)程正極板Pb2+在電源作用下失去兩個(gè)電子變成Pb4+→Pb(OH)4→PbO2和H2O，SO42-與H+結(jié)合成H2SO4，則正極板上總反應(yīng)為：負(fù)極板Pb2+在電源作用下獲得兩個(gè)電子變成Pb，SO42-和H+結(jié)合成H2SO4，則負(fù)極板上總反應(yīng)為：四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)蓄電池的充電過(guò)程圖2-6蓄電池的充電過(guò)程蓄電池總的化學(xué)反應(yīng):放電時(shí),電解液中硫酸減少水增多，比重下降。充電時(shí),電解液中硫酸增多水減少，比重增加?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量電解液比重來(lái)判斷蓄電池的充放電程度。放電終了，只有少部分活性物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩徙U。1806二月2023四、蓄電池的工作原理第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)1906二月2023蓄電池的工作特性：靜止電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻、充電特性、放電特性和容量等。（一）蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)1.靜止電動(dòng)勢(shì)E0：在靜止?fàn)顟B(tài)下，蓄電池正、負(fù)極板的電位差（即開(kāi)路電壓）。2.影響因素：電解液的密度和電解液的溫度，為什么？3.靜止電動(dòng)勢(shì)與電解液的相對(duì)密度、電解液的溫度的關(guān)系在電解液的相對(duì)密度為1.050～1.300范圍內(nèi)，單格電池的靜止電動(dòng)勢(shì)E0可用如下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)近似計(jì)算：

E0=0.84＋γ25℃γ25℃=γt＋0.00075（t－25）式中：γ25℃——電解液在25℃時(shí)的相對(duì)密度；γt——實(shí)際測(cè)得的電解液相對(duì)密度；

t——實(shí)際測(cè)得的電解液溫度（℃）；

蓄電池電解液的相對(duì)密度在充電時(shí)增高，放電時(shí)下降，一般在1.11～1.27之間波動(dòng)，因此蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)也相應(yīng)的變化在1.95～2.11V之間。五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)2006二月2023（二）蓄電池的內(nèi)阻1.定義

是指蓄電池正、負(fù)極樁之間的電阻。2.內(nèi)阻與負(fù)載關(guān)系

在相同條件下，內(nèi)阻越小，輸出電流越大，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。3.影響因素

正極板電阻、負(fù)極板電阻、電解液電阻、隔板電阻、連條電阻和極樁電阻。在蓄電池使用中，隔板電阻、連條電阻和極樁電阻是不變。正極板電阻、負(fù)極板電阻、電解液電阻是可變的。（充電變小，放電變大）隔板電阻因所用材料而異，木質(zhì)隔板電阻比其他隔板電阻大。電解液的電阻隨相對(duì)密度、溫度而變化，電阻隨溫度的降低而增大。五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)2106二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（三）蓄電池的充電特性1.定義在恒流Ic充電過(guò)程中，蓄電池的充電電壓Uc

、靜止電動(dòng)勢(shì)E0和電解液相對(duì)密度γ25℃隨充電時(shí)間tc變化的規(guī)律。單格蓄電池恒流充電特性曲線2.充電特性曲線分析Uc不斷上升，并總大于E0

為什么？充電開(kāi)始，E0和Uc迅速上升，緩慢上升到2.3～2.4V，開(kāi)始產(chǎn)生氣泡，接著急劇上升到2.7V，不再上升，電解液呈現(xiàn)“沸騰”狀態(tài)，這就是充電終了。如果此時(shí)切斷電流，電壓將迅速降低到靜止電動(dòng)勢(shì)E0的數(shù)值。

2206二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（三）蓄電池的充電特性2.充電特性曲線分析速升1階段的分析：剛開(kāi)始充電時(shí)，在極板孔隙表層中，首先形成硫酸，使孔隙中電解液相對(duì)密度增大，Uc和E迅速上升，當(dāng)繼續(xù)充電至孔隙中產(chǎn)生硫酸的速度和向外擴(kuò)散速度達(dá)到平衡時(shí)，Uc和E隨著整個(gè)容器內(nèi)電解液相對(duì)密度緩慢上升。單格蓄電池恒流充電特性曲線2306二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（三）蓄電池的充電特性2.充電特性曲線分析速升2階段的分析：2.3～2.4V時(shí)，活性物質(zhì)幾乎全部轉(zhuǎn)化，繼續(xù)通電電解水，形成“沸騰”現(xiàn)象?？拷?fù)極板處積存大量的正離子H+，使溶液和極板產(chǎn)生附加電位差（0.33V），端電壓急劇升高到2.7V左右，此時(shí)應(yīng)切斷電路，停止充電，否則不但不能增加蓄電池的電量，反而會(huì)損壞極板。單格蓄電池恒流充電特性曲線2406二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（三）蓄電池的充電特性圖2-7單格蓄電池恒流充電特性曲線3.蓄電池充電終了的特征（1）蓄電池內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，形成“沸騰”現(xiàn)象；（2）電解液相對(duì)密度上升到最大值，且2～3h內(nèi)基本不變。（3）充電電壓上升到最大值（單格電池電壓2.7V），且2～3h內(nèi)不再增加。2506二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（四）蓄電池的放電特性1.定義

在恒流If放電過(guò)程中，蓄電池的端電壓Uf、電動(dòng)勢(shì)E和電解液相對(duì)密度r25℃隨放電時(shí)間tf而變化的規(guī)律。2.放電過(guò)程分析

放電時(shí)，電流恒定，單位時(shí)間內(nèi)所消耗的硫酸量是一定的，所以r25℃沿直線下降，一般r25℃每下降0.028～0.030，則蓄電池放電約為額定容量的25％。因E0與r25℃成正比，E0也是沿直線下降。蓄電池內(nèi)阻有壓降，Uf總小于E0.圖2-8單格蓄電池的恒流放電特性2606二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)（四）蓄電池的放電特性速降1階段的分析：極板孔隙中硫酸迅速消耗，相對(duì)密度降低的緣故。速降2階段的分析：滲透到極板孔隙的硫酸和消耗的硫酸達(dá)到平衡，Uf緩慢下降到1.85V。接著迅速下降到1.75V。放電接近終了，大部分已轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，將孔隙堵塞，電解液滲入極板內(nèi)層較困難，使極板孔隙中電解液相對(duì)密度迅速下降，從而使端電壓急劇下降。此時(shí)應(yīng)停止放電，若繼續(xù)放電，端電壓將急劇下降，損壞極板。圖2-8單格蓄電池的恒流放電特性2706二月2023五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)3.蓄電池放電終了的特征

電解液相對(duì)密度降低到最小許可值（約1.11）；單格電池端電壓降至放電終止電壓值（以20h放電率放電，單格終止電壓為1.75V）。4.蓄電池的容許放電終止電壓與放電電流的關(guān)系

蓄電池的容許放電終止電壓與放電電流強(qiáng)度有關(guān)，放電電流強(qiáng)度越大，則放完電的時(shí)間越短，而容許的放電終止電壓越低。圖2-8單格蓄電池的恒流放電特性放電電流（A）0.05C200.1C200.25C20C203C20連續(xù)放電時(shí)間（h）201030.5（30min）0.092（5.5min）單格電池終止電壓（V）1.751.701.651.551.50蓄電池的放電電流與終止電壓C20為蓄電池的額定容量2806二月2023（五）蓄電池的容量1.定義：在放電容許的范圍內(nèi)蓄電池輸出的電量，它標(biāo)志蓄電池對(duì)外供電的能力。2.蓄電池容量的計(jì)算公式

當(dāng)蓄電池以恒流放電時(shí),其容量的計(jì)算公式為式中C——蓄電池容量（A?h）；If——放電電流（A）；tf——放電時(shí)間（h）

蓄電池的容量與放電電流大小、電解液的溫度有關(guān)。蓄電池的標(biāo)稱容量是在一定的放電電流、一定的終止電壓和一定的電解液溫度下確定的。五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)2906二月2023（五）蓄電池的容量3.蓄電池的標(biāo)稱容量

（1）額定容量C20——是指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25℃，以20h的放電率放電至單格電壓降到1.75V（12V蓄電池端電壓下降至10.50±0.05V，6V蓄電池下降至5.25±0.02V）時(shí)所輸出的電量。（2）儲(chǔ)備容量Cm——指完全充足電的蓄電池，在電解液溫度為25℃時(shí)，以25A電流連續(xù)放電到單格電池電壓降至1.75V所持續(xù)的時(shí)間，其單位為min。蓄電池的儲(chǔ)備容量說(shuō)明當(dāng)汽車拖拉機(jī)充電系失效時(shí)，蓄電池尚能持續(xù)提供25A電流的能力。儲(chǔ)備容量表示蓄電池在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的供電能力，一般有常溫啟動(dòng)容量和低溫啟動(dòng)容量?jī)煞N。五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)3006二月2023（五）蓄電池的容量4.影響蓄電池容量的因素

放電電流：放電電流越大，則極板表面活性物質(zhì)的孔隙很快被生成的PbSO4所堵塞，使極板內(nèi)層的活性物質(zhì)不能參加化學(xué)反應(yīng)，故蓄電池容量減小。（為何說(shuō)放電電流越大，則蓄電池容量減小？）電解液溫度：電解液的溫度降低，則蓄電池容量減小。這是因?yàn)殡娊庖簻囟冉档秃?，電解液的粘度增加，滲入極板內(nèi)部困難，使蓄電池內(nèi)阻增大，蓄電池端電壓下降。電解液相對(duì)密度：適當(dāng)增加電解液的相對(duì)密度，可以提高蓄電池的電動(dòng)勢(shì)和容量，但相對(duì)密度過(guò)大又將導(dǎo)致電解液粘度和內(nèi)阻增大，反而使蓄電池容量減小。極板構(gòu)造：極板有效面積越大，片數(shù)越多，極板越薄，蓄電池的容量也越大。五、蓄電池的工作特性第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)3106二月2023（一）充電種類1.初充電：對(duì)新電池或修復(fù)后的蓄電池的首次充電，叫初充電。2.補(bǔ)充充電：蓄電池在使用中，常有充電不足的現(xiàn)象，應(yīng)根據(jù)需要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充充電，一般每月一次。3.預(yù)防硫化過(guò)充電：為預(yù)防蓄電池因充電不足而造成的硫化，每隔3個(gè)月進(jìn)行一次預(yù)防硫化過(guò)充電，即用平時(shí)補(bǔ)充充電的電流值將電流充足，中斷1h，再用1/2的補(bǔ)充充電電流值進(jìn)行充電至沸騰為止。反復(fù)幾次，直到剛接入充電，蓄電池立即“沸騰”為止。4.鍛煉循環(huán)充電：蓄電池在使用中常處于部分放電狀態(tài)，參加化學(xué)反應(yīng)的活性物質(zhì)有限。為了迫使相當(dāng)于額定容量的活性物質(zhì)參加工作，以避免活性物質(zhì)長(zhǎng)期不工作而收縮，可每隔三個(gè)月進(jìn)行一次鍛煉循環(huán)充電，即在正常充電后，用20h的放電率放完電，再正常充足后送出使用。六、蓄電池的充電第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)3206二月2023（二）充電方法1.定電流充電在充電過(guò)程中，充電電流保持一定的充電方法稱為定電流充電。在充電過(guò)程中隨著蓄電池電動(dòng)勢(shì)的提高，要保持電流恒定，充電電壓也須相應(yīng)提高。當(dāng)單格電池電壓上升到2.4V時(shí)，應(yīng)將電流減半，直到蓄電池完全充足。定電流充電的優(yōu)點(diǎn)：有較大的適應(yīng)性，可任意選擇充電電流，適用初充電和去硫化充電。定電流充電的缺點(diǎn)：充電時(shí)間長(zhǎng)，且須不斷地調(diào)整充電電壓。六、蓄電池的充電第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)3306二月2023（二）充電方法2.定電壓充電在充電過(guò)程中，將充電電壓保持恒定的方法稱為定電壓充電。六、蓄電池的充電第1課蓄電池第二章電源系統(tǒng)圖2-12定電壓充電曲線采用定電壓充電，要選擇好充電電壓，若電壓過(guò)高，充電電流大，導(dǎo)致過(guò)充電，從而影響蓄電池的使用壽命；若電壓過(guò)低，則會(huì)使蓄電池充電不足，一般每單格電池約需2.5V。定電壓充電，充電電流較大，開(kāi)始充電后4～5h內(nèi)蓄電池就可獲得本身容量90％～95％，因而可大大縮短充電時(shí)間，比較適合于補(bǔ)充充電。3406二月2023（二）充電方法3.脈沖快速充電單純地加大充電電流來(lái)縮短充電時(shí)間是行不通的。因?yàn)檫@樣不僅使充電時(shí)蓄電池達(dá)不到額定容量，反而會(huì)使蓄電池溫升快，產(chǎn)生大量氣泡，造成活性物質(zhì)脫落而影響使用壽命。近年來(lái)，我國(guó)的快速充電技術(shù)發(fā)展較快，并成功地研制了可控硅快速充電機(jī)，使新蓄電池初充電一般不超過(guò)5h，補(bǔ)充充電也只需0.5～1.