汽车发动机构造与维护：蓄电池结构原理

1.蓄电池作用

蓄电池是汽车的主要电源。在发动机起动时，为起动机提供200～600A的起动电流，大功率柴油机起动电流达到1000A；发动机正常工作后，用来储存发电机的电能；当发动机转速较低或用电量过大时，蓄电池协助发电机向全车用电设备供电。

2.蓄电池构造

目前，汽车上普遍采用铅酸蓄电池，它又分为普通型、干荷电型、湿荷电型、免维护型和胶体型。

（1）普通蓄电池构造 现代汽车用铅酸蓄电池由6个单格电池串联而成，每个单格电池电压2V，串联后蓄电池电压为12V。部分柴油机电源电压设计为24V，用两只12V蓄电池串联供电。

蓄电池结构如图8-41所示，它一般由极板、隔板、壳体、电解液、连接板和接线柱等组成。

图8-41 蓄电池的构造

1—正极板 2—负极板 3—肋条 4—隔板 5—护板 6—封口料 7—负极板接线柱 8—加液孔塞 9—连接板 10—正极板接线柱 11—接线柱衬套 12—壳体

1）极板。极板由栅架和活性物质组成，如图8-42所示。栅架由铅锑合金浇铸而成，活性物质涂覆在栅架上。极板有正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成。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纯铅，呈青灰色。

图8-42 极板

为了增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联，并用连接板焊接，组成正、负极板组。安装时正负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入蓄电池单格内便形成单格电池。在每个单格电池中负极板总比正极板多一片，因为正极板活性物质比较疏松，且正极板处的化学反应激烈，反应前后活性物质体积变化较大，所以正极板夹在负极板之间，可使两侧放电均匀，从而减轻正极板的翘曲及活性物质脱落。

2）隔板。为了防止正负极板间短路及减小蓄电池内阻和尺寸，正负极板之间用隔板隔开。隔板材料应具有多孔性，以便电解液渗透，还应具有良好的耐酸性和抗氧化性。隔板常用材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。安装时隔板带沟槽的一面朝向正极板，因为正极板在充放电过程中化学反应剧烈，沟槽既能使电解液上下流通，也能使气泡沿槽上升，还能使脱落的活性物质沿槽下沉。

有的厂家用微孔塑料袋做成袋式隔板，套在正极板上，可以有效防止活性物质脱落，避免极板内部短路，并使组装工艺简化。

3）壳体。用来盛装电解液和极板组。它由耐酸、耐热、耐振、绝缘性能好，且有一定机械强度的材料制成。早期采用硬橡胶，近年来多用工程塑料，如聚丙烯。

壳体为整体式结构，壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，底部有突起的肋条，以搁置极板组。肋条间的空隙用来积存脱落下来的活性物质，以防止在极板间造成短路。每个单格的盖板中间有加液孔，用来添加电解液和蒸馏水，也可用来检查电解液液面高度和测量电解液相对密度。加液孔用加液螺塞拧紧，螺塞中心有通气孔，便于蓄电池化学反应中产生的气体能自由逸出。使用中应注意通气孔的畅通，否则会产生炸裂壳体事件。

4）电解液。蓄电池电解液，俗称电瓶水，是由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成的稀硫酸溶液，硫酸水溶液在充电和放电的电化学反应中起导电作用，并参与化学反应。

电解液的纯度是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素。因此，配制电解液应采用化学纯硫酸和蒸馏水。工业硫酸和一般的水中含有铁等杂质，会增加自放电和损坏极板，不能用于配制蓄电池电解液。

5）接线柱和联条。铅酸蓄电池首尾两极板组的横板上焊有接线柱（也称极桩），正接线柱连接起动机和电流表的电线，负接线柱连接车身或车架的搭铁线。正接线柱附近标有“+”或“P”记号，负接线柱附近标有“-”或“N”记号。

联条的作用是将单格蓄电池串联起来，提高整个蓄电池端电压。联条一般由铅锑合金铸造而成，硬橡胶外壳蓄电池的联条位于电池上方，塑料外壳蓄电池则采用穿墙式联条。

（2）蓄电池工作原理

1）蓄电池电动势的建立。当极板浸入电解液中，极板上就会有少量活性物质会溶解电离，使极板呈正电位，极板具有负电位。

图8-43 铅酸蓄电池充放电原理

2）蓄电池的放电。蓄电池外电路接通后，在电动势作用下，负极板的电子经外电路流向正极板，正极板上的Pb^4+得到2个电子，变成二价铅离子（Pb²+），并溶于电解液中；与此同时，负极板的Pb不断放出电子，变成Pb2+，如图8-43所示，其化学反应方程式为(www.xing528.com)

由此可见，放电过程正负极活性物质不断变成Pb2+，溶于电解液，与电解液中的SO42-反应生成PbSO₄，分别沉附在正负极板表面，使电解液中H₂SO₄减少，H₂O增加，电解液密度降低。所以通过密度计测量电解液密度，就可以知道蓄电池存电情况，一般蓄电池充足电时的电解液密度为1.24～1.31g/cm³，每降低0.01g/cm³，相当于蓄电池放电6%。

3）蓄电池的充电。充电过程的化学反应与放电过程相反，上述的化学反应方程式是可逆的。充电时正负极板表面的PbSO₄分别还原为PbO₂和Pb，电解液中的H₂O减少，H₂SO₄增加，电解液密度增加。当蓄电池充足电后，单格正极板正电位为2V，负极板负电位为-0.1V，蓄电池电动势为2.1V。当蓄电池过充电时，会引起水的电解，电解液中的水电解成氧气和氢气逸出。

（3）免维护蓄电池 免维护蓄电池也叫MF（Maintenace-Free Battery）蓄电池，它是指在使用寿命期内无需日常维护的蓄电池，其除几个很小的通气孔外，其余部分全部密封。其突出优点是在汽车合理使用过程中无需添加蒸馏水，蓄电池自放电小，仅为普通电池的1/6～1/8，在使用期内一般无需进行补充充电；正负极接线柱腐蚀小或无腐蚀，使用寿命长，内阻小，起动性能好。

免维护电池如图8-44所示，在结构、工艺和材料等方面采用了一些措施，主要有以下几项：

图8-44 免维护蓄电池

1—下固定槽 2—铅钙栅架 3—袋式隔板 4—活性物质 5—穿墙联条 6—消焰排气阀 7—内装式密度计 8—接线柱 9—壳体

1）加液螺塞通气采用安全通气装置，可以阻止水蒸气和硫酸气体排出，因而减少了电解液的消耗，并可避免分解的可燃气体与外部火花接触而产生爆炸，也减少正负极接线柱的腐蚀。有的免维护电池在通气螺塞中装有催化剂钯，可帮助水解的氢氧离子结合成水后再回到蓄电池中去，进一步减少了电解液的消耗。

2）采用袋式微孔塑料隔板，将正极板包住，避免了极板的短路，可以使容器底部无需肋条，从而降低极板组的高度，使极板上部的容积增大，增加了电解液的储存量。

3）极板栅架采用铅-钙-锡合金或低锑合金，减少了析气量，使电解液中水的消耗降低，并使自放电也大为减少。

4）装有内装式电解液密度计，密度计指示器以不同颜色显示蓄电池的存电情况及液面高度。

（4）蓄电池的容量与型号

1）蓄电池容量。蓄电池在规定条件（包括放电强度、放电电流及放电终止电压）下放出的电量多少或放电时间长短称为蓄电池容量，单位为A·h。我国常用的蓄电池容量表示方法主要是20h放电率额定容量和额定储备容量。

20h放电率额定容量是指以20h放电率的放电电流，在电解液初始温度为25℃，电解液密度为1.28 g/cm³的条件下，持续放电到单格电池电压下降到终止电压1.75V的过程中，蓄电池所输出的总电量。

2）蓄电池的型号。我国铅酸蓄电池型号由三部分组成，其含义如图8-45所示。

其中“蓄电池类型”是根据其主要用途划分的，用汉语拼音的第一个字母（大写）表示，如起动用蓄电池代号为“Q”，摩托车用蓄电池代号为“M”等。

“蓄电池特征”为附加部分，仅在同类用途的产品中具有某种特征而在型号中又必须加以说明时用。当产品同时具有两种特征时，原则上应按表8-2顺序将两个代号并列标志。普通型号无代号。

图8-45 铅酸蓄电池型号组成框图及含义

表8-2 蓄电池产品特征代号

额定容量是指20h放电率额定容量，单位为A·h（可免写），用阿拉伯数字表示。

例如蓄电池型号6-QA-90，表示由6个单格蓄电池组成，额定电压为12V，额定容量为90A·h，起动用的干荷蓄电池。