1.1 蓄电池的结构与正确维护
1. 蓄电池的基本功能
蓄电池(俗称“电瓶”)是一种可逆的低压直流电源,它既能将化学能转变成电能,又能将电能转变成化学能。
蓄电池在汽车上与发电机并联供电,其作用如下:
(1)启动发动机时,铅蓄电池给启动机提供强大的启动电流,同时给点火系、仪表系等用电设备供电。
(2)发电机电压较低或不发电时,如发动机超低速运转或停转时,蓄电池向用电设备供电。
(3)发动机正常运转时,发电机的端电压高于铅蓄电池的电动势时,蓄电池进行充电,将发电机剩余电能转换为化学能存储起来。
(4)发电机过载时,蓄电池能协助发电机向用电设备供电。
(5)蓄电池还相当于大容量电容器,不仅能保持汽车电系电压稳定,而且能吸收电路中出现的瞬时过电压,保护电子元器件。
用于汽车上的蓄电池必须能满足发动机启动时的供电需求,即在短时间(5~10s)内供给启动机强大的电流(一般汽油机为200~600A,柴油机有的高达1000A),所以汽车用铅蓄电池又叫做启动型蓄电池。
铅蓄电池最突出的优点是结构简单、内阻小(约为0.01Ω)、启动性能好、价格低廉,在汽车上得到了广泛的应用。
汽车用铅蓄电池按其结构特点不同,又可分为普通型、干荷电型、湿荷电型、免维护型和胶体型铅蓄电池。
铅蓄电池在汽车上的安装位置根据汽车制造厂车型结构设计而定,一般轿车装在发动机舱内,货车装在车架中前部的左侧或右侧,客车多装在车厢底部。蓄电池都用特制金属框架和防震垫进行固定。由于启动机电流较大,为了减小启动时的线路压降,与蓄电池相连的启动机电缆及搭铁电缆导电截面积均较大。
2. 铅蓄电池的型号
按机械行业标准JB 2599-85《铅蓄电池产品型号编制方法》的规定,铅蓄电池型号由三部分组成,各部分之间用破折号分开,其内容及排列如下:
(1)串联单格电池数 是指该电池所包含的单格电池数目,用阿拉伯数字表示。
(2)蓄电池类型 根据主要用途划分,启动用铅蓄电池用“Q”表示,代号Q是汉字“起”的第一个拼音字母。
(3)蓄电池特征 是附加部分,仅在同类用途的产品具有某种特征,而在型号中又必须加以区别时采用。当产品同时具有两种特征时,按表1-1的顺序将两个代号并列标志。
表1-1 常见电池产品特征代号
(4)额定容量 是指20h放电率时的额定容量,用阿拉伯数字表示。额定容量的单位为A·h,在型号中可略去不写。有时在额定容量后面用一个字母表示特殊性能:G——表示高启动率,S——表示塑料外壳,D——表示低温启动性能好。
例如,夏利TJ7100型轿车用6-QA-40S型蓄电池:表示由6个单格电池组成,额定电压为12V,额定容量为40A·h的启动用干荷电铅蓄电池,采用了塑料外壳。
目前,我国汽车启动用铅蓄电池,按GB/T 5008·2—91标准规定,分为橡胶外壳及塑料外壳上固定式、塑料外壳下固定式等几种。常见铅蓄电池品种和规格见表1-2、表1-3。
表1-2 汽车用塑料外壳下固定式蓄电池品种、规格
表1-3 汽车用塑料槽上固定式蓄电池品种、规格
1.1.1 蓄电池结构
1. 整体结构
要求:拆卸蓄电池,学生2~3人一组,分别完成任务。
对象:剖解后的普通蓄电池。
工具:无。
对照普通蓄电池的整体结构图与实用蓄电池实施。
铅蓄电池一般由3只或6只单格蓄电池串联而成,每只单格蓄电池的额定电压为2V。普通铅蓄电池的外形如图1-1(a)所示;普通铅蓄电池的结构如图1-1(b)所示,主要由正负极板、隔板、外壳、联条、接线柱等部件组成。
图1-1 普通铅蓄电池外形和结构
(1)极板
极板由栅架及活性物质组成,极板和栅架的外形如图1-2(a)、(b)所示。普通蓄电池正极板厚度一般为2.2mm,负极板厚度为1.8mm。
图1-2 普通铅蓄电池
栅架由铅锑合金浇铸而成。加锑的目的是为了提高机械强度和铸造性能,但锑具有副作用,会加速氢的析出从而加剧电解液消耗,引起自放电和栅架腐蚀。
活性物质就是极板上的工作物质。正极板上的活性物质为二氧化铅(PbO2),呈暗棕色;负极板上的活性物质为海绵状纯铅(Pb),呈深灰色。
将正、负极板各一片浸入电解液中,就可获得约2.1V的电动势。为增大蓄电池容量,可将多片正、负极板分别并联,用横板焊接成正、负极板组。
正、负极板相互交错嵌合,中间插入隔板后装入蓄电池单格内,便形成单格电池,如图1-3所示。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比负极板上的化学反应剧烈,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,可使其两侧放电均匀,从而减轻正极板的翘曲和活性物质的脱落。
图1-3 单格电池极板组
(2)隔板
隔板的作用是使正、负极板尽量地靠近而不至于短路,缩小蓄电池的体积,防止极板变形或活性物质脱落。
隔板用微孔塑料制成,具有多孔性,以利于电解液渗透,还具有良好的耐酸性和抗氧化性。隔板的面积一般做得比极板稍大些,一面制有纵向沟槽。考虑正极板在充放电过程中化学反应剧烈,电解液流通量较大,安装时隔板带有沟槽的一面应朝向正极板,且沟槽与外壳底部垂直。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。
(3)外壳
外壳用来盛装电解溶液和极板组,使铅蓄电池构成一个整体。外壳材料有硬橡胶和塑料两种。外壳为整体式结构,壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格,底部制有凸筋,用来支持极板组。凸筋之间的空隙可以积存极板脱落的活性物质,避免正、负极板短路。每个单格的盖子(图1-4)中间有加液孔,可以用来检查液面高度和测量电解液的相对密度,加液孔平时用加液孔盖拧紧。加液孔盖中心的通气孔应经常保持畅通。使蓄电池化学反应放出的气体随时逸出。在极板组上部装有防护板,以防止测量电解液相对密度、液面高度或添加电解液时,损坏极板上部。小盖与外壳之间的缝隙用封口胶密封,如图1-5所示。封口胶能保证在65℃时不溢流,−30℃时不产生裂纹。塑料外壳采用整体式盖,盖与壳体间采用热封合法封合。
图1-4 橡胶外壳蓄电池小盖
图1-5 橡胶外壳蓄电池封口胶的灌注
(4)联条
联条的作用是将单格电池串联起来,提高整个铅蓄电池的端电压。普通电池联条也由铅锑合金浇铸而成,硬橡胶外壳电池的联条位于电池小盖上方,形状如图1-6所示。塑料外壳蓄电池则采用穿壁式联条。
图1-6 外露式联条
(5)接线柱
普通蓄电池在首尾两极板组的横板上焊有接线柱,接线柱分锥形、L形、侧孔型三种,如图1-7(a)、(b)所示。为了便于区分接线柱的极性,在正极接线柱上或旁边标有“+”或“P”记号;在负极接线柱上标有“−”或“N”记号,有的蓄电池的正极涂有红油漆。
图1-7 普通蓄电池接线柱
2. 电解液的测试
要求:测量不同密度的电解液。学生两人一组,分别完成任务。
对象:不同密度的电解液。
工具:比重计、玻璃管温度计、防护眼镜、乳胶手套等。
电解液的作用是形成电离,促使极板活性物质溶离,产生可逆的电化学反应。它是由相对密度为1.84的化学纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成的。相对密度一般在1.24~1.31之间,使用时应根据当地最低气温或使用说明书要求进行选择,见表1-4。
表1-4 不同气温下的电解液相对密度(15℃)
下面介绍其具体操作过程。
测试电解液的相对密度:电解液的相对密度可用吸式密度计测量,如图1-8所示。先吸入电解液,使密度计浮起,电解液面所在的刻度即为相对密度值。应注意,在测量电解液相对密度值时,应同时测量电解液温度,并将测得的电解液密度按图1-9所示,转换为15℃时的相对密度值。相对密度每下降0.04,相当于蓄电池放电25%的额定容量。
图1-8 测量电解液相对密度
图1-9 带密度换算刻度的温度计
1.1.2 蓄电池正确维护与充电
1. 铅蓄电池的维护操作
要求:维护蓄电池。学生两人一组,分别完成任务。
对象:待维护的蓄电池。
工具:毛刷、细钢锉、细砂纸、清洁剂、螺丝刀、活络扳手、比重计、玻璃管温度计、高阻放电计。
为了使蓄电池经常处于完好状态,延长其使用寿命,对使用中的蓄电池应进行下列维护工作。具体操作过程如下:
(1)清洁蓄电池外表的灰尘及泥土,如图1-10所示。疏通加液盖上的通气小孔,清除蓄电池接线柱和电缆端子上的氧化物。
图1-10 清洁蓄电池的外表
(2)紧固蓄电池安装架,电缆接线柱与电缆端子应安装坚固并涂上润滑脂,如图1-11所示。
图1-11 给蓄电池的接线柱上涂润滑脂
(3)定期检查蓄电池电解液的相对密度及液面高度。一般每行驶1000km,或冬季行驶10~15天、夏季行驶5~6天,就应检查电解液的液面高度。橡胶壳蓄电池电解液液面高度应高出极板10~15mm,如图1-12所示。塑料蓄电池外壳呈半透明状,液面应在使用说明书标明的上下刻线之间。电解液不足,应及时添加蒸馏水或“补充液”,如图1-13所示。若液面降低确实是因为溅出倾倒造成,应补加相对密度的电解液并充电调整。
图1-12 检查电解液液面高度
图1-13 补充电解液
(4)经常检查蓄电池的电量,发现存电不足,应立即充电补充。普通蓄电池存电量检查方法常用有以下两种。
① 测试电解液相对密度。电解液的相对密度可用吸式密度计测量(此方法已介绍)。
注意
在大电流放电或添加蒸馏水后,由于电解液混合不匀,不应立即测量电解液的相对密度。此时测得的电解液相对密度也不能用来换算放电程度。
② 用单格电池式高率放电计测量单格电压。单格电池式高率放电计由一个3V直流电压表和一个定值负载电阻组成,如图1-14所示。测量时,应将两叉尖紧压在单格电池正负极柱上(模拟启动时的大电流放电),历时5s左右,观察蓄电池所能保持的端电压:一般技术状况良好的蓄电池,单格电压应在1.5V以上,并在5s内保持稳定。若5s内下降到1.7V,说明存电足;下降到1.6V,表明放电25%的额定容量;下降到1.5V,表明放电50%的额定容量;若5s内电压迅速下降或某一单格电压有异常,应进行修理。
图1-14 单格电池式高率放电计
2. 铅蓄电池的充电
要求:待充电蓄电池。学生 3~5 一组,一人具体操作,完成充电过程。其他人实地观摩,并掌握充电方法。
对象:多功能充电机、充电连接导线、亏电蓄电池。
工具:直流电压表(万用表)、高阻放电计、比重计、玻璃管温度计。
在充电开始前首先要选择工作性能可靠的充电设备。具体步骤如下。
(1)充电设备
目前,汽车维修厂采用的充电设备为硅整流充电机,外形如图1-15所示。晶闸管(俗称“可控硅”)充电机或快速脉冲充电机的外形如图1-16所示。它们都是将220V交流电降压整流成直流电向蓄电池充电的。
图1-16 快速脉冲充电机
为了在汽车运行过程中维持蓄电池处于充足电的状态,汽车上配装了硅整流发电机。当汽车发动机运转时,由发电机向蓄电池充电。
(2)充电方法
蓄电池的充电方法有:定流充电、定压充电、快速脉冲充电。
图1-15 硅整流充电机
① 定流充电
在充电过程中,保持充电电流恒定的充电叫定流充电。硅整流充电机及晶闸管充电机可方便实现充电电流恒定的控制。采用定流充电可以将不同电压等级的蓄电池串在一起充电,连接方法如图1-17所示。串联充电时,充电电流应按照容量最小的电池来选择,当小容量蓄电池充足后,应及时取掉,然后再继续给大容量蓄电池充电。定流充电具有适应性广的优点,因此广泛用于初充电、补充充电。
图1-17 定流充电连接方法
② 定压充电
在充电过程中,保持充电电压恒定的充电称为定压充电。汽车上的充电系统是采用电压调节器实现对充电电压恒定的控制的。定压充电连接方法如图1-18所示。定压充电电压选择:一般每单格电池约需2.5V,即6V电池需要充电电压约为7.5V,12V电池需要充电电压约为15V。定压充电的特点是充电效率高,开始4~5h内,就可获得90%~95%的充电量,可大大缩短充电时间;定压充电电压选择合适时,电池充足后,充电电流会自动趋向于零。定压充电不能确保蓄电池完全充足电。
图1-18 定压充电连接方法
③ 脉冲充电
● 常规充电(定压、定流充电)完成一次初充电需要60~70h,补充充电需20h左右。由于充电时间太长,给使用带来不便,由于单纯加大电流,充电时温升过快,会产生大量气泡,造成活性物质脱落,缩短使用寿命。快速脉冲充电采用自动控制电路对电池进行正、反向脉冲充电,可以提高充电效率,新电池初充电一般不超过5h,使用中的电池补充充电只需0.5~1.5h,具体充电过程如图1-19所示。
图1-19 脉冲充电过程
● 充电初期 采用大电流(相当于0.8~1Qe的电流,Qe的说明参见1-2-2节),使电池在较短时间内达到额定容量的60%左右,当单格电压上升到2.4V,电解液开始分解冒出气泡时,由控制电路作用,停止大电流充电。
● 脉冲期 先停充24~40ms,接着再放电或反充,使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流(脉冲宽度为1.50~10000μs,脉冲深度为1.5~3Qe),以消除活性物质孔隙内外浓差影响和极板形成的气泡,然后停止放电25ms;按脉冲期循环充电,直到把电充足。
(3)充电种类
① 初充电步骤
先按蓄电池使用说明书的规定,加注一定相对密度的电解液(电解液加入前温度不得超过30℃),静置6~8h,再将液面调整到高于极板10~15mm处。电解液温度低于25℃时才能进行充电。接通充电电路,为避免过热,第一阶段应选 Qe/15A的电流,充电到电解液中开始冒气泡,单格电压到达2.4V为止;第二阶段将充电电流减半,继续充电到电解液剧烈放出气泡(沸腾),单格电压到达2.7V,相对密度和单格电压连续2~3h稳定不变为止,全部充电时间约为60~70h。
充电过程中应经常测量电解液温度,若温度上升到40℃,应将电流减半,如继续上升到45℃,应立即停止充电,并采用人工冷却,待冷至35℃以下再充电。充电过程中,如果减小充电电流,应适当延长充电时间。
初充电临近完毕时,应测量电解液相对密度,如不符合规定,应用蒸馏水或相对密度为1.40的电解液进行调整。调整后,应再充2h,若相对密度仍不符合规定,应再调整并充电2h,直至相对密度符合要求为止,然后将加液孔盖拧上,把蓄电池表面清洁干净。
② 补充充电
使用中的蓄电池,由于充电电压偏低或充电机会少,而使蓄电池容量下降时,应及时进行补充充电。
蓄电池存电不足的表现有:
● 电解液相对密度下降到1.20以下;
● 冬季放电超过25%Qe,夏季放电超过50%Qe;
● 灯光暗淡、启动无力、喇叭沙哑。
补充充电的过程和方法与初充电相同,充电第一阶段以 Qe/10A的电流充到冒气泡,电压到达2.4V。第二阶段将电流减半,充到“沸腾”,单格电压到达2.7V,电压、相对密度上升到最高值,且2~3h保持不变,即充电结束。平时补充充电一般需要13~17h。
③ 快速脉冲充电
快速脉冲充电前,应先检查电解液相对密度,并根据其全充电状态时的密度值计算蓄电池的剩余容量,以确定初充电时间,并将充电设备上的定时器调到相应的时间上。多数快速充电设备都装有温度传感器,将其插入蓄电池加液口中,当电解液温度超过50℃时,设备会自动停充。根据相对密度确定快速充电时间,可参考表1-5。
表1-5 快速充电时间与电解液相对密度的关系
下列铅蓄电池不能进行快速脉冲充电:
● 未经使用的新蓄电池;
● 液面高度不正确的蓄电池;
● 电解液相对密度各单格不均匀的蓄电池,各格电压差大于0.2V的蓄电池;
● 电解液混浊并带褐色的蓄电池;
● 极板硫化的蓄电池;
● 充电时电解液温度超过50℃的蓄电池。
(4)充电注意事项
① 严格遵守各种充电方法中的充电规范。
② 配制和注入电解液时,要严格遵守安全操作规则和器皿的使用规则。
③ 充电时,应先接好蓄电池线,导线连接必须可靠,防止发生火花;停止充电时,应先切断充电机交流电源。
④ 充电时要打开蓄电池加液孔盖,使氢气、氧气顺利逸出,并保持充电场所通风良好,以免发生事故。
⑤ 初充电工作应连续进行,不可长时间中断。
⑥ 充电过程中,要注意测量各个单格电池的温升,以免温度过高影响铅蓄电池的使用性能,也可采用风冷和水冷的方法来降温。
⑦ 充电过程中,要经常测量各个单格电池的电压和相对密度,及时判断充电程度和技术状况,不同技术状况的蓄电池充电时的表现,见表1-6。
表1-6 不同技术状况的蓄电池充电时的表现
⑧ 充电室内要安装通风设备,严禁用明火取暖,充电机和蓄电池应隔室放置。
3.电解液的配制
要求:配制电解液。在授课教师的指导和看护下,学生单独完成标准电解液的配制。
对象:标准电解液的配制。
工具:蒸馏水、化学纯浓硫酸、烧杯、比重计、玻璃管温度计、玻璃棒、防护眼镜、乳胶手套(10%的碳酸钠溶液)。
电解液由蒸馏水和15℃时相对密度为1.83~1.84的化学纯硫酸,按一定体积或质量比配制而成。
(1)电解液相对密度的选择
电解液相对密度随温度变化而变化。各厂生产的蓄电池由于极板结构、成分和工艺不同,需用电解液的相对密度也不同。在使用过程中,必须按规定的相对密度值配制电解液。
各厂说明书中所推荐的电解液相对密度都是以15℃为标准的。因此,配制电解液的相对密度必须根据当时环境温度进行修正。
15℃时,电解液的相对密度与配制成分的百分比,见表1-7。
表1-7 不同相对密度下硫酸与蒸馏水的配制比
(2)配制电解液时的操作
配制电解液必须使用耐酸、耐腐蚀的玻璃、陶瓷、硬橡胶或铅质容器,容器、搅拌棒、温度计、密度计等用具均应保持清洁干净;准备好10%的碳酸钠溶液,以备硫酸或电解液溅在人体时做中和处理用,以免操作人员身体和衣服腐蚀;操作者必须带防护眼镜、橡皮手套、塑料围裙、高筒胶鞋,以防烧伤。
配制时,必须先将蒸馏水放入容器,然后将硫酸缓慢地加入水中,并不断地搅拌。严禁将蒸馏水倒入浓硫酸中!以免发生爆溅,伤害人体并腐蚀设备。待电解液冷却至环境温度后,再进行一次电解液相对密度的测量与调整。
4.蓄电池的正确使用
要求:正确使用蓄电池。每个学生单独完成。
对象:经检修、充电的无故障蓄电池。
工具:螺丝刀、活络扳手、简易极性测试灯、蓄电池专用跨接电缆。
(1)极性快速判断
① 新蓄电池上一般铸有“+”(或P)的接线柱为正,有“-”(或N)的接线柱为负。修理后蓄电池一般涂红漆为正极,其他漆为负极。
② 粗一些的锥形接线柱为正极,细一些的为负极。
③ 看极柱表面颜色,呈深褐色的为正,浅灰色的为负。
④ 看极柱表面硬度,用螺丝刀在极柱表面轻划,较坚硬的为正,反之为负。
⑤ 用万用表电压挡检测,将万用表置于相应的电压挡位,测蓄电池电压:当指针偏摆正常时,红表笔对应的为正极,黑表笔对应的为负极。
⑥ 可自制如图1-20所示的简易低压试灯测试,判定其极性。
图1-20 蓄电池简易测试灯
(2)应急跨接启动
汽车蓄电池电用完后,可采用与其他汽车蓄电池跨接(充电状态)的方法来启动车辆。应急跨接启动步骤如下:
① 拉紧驻车制动器拉杆,把变速器置于空挡。
② 关掉车上启动时用不到的电器开关。
③ 检查电池加液通气孔是否畅通、检查蓄电池电解液面。
④ 在确保两车辆不接触的情况下,把红色跨接电缆的一端连接到充电电池正极,然后再把另一端连接到被援助车辆电池正极上。
注意
严禁将红色跨接电缆的另一端连接到援助车辆蓄电池的负极上去。
⑤ 用黑色跨接电缆的一端接到援助车辆蓄电池的负极柱上,另一端接到被援助车辆蓄电池的搭铁处。跨接电缆的连接如图1-21所示。
图1-21 蓄电池的应急跨接
注意
不要把车辆的燃油系统部件及汽油管件作为搭铁点,且搭铁点一定要清洁无油脂。跨接启动时严禁在周围吸烟。
⑥ 启动援助车辆的发动机,让它以较高怠速运转几分钟,然后再发动被援助车辆的发动机。
拆卸跨接电缆必须按下列顺序进行:先拆下被援助车辆蓄电池负极一端的跨接电缆;然后再拆下援助蓄电池负极上的跨接电缆一端;最后拆下两蓄电池正极间的跨接电缆。
⑦ 拆卸、安装蓄电池注意事项
● 从汽车上拆卸蓄电池时,应先拆搭铁电缆,后拆启动电缆。拆卸时,若发现蓄电池接线柱螺栓锈蚀难以取出,切莫用锤或钳敲打,以免极柱断裂、极板活性物质脱落。可用热水冲洗后,拧开螺栓,用夹头拉器将夹头取下,如图1-22所示。取下电池时应小心轻放,尽量用蓄电池提把进行,如图1-23所示。
图1-22 取下蓄电池的夹头
图1-23 蓄电池提把
● 往车上装蓄电池时,应辨清正、负极,保持负极搭铁。应先接启动机电缆,再接搭铁电缆,以防扳手搭铁引起强烈火花。
● 安装电缆端子时,应先用细砂纸或专用清洁器清洁接线柱及电缆端子,如图1-24所示。连接接线柱夹头时,螺栓螺母的螺纹应先涂凡士林或润滑脂,以防氧化生锈,便于以后拆卸。
图1-24 清洁蓄电池接线柱
● 如果接线柱小、夹头大,需要垫衬垫时,最好用铅皮或铜皮,并且只垫半圈。若整圈垫,易氧化腐蚀而造成接触不良。
● 维修带故障有自诊断功能的车辆时,在拆蓄电池电缆前,应先确认故障代码或在点烟器上插上专用辅助电源,并将点火开关的“ACC”挡接通。
1.1.3 铅蓄电池典型故障检修
要求:检查故障的蓄电池。学生两人一组,各自完成任务。
对象:有不同故障现象的蓄电池。
工具:直流电压表(万用表)、玻璃管温度计、比重计。
1. 铅蓄电池典型故障
普通铅蓄电池正常使用时,寿命可达两年。使用不当,会形成各种故障,造成过早报废。铅蓄电池的外部故障有壳体裂纹、封口胶开裂、联条烧断、接触不良、极柱腐蚀、电池爆炸等,如图1-25所示。内部故障有极板硫化、活性物质脱落、自行放电。铅蓄电池的外部故障容易察觉,现象比较明显,可通过简单的修补、除污、紧固等方法进行修复;而内部故障则不易被察觉,只有在使用或充电时才出现一定的症状,一旦产生就不易排除。因此在使用中应以预防为主,尽量避免内部故障产生。
图1-25 普通铅蓄电池的外部故障
(1)极板硫化
极板上生成白色粗晶粒硫酸铅的现象称为“硫酸铅硬化”,简称“硫化”。这种粗晶粒硫酸铅导电性能很差,正常充电时很难转化为二氧化铅和海绵状纯铅。由于晶粒粗,体积大,会堵塞活性物质的孔隙,阻碍电解液的渗透,因此蓄电池的内阻明显增大。
极板严重硫化后,在充、放电时都会出现异常现象。如充电时单格电压上升过快,电解液温度过高,“沸腾”过早,电解液相对密度达不到规定值;放电时电压急剧下降,不能持续供给启动电流,以至于不能启动。
产生硫化原因有:
① 蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电,当温度发生变化时,硫酸铅发生再结晶的现象。
② 电解液液面过低,极板露出部分与空气接触而发生氧化,由于液面的上下波动,氧化的极板时干时湿而发生了再结晶,产生了硫化。
③ 蓄电池经常过放电或小电流深度放电,使硫酸铅深入到极板内层,充电时又得不到恢复,久而久之也将导致硫化。
④ 电解液不纯、相对密度过高和气温剧烈变化等都是促使硫化形成的外部原因。
预防极板硫化的措施有:对蓄电池定期进行补充充电,使其经常处于充足电状态;放完电的蓄电池应在24h内进行补充充电;电解液相对密度应适当,液面高度应符合规定。
(2)活性物质脱落
活性物质脱落主要是正极板上的活性物质二氧化铅脱落。严重时,电解液混浊并呈褐色。致使蓄电池充电时,有褐色物质自底部上升、电压上升过快、沸腾过早出现、相对密度上升缓慢;放电时,电压下降过快、容量下降。
活性物质脱落原因有:
① 充电电流过大或长时间过充电,水被电解,产生大量气体,在极板内部造成压力,使活性物质脱落。
② 大电流放电,尤其是低温大电流放电,硫酸铅迅速生成,体积严重膨胀,极板拱曲变形,促使活性物质脱落。
③ 蓄电池极板组松动,安装不良,汽车行驶颠簸振动等也会加速活性物质脱落。
预防极板活性物质脱落的措施有:避免过充电或大电流长时间充、放电;安装搬运蓄电池应轻搬轻放,避免振动冲击;蓄电池在汽车上的安装应牢固可靠。
(3)自行放电
蓄电池在无负载状态下,电量自行消失的现象称为自行放电(俗称“逃电”)。若每昼夜电量降低超过2%额定容量,说明蓄电池有自行放电故障。
自行放电原因有:
① 电解液不纯,含铅以外的其他金属杂质过多,这些金属微粒在电解液中与正、负极板形成封闭型微电池而放电。
② 蓄电池顶部不清洁、并存有电解液,造成正、负接线柱之间短路,导致自行放电。外露式联条的蓄电池自行放电更为严重。
③ 蓄电池内部正、负极板短路,如隔板破裂、极板拱曲变形、活性物质严重脱落、极板组装时不慎落入铅渣等。
预防自行放电的措施有:配制电解液用的硫酸及蒸馏水必须符合规定;配制电解液所用的器皿必须是耐酸材料制作的,配好的电解液应妥善保管,严防掉入脏物;加液螺塞要盖好,保持电池外表清洁干燥。
2. 铅蓄电池典型故障检修
要求:检修蓄电池故障。学生两人一组,分别完成任务。
对象:带故障蓄电池。
工具:直流电压表(万用表)、放电叉、螺丝刀、活络扳手、测试灯。
下面介绍对蓄电池常见故障的检修操作。
(1)如何预防蓄电池的爆炸
蓄电池在充、放电过程中,水被分解产生大量氢、氧气体,如果这些气体不能及时逸出,稍遇火花就会引起蓄电池爆炸。
预防注意事项:
① 加液孔上盖塞的通气小孔应经常保持畅通,以使气体逸出。
② 蓄电池内部连接和电桩接线要牢固,以免松动引起火花。
③ 不要随便在蓄电池上刮火。
④ 用高效放电叉检查蓄电池时应事先打开加液盖塞。
(2)预防和检修蓄电池极板硫化
① 预防措施
● 要保持电解液液面高度,不得将极板裸露;
● 不得将半放电状态的蓄电池长期放置,尤其有些地区使用蓄电池有季节性,在不用或少用蓄电池的季节更要特别注意给蓄电池补充电,使蓄电池经常保持在完全充电状态;
● 不得将蓄电池长期放置在室外;不得使蓄电池长期充电不足;
● 暂时不用的蓄电池应按正确存储方法进行处理;
● 电解液的比重必须符合要求,不能过高或过低。
② 极板硫化后的表现
● 充电开始,电压升高很快,时间很短就产生少量气泡;
● 在放电过程中电压降低很快;
● 充电过程中电解液比重增加不多,而温度升高很快;
● 充电结束时温度很高,电压反而降低,电解液低于正常值,蓄电池容量显著降低。
在使用中也有明显的反映:刚刚充足电的蓄电池,接上负载后,放电电流并不大,电就放完了,或充足了电的蓄电池搁置了不长的一段时间后,就没电了。这种现象多数是由于极板硫化后,容量大大减小而引起的。
③ 极板硫化后的检修
●小电流反复充电法:先将蓄电池做一次10小时率放电,当电压降到1.7V时停止放电,倒出全部电解液,立即将蒸馏水注入,并使液面高出极板30mm左右,静放30~80min。然后,根据蓄电池额定容量以初充电第二阶段充电电流值的一半充电,当单格电压升到2.5V、电解液比重升到1.10~1.20时,停充半小时;再将充电电流减小一半继续充电,充到电压、比重稳定不变、电解液(注入的蒸馏水)冒出大量气泡时停充,改用0.02倍10小时率电流值放电2h。再用上次充电电流值充电,如此昼夜连续进行,一直到硫化基本排除后,停止充电,并倒出全部电解液(注入的蒸馏水),此时重新加入比重合适的电解液,用补充充电法充足电使用。
④ 碱水疗法:适用于硫化较为严重、容量损失已超过一半的蓄电池。其方法是:将蓄电池放电后打开池盖,取出极板组,抽掉隔板,放入浓度为5%的碱水中浸泡10~15min,并用软毛刷洗掉白点后取出,再用蒸馏水反复冲洗,插入隔板,组装完毕后,蓄电池内灌入蒸馏水,以小电流法反复充放电数次,倒出蒸馏水。再加入比重合适的电解液,按初充电方法充足电使用。不过用本办法处理后的蓄电池容量会减小。
(3)造成极板内部短路原因和检查
① 造成原因
● 导电物质落入蓄电池内或涂料膏落在极耳或极板之间,形成导电桥;
● 大电流充、放电剧烈,造成极板弯曲、隔板损坏,导致正、负极板相碰;
● 极板上生出金属毛刺,造成导电桥,使正、负极板相连;
● 极板活性物质脱落较多,沉淀物接触极板;
● 解液不纯净,有导电杂质。
蓄电池内部短路往往发生在单格电池内,造成供电能力突然丧失。其现象是启动时因某单格短路,引起整个蓄电池电压突然下降,已短路的单格电池有时会在加液盖处喷出一股液柱或涌出电解液;放置时已短路的单格电池电解液比重合适,但电压很低或为“零”;充电时电解液比重和电压增加不大,但温度升高很快。
② 检查方法
● 刮火法:用一根直径小于1.5mm的铜线,一端接在某一单格电池的一个极上,手拿另一端与该格另一极迅速擦划,如出现蓝白色强火花,表明良好,如出现红色火花,表明缺电,如无火花或只有小火星,表明该格电池已短路。
● 用量程为±30A的直流电流表,一接线柱与某单格电池任何一极相连,另一接线柱与该格另一极相连,观察其电流值,如大容量蓄电池为0~3A,表明该路单格电池已短路,高于此值者表明未短路。
● 用一晶体二极管,串联一只小灯泡,依正向接法连接,晶体管的正极接某格电池的正极,负极接该格电池的负极。如果灯泡发亮,表明完好;如果不亮或微红,表明该单格短路。
●指南针法:将蓄电池以10小时率电流放电,同时用一指南针沿着连接铅条或极耳移动,观察指南针的指向,当指南针突然发生指向改变,表明附近单格有短路。
(4)正确识别失去极性标志的蓄电池
① 用万用表或直流电压表测量。
② 用放电叉测量。即用放电叉对有明显标志的和失去标志的两只电池分别测量后进行比较识别。深褐色为正极柱,浅灰色为负极柱。
③ 在蓄电池两个极柱上分别接两根导线,浸在稀硫酸溶液中或盐水中相隔1cm左右,这时蓄电池即通过导线和溶液放电,并在一线头周围产生较多气泡,这就是蓄电池的负极。
④ 有的蓄电池极柱直径正极大于负极,可以根据极柱的不同直径进行识别。
⑤ 选一只耐压较高的晶体管串上一只小电珠,以晶体管上符号为准,分别测试两极柱进行识别。
(5)电解液混浊的处理
① 引起电解液浑浊的原因
● 木隔板处理不当,充电时引起电解液表面有泡沫,气味也不正常;
● 电解液中含有锰或铁时,电解液呈现微红色或紫色;
● 极板成型时可能直接用炭火加热,这种极板注入电解液后呈现青绿色;
● 配制电解液时水质或硫酸不符合要求而引起电解液不纯;
● 充电电流过大,引起二氧化铅脱落,沉淀物沉积过多或盖板未盖好,而落入杂质。
② 处理方法
● 更换木隔板或更换电解液。
● 改进蓄电池的运行方式,盖好盖板。
(6)铅蓄电池电解液比重异常时的检修
① 比重异常的现象
● 充电的时间比较长,但比重上升很少或不变;
● 浮充电时比重下降;
● 充足电后,3h内比重下降幅度很大;
● 放电电流正常,但电解液比重下降很快;
● 长时间浮充电,电解液上下层的比重不一致。
② 电解液比重异常的检修
● 电解液中可能有杂质并出现混浊,应根据情况处理,必要时要更换电解液;
● 浮充电流过小。应加大浮充电流,进一步观察;
● 自放电严重或已漏电,应清洗极板,更换隔板,增强绝缘;
● 极板硫化严重。应采用相关方法处理;
● 长期充电不足,由此造成比重异常。应均衡充电后,改进其运行方式;
● 水过多或添加硫酸后没有搅拌均匀。一般应在充电结束前两小时进行比重调整;
● 电解液上下层比重不一致时,应用较大的电流进行充电。
(7)电解液温升异常时的处理
① 温升异常的现象
● 初充电前电解液温度不下降;
● 正常充放电时,电解液温度升高;
● 个别单格电池的温度比其他的单格电池高。
② 电解液温度升高的原因
● 负极板已氧化;
● 充电电流太大或内部短路;
● 室温高,通风降温设备不佳;
● 极板硫化;
● 温度表没有校正。
③ 处理方法
● 浸酸后电解液不降温可用小电流进行循环充电;
● 消除蓄电池内部短路,减小充电电流;
● 设置通风降温设施;
● 消除硫化,如其硫化程度不严重时,可用小电流法除硫;
● 校正温度表。
(8)铅蓄电池接点损坏的检修
① 接点损坏原因
● 充放电电流过大,将连接条极柱烧熔;
● 焊接不良,焊接处有裂纹或脱焊腐蚀;
● 连接条短路,造成连接条和接线柱发热。
② 检修方法
● 减小工作电流;
● 视情况修焊或更换连接条;
● 将腐蚀物刮掉,涂一层很薄的凡士林加以保护,定期清洁连接条排除短路。
(9)铅蓄电池容器破裂的检修
① 容器破裂原因
● 容器本身制造质量不好,铅衬皮有砂眼,焊缝有砂眼,造成电解液渗出;
● 安装不平,各点受力不均;
● 铅皮四角悬空,槽形垫太长,头尾压在角上的悬空处,压破铅衬造成漏酸,使木架炭化。
② 检修方法
● 更换或修补容器;
● 包槽容器和极群应安装平稳;
● 修焊铅衬,切短槽形垫,放在边上居中的位置。
(10)电控汽车蓄电池的拆装要求
在中高级汽车上,目前除了发动机采用电子控制系统外,自动变速器、防抱死制动系统、音响、卫星导航等设备,都依靠汽车上的控制计算机(ECU)来加以控制。
电控系统的正常工作离不开电源,而蓄电池是汽车的总电源,在汽车使用维修过程中不可避免地要拆装蓄电池及公共连接线,这必须是熟练的基本操作。但是,对于电控汽车而言,蓄电池及连接线的拆装操作正确与否,将会直接影响电控系统的正常工况,甚至使之受到损害。
① 盲目拆装蓄电池而造成计算机ECU信息丢失
电控制汽车的计算机ECU是控制系统的中枢神经,它不仅有控制功能,而且还有记忆功能。当汽车电控系统出现故障时,计算机ECU会记忆存储其对应的故障信息。维修人员便可从汽车的故障自诊断系统(通过诊断插座)读取故障信息,它是以故障代码的形式输出的。人们便依据故障代码查找与之相对应的故障原因和故障部位。
如果在读取故障码之前,拆下了蓄电池或蓄电池连接线(或者拔掉电源的保险丝),就相当于中断了计算机ECU的电源,存储其内的故障代码便会自动消失。若再想获取故障信息及故障代码,就必须重复再现故障发生时的工作状况和环境条件(如特定条件下的发动机转速及负荷、发动机的冷却水温、发动机的进气温度以及有关传感器的某种工况等)。显而易见,这是非常麻烦和费时的,因此,且不可随意拆下蓄电池连接线。在维修发生故障的电控汽车之前,应先读取自诊系统的故障代码,然后才能进行蓄电池的拆装和其他的维修操作。
② 点火开关接通时禁拆蓄电池
电控汽车无论汽车发动机是否正在运转,只要点火开关在接通位置,就绝对不可以拆下蓄电池及连接线或者保险丝。因为,突然断电将会使电路中的线圈产生自感电动势而出现很高的瞬时电压,有时甚至高达近万伏,从而使计算机ECU及相关传感器等微电子器件严重受损。
注意
除了蓄电池连接线外,其他凡与蓄电池电压相同的电器装置的导线,在点火开关处于接通位置时,也都不能拆除。否则,也会造成同样的损害。这些电器装置包括:混合气控制电磁阀;怠速控制步进电动机;电子喷油器;二次空气喷射电磁阀;点火装置的导线;微机的可编程只读存储器(PROM);任何与计算机连接的导线连接器;鼓风机电动机导线连接器及空调器离合器导线等。
③ 燃料系维修操作时,应拆下蓄电池
在进行汽车燃料系的维修操作时,如果带电作业,稍有不慎就有可能引起火灾。因此,燃料系维修中就存在着蓄电池连接线的拆卸时机问题。正确的做法是:在拆卸油管之前关闭点火开关,待拆下蓄电池连接线或保险丝后,再实施维修操作。由于供油系统残存一定的压力,因此还应对燃油系统进行“卸压”。比较简单的“卸压”方法是:在拆卸油路的接口处裹上布条或者棉纱,并在其下面放一油盆,然后慢慢松动接头,将油导入盆中,以防飞溅。待燃油检测装置(如油压表)接入管路后,如需要用蓄电池电源对其进行测试,也必须先关闭点火开关,装好蓄电池及连接线,然后打开点火开关。
特别注意的是:当燃油系统检测完毕后,在拆卸检测装置之前,同样必须先关闭点火开关,然后拆下蓄电池连接线,方可接着进行燃料系的维修操作。
④ 清除故障码要小心
发动机维修后,须清除掉计算机中的故障代码。对于大多数电控汽车而言,拆下蓄电池连接线或者拆下通往计算机的电源保险丝并保持大约30s,即可清除掉电脑中的故障代码。但是,个别型号的汽车却不能用此法来清除故障代码(如丰田、凌志系列汽车),它将同时清除收音机、石英钟等附属设施的内存(包括防盗码)。因此,对一些不了解的车型,应按维修手册所指导的方法去消除故障代码,切不可随意拆装电源线。
⑤ 蓄电池拆装对发动机性能的影响
蓄电池断开后再装复,有时会出现发动机工况不如蓄电池断开以前的工况状态,此时先不要盲目更换零部件,因为这种情况可能是由于蓄电池断电后,将电控单元ECU的“学习修正记忆”也消除掉的缘故。ECU会根据存储在只读存储器(PROM)中的数据,结合电控系统目前的实际工况,自动进行“学习修正”控制,从而使发动机工作状况略有差异。如果出现此种情况,待发动机运行一段时间后,ECU会自动建立“学习修正记忆”功能,发动机的不良工作状况会自动消失。
⑥其他要求
在跨接启动其他车辆或用其他车辆跨接启动本车时,需先断开点火开关,才能装拆跨接电缆线。在车身上使用电弧焊之前,应在关闭点火开关的前提下拆掉蓄电池连接线。拆下蓄电池充电或更换蓄电池后,安装时应注意正、负极性不能接错,蓄电池极柱与线夹连接要牢固,搭铁要可靠,否则极易使计算机ECU中的线路烧损。