第3章 汽车蓄电池的检修
3.1 汽车蓄电池基础
3.1.1 汽车蓄电池的作用
蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。用于汽车上的蓄电池，必须满足起动发动机的需要，即在5～10s的短时间内，提供汽车起动机足够大的电流。汽油机起动电流为200～600A，有的柴油机起动电流高达1000A。在发动机工作时，汽车用电设备所需电能主要由发电机供给。除此之外，蓄电池在汽车上的作用主要有：
1）起动发动机时，蓄电池向起动系统和点火系统供电。
2）当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池充电电压时，由蓄电池向用电设备供电。
3）当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能存储起来。
4）当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。
5）蓄电池可以吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电气系统电压的稳定，保护电子元件。
汽车上使用的蓄电池主要有两大类：铅酸蓄电池和镍碱蓄电池。铅酸蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种蓄电池的特点见表3-1。
表3-1 铅蓄电池的分类及特点
由于铅酸蓄电池结构简单，价格低廉，易于满足大量生产的汽车的需要，同时其内阻小，起动性能好，能在短时间内供给起动机所需要的大电流，因此在汽车上得到了广泛应用。本书中所提到的蓄电池，如不做特殊说明均指铅酸蓄电池。
3.1.2 车用蓄电池的结构
铅酸蓄电池是在盛有稀硫酸的容器中插入两组极板而构成的电能存储器，它由极板、隔板、外壳、电解液等部分组成。容器分为3格或6格，每格里装有电解液，正负极板组浸入电解液中成为单格电池。每个单格电池的标称电压为2V，3格串联起来成为6V蓄电池，6格串联起来成为12V蓄电池。蓄电池的构造如图3-1所示。
图3-1 蓄电池的构造
a）整体结构 b）单格结构
1—护板 2—封料 3—负极接线柱 4—加液孔螺塞 5—连接条 6—正极接线柱 7—电极衬套 8—外壳 9—正极板 10—负极板 11—肋条 12—隔板
1.极板
极板是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。极板分正极板和负极板两种。
正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色；
负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。
蓄电池在充电与放电过程中，电能和化学能的相互转换是依靠极板上活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。
注意：
正极板都处于负极板之间（负极板比正极板多一片），使其两侧放电均匀，否则由于正极板的机械强度差，单面工作会使两侧活性物质体积变化不一致，而造成极板拱曲。
正、负极板上的活性物质分别填充在铅锑合金铸成的栅架上。铅锑合金中，铅占94%，锑占6%。加入少量的锑是为了提高栅架的机械强度并改善浇注性能。但是，铅锑合金耐电化学腐蚀性能较差，在要求高倍率放电和提高比能而采用薄形极板时，高锑含量板栅的使用寿命势必降低。因此，采用低锑合金就十分重要了，目前板栅含锑量为2%～3%。在板栅合金中加入0.1%～0.2%的砷，可以减缓腐蚀速度，提高硬度与机械强度，增强其抗变形能力，延长蓄电池的使用寿命。
目前，国内外已使用铅锑砷合金作板栅。
正极活性物质脱落和板栅腐蚀是决定蓄电池使用寿命的主要原因。出于对使用期限的考虑，正极板栅要厚一些，负极板栅厚度一般为正极板栅厚度的70%～80%。国产蓄电池负极板厚度为1.6～1.8mm，也有薄至1.2～1.4mm的；正极板厚度为2.2～2.4mm，也有薄至1.6～1.8mm的。薄形极板的使用能改善汽车的起动性能，提高蓄电池的比能。
在使用中，为了增大蓄电池的容量，一般将多片正极板（4～13片）和多片负极板（5～14片）分别并联，组成正极板组和负极板组。安装时，将正负极板组相互嵌合，中间插入隔板，就成了单格电池。
在每个单格电池中，负极板的数量总是比正极板要多一片。正极板都处在负极板之间，最外面2片都是负极板。正极板活性物质较疏松，机械强度低，这样把正极板夹在负极板中间，可使其两侧放电均匀，在工作时不易因活性物质膨胀而翘曲，不易造成活性物质脱落。
国产汽车起动用铅酸蓄电池主要有两大类，即干封式蓄电池和干荷电式蓄电池。干荷电式蓄电池与普通干封式蓄电池的区别在于：其极板组在干燥状态下能够较长时间地保存制造过程中所得到的电荷。干荷电式蓄电池之所以具有干荷电性能，主要是负极板的制造工艺不同。干荷电式蓄电池在2年的保存期中，如果需要交付使用，只需在使用之前加入符合规定密度的电解液就可以了。
例如，对于干荷电式蓄电池6-QA-60，只需加入密度为1.280g/cm3（25℃时）的电解液，调整液面高度高出极板组15mm左右，不需要进行初充电就可以投入使用。对于保存期超过2年的干荷电式蓄电池，因为其极板上有部分活性物质被氧化，使用之前应进行补充充电。
2.隔板
为了减少蓄电池内部尺寸，降低蓄电池的内阻，蓄电池内部正负极板应尽可能靠近。但为了避免相互接触而短路，正负极板之间要用绝缘的隔板隔开。隔板材料应具有多孔性结构，以便电解液自由渗透，而且化学性能应稳定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。常见的隔板材料有木材、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维纸浆和玻璃丝棉等几类。
隔板为一厚度小于1mm的长方形薄片，其长和宽均比极板略大一点。成形隔板的一面有特制的沟槽。安装时，应将带沟槽的一面竖直朝向正极板。
注意：
隔板一面平滑，一面制有沟槽。安装时，有沟槽的一面朝向正极板，这是因为正极板在充、放电过程中的化学反应激烈，沟槽能使电解液较顺利地上下流通。同时，充电时生成的汽泡沿槽上升，脱落的活性物质则会沿槽下沉。
3.电解液
铅酸蓄电池的电解液由密度为1.84g/cm3的纯硫酸和蒸馏水配制而成，密度一般在1.24～1.31g/cm3，使用时根据当地最低气温或制造厂的要求进行选择，见表3-2。
表3-2 不同气温下的电解液密度
电解液的纯度是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素，一般工业用硫酸和普通水中，因含有铁、铜等有害杂质，绝对不能加入到蓄电池中去，否则容易自行放电，并且容易损坏极板。因此，蓄电池电解液要用规定的蓄电池专用硫酸和蒸馏水配制。
注意：
电解液的腐蚀性极强，溅到皮肤上和眼睛上会造成人身伤害。如果接触了蓄电池酸液，要立即用苏打水冲洗，酸液溅到眼睛要立即用凉水或医用冲眼剂冲洗，然后请医生处理。
4.外壳
蓄电池外壳为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内。蓄电池电压一般有6V和12V两种规格，因此，外壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格。例如，12V蓄电池内分成6个单格，由5个单格壁将容器分为互不相通的6个小容器。各个单格底部做有垫角，其突起的肋条用以搁置极板组，使其下方有足够的空间作为沉淀槽，容纳脱落的活性物质，以免堆积起来，使正负极板相接触而造成短路。
外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗振动，并具有足够的机械强度。常用的材料有硬质橡胶、沥青塑料、工程塑料。工程塑料美观透明，耐酸，质量轻，强度高，发展非常快。我国目前已大量生产聚丙烯等工程塑料蓄电池外壳。
图3-2 单格电池之间的穿壁连接示意图
1—间壁 2—连接条
5.其他零部件
（1）铅连接条
由于蓄电池各单格为串联连接，因此不同极性的极桩用铅连接条连接起来。铅连接条由铅锑合金铸成，有外露式、跨桥式和穿壁对焊式三种，前者用在硬橡胶外壳和盖上，后两种用在塑料外壳和盖上。
外露式是指连接条外露在蓄电池盖的上面；跨桥式是指连接条下部在蓄电池的平面上，或埋在盖下，连接部分跨接在各单格电池的中间壁上；穿壁对焊式是指在中间壁上打孔，使极板组柄直接穿过中间隔壁而将各单格电池连接起来。单格电池之间的穿壁连接方式如图3-2所示。
（2）加注孔盖
用橡胶或塑料制成，旋在蓄电池盖的加注孔内。加注孔盖上有通气孔，下端有特制的隔板，其作用是将通气孔与单格上面的空间部分地隔开，以防汽车颠簸时，电解液从通气孔溅出。
加注孔盖上的通气孔应经常保持畅通，使蓄电池内部的H2与O2排出，以防蓄电池过早损坏或爆炸。若在孔盖上安装一个过滤器，还可以避免水蒸气逸出，减少水的消耗。
3.1.3 常用铅酸蓄电池的型号
市场上常见的铅蓄电池产品型号，其结构分为3段，其排列及其含义如下：
第1部分：指的是串联的单格电池数，用阿拉伯数字组成，其标准电压是这个数字的2倍。
第2部分：指的是蓄电池的类型和特征，用汉语拼音字母表示。其中，前半部分字母表示蓄电池的类型，如“Q”表示起动用铅蓄电池；后半部分为蓄电池的特征代号，如“A”表示干荷电式，具有两种特征时按表3-3顺序将两个代号并列标志，各代号具体含义见表3-3。
表3-3 铅蓄电池特征代号
第3部分表示蓄电池的额定容量。我国目前规定采用20h放电率的容量安培小时数（A·h）。
此外，有的蓄电池在额定容量后面用一个字母表示其具有的特殊性能，如：Q代表高起动率；S代表塑料槽；D代表低温起动性能好。
例如，CA1170P2K2柴油车用型号为6-QAW-100S的蓄电池，是由6个单格串联而成，标准电压为12V，干荷电式免维护蓄电池，电容量是100A·h，它采用了塑料整体式外壳，薄型极板，使用时只需加入规定密度的电解液，静止0.5h，就可以投入使用。
免维护蓄电池又称MF蓄电池。免维护是指在汽车合理使用期间，不需要对蓄电池进行加注蒸馏水、检测电解液液面高度、检测电解液密度等维护作业。与其他铅蓄电池相比，免维护蓄电池具有以下特点：
1）栅架材料采用铅钙合金，既提高了栅架的机械强度，又减少了蓄电池的耗水量和自放电。
2）采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板。将正极板装在隔板袋内，既可避免正极板上的活性物质脱落，又能防止极板短路。因此壳体底部不需要凸起的肋条，降低了极板组的高度，增大了极板上方的容积，使电解液存储量增多。
3）蓄电池内部安装有电解液密度计（俗称电眼），如图3-3所示，可自动显示蓄电池的存电状态和电解液液面的高低。如果密度计的观察窗呈绿色，表明蓄电池存电充足，可正常使用；若显示深绿色或黑色，表明蓄电池存电不足，需补充充电；若显示浅黄色，表明蓄电池已接近报废。
图3-3 免维护蓄电池内装相对密度计
1—绿色（充电程序在65%以上） 2—黑色（充电程序在65%以下） 3—浅黄色（蓄电池有故障） 4—蓄电池盖 5—观察窟 6—光学的荷电状况指示器 7—绿色小球
4）采用了新型安全通气装置和气体收集器，在孔盖内部设置了一个氧化铝过滤器，可阻止水蒸气和硫酸气体通过，同时又可以使氢气和氧气顺利逸出。通气塞中装有催化剂钯，可促使氢、氧离子重新结合成水回到蓄电池中。