发电机向蓄电池充电图示与汽车蓄电池结构分析

       尽管铅蓄电池的发明原理已经超过150年了，但直到今天人们还在广泛应用。今天，蓄电池的研究并没有停滞不前。特别是伴随着电动混合动力驱动方案的推广以及电动机动化的开始，我们有理由期待蓄电池的更多新篇章。

　　一、蓄电池的发展

　　尽管铅蓄电池的发明原理已经超过150年了，但直到今天人们还在广泛应用。铅蓄电池的主要优点有：

　　① 良好的性价比

　　② 高可靠性

　　③ 批量生产

　　④ 易用性

　　今天，蓄电池的研究并没有停滞不前。特别是伴随着电动混合动力驱动方案的推广以及电动机动化的开始，我们有理由期待蓄电池的更多新篇章。

　　

　　二、蓄电池的结构

　　一个12V蓄电池由六个串联的单体电池构成。它们安装在由隔板分隔的壳体中。

　　每个蓄电池的基本模块都是单体电池。单体电池由一个极板组构成，它是由一个正极板组和一个负极板组组合而成的。

　　极板组由电极和隔板构成。每个电极都是由一个铅栏板和活性物质构成的。隔板（微孔绝缘材料）用于分离不同极性的电极。电极或极板组在充满电时沉浸在38％浓度的硫酸溶液中（电解液）。

　　接线端子、单体电池和极板连接器由铅制成。正极和负极具有不同的直径。正极总是比负极粗。不同的直径可以避免蓄电池连接错误（防止接错极）。单体电池连接线穿过隔板。

　　

　　蓄电池的外壳（模块箱）由耐酸性绝缘材料制成，外面由底板固定蓄电池。上面外壳通过端盖封闭。

　　

　　通过连接线串联连接单体电池，为车辆提供所需的电压。始终确保一个单体电池的负极连接另一个单体电池的正极。

　　

　　三、蓄电池电解液

　　铅蓄电池中使用了用蒸馏水稀释的硫酸。满充电状态硫酸比例约为38 ％，剩下的是水。硫酸离子能够在电极之间导电。

　　硫酸的密度随着蓄电池充电状态而改变，参见如下表格。

　　

　　表格中的关系仅适用于无负荷的、静态的蓄电池。充电或放电和断开蓄电池之后必须等待至少两小时，以达到静止状态。

　　为了防止硫酸溢出造成损坏，可以将硫酸束缚在玻璃纤维中防止蓄电池溶液在外壳损坏时流出。

　　四、充放电过程

　　1．充电

　　充电指的是将电能回充到蓄电池中。充电过程中将电能转化为化学能。

　　一旦发动机运行，就会通过发电机给蓄电池充电。针对电动汽车，12V蓄电池由高压蓄电池充电。这样放电时生成的硫酸铅（PbSO4）和水（H2O）重新变成了铅（Pb）、二氧化铅（PbO2）和硫酸（H2SO4）。

　　2PbSO4 ＋ 2H2O → PbO2 ＋ 2H2SO4 ＋ Pb

　　结果就是酸液密度增加，重新储备了释放电能所需要的化学能。

　　

　　2．放电

　　放电指的是从蓄电池中提取电能。放电过程中将化学能转化为电能。

　　有用电器与蓄电池连接时，它就会放电。硫酸的比例减小，水的比例增大。正极板和负极板上都产生硫酸铅（PbSO4）。

　　PbO2 ＋ 2H2SO4 ＋ Pb → 2PbSO4 ＋ 2H2O

　　结果就是酸液密度减小。

　　
 

　　五、蓄电池技术参数和术语

　　1．电池电压

　　电池电压是单电池正极板和负极板之间的电压。它主要取决于充电状态（酸液密度）和蓄电池温度。铅蓄电池的单电池额定电压是恒定的为2V。

　　2．额定电压

　　车辆蓄电池单电池的标准额定电压为2V。

　　整个蓄电池的额定电压由单电池的电压乘以单电池的数量得出。

　　对于带六个单电池的车辆蓄电池，标准额定电压为 6 x 2 ［V］ ＝ 12 ［V］。

　　3．端子电压

　　端子电压是蓄电池两个接线端子之间的电压。

　　4．低温试验电流

　　蓄电池在低温时的起动能力通过低温试验电流表示。

　　低温试验电流是规定的放电电流，在该电流下新充满电的蓄电池在18 °C下，不会在规定的时间之前低于规定的电压极限。

　　5．怠速和开路电压

　　开路电压是蓄电池无负荷时的电压。

　　充电或放电过程后开路电压改变。只有在某个等待时间后，极板之间硫酸浓度平衡时，开路电压才能达到最终值。这个最终值被称为开路电压。

　　六、纤维蓄电池（AGM蓄电池）

　　1．定义

　　玻璃纤维蓄电池，也称作 AGM 蓄电池或者复合电池。用于带自动起停系统和能量回收的车辆。玻璃纤维蓄电池是硫酸被束缚在玻璃纤维（AGM）中的蓄电池。这种蓄电池类型可以从蓄电池盖上的 AGM 字样和全黑色蓄电池外壳识别出来。AGM 是英语 Absorbent Glass Mat（吸附式玻璃纤维棉）的缩写。它指的是由非常细小的网状玻璃纤维构成的具有很强吸水性的玻璃纤维。因此所有硫酸都被玻璃纤维吸附住。因此玻璃纤维蓄电池是防泄漏的。

　　蓄电池外壳仍然有可能溢出极少量的硫酸，但仅有几毫升。

　　蓄电池通过蓄电池盖封闭。单电池密封塞和排气通道包含在盖中。

　　对于充电时产生的气体排放问题，因为玻璃纤维蓄电池（AGM 蓄电池）是封闭的系统，所以每个单电池都通过一个阀门与大气隔开。

　　2．结构特征

　　① 黑色蓄电池盖，黑色外壳；

　　② 无酸液液位显示；

　　③ 隔板在玻璃纤维中；

　　④ 封闭（单电池阀门带过压时的排气功能）；

　　⑤ 2－D信息栏，用于通过扫描仪快速识别。

　　

　　3．优点

　　① 免维护，防漏；

　　② 无极板运动；

　　③ 无酸液分层；

　　④ 使用寿命长；

　　⑤ 功率较高；

　　⑥ 高可靠性；

　　⑦ 在直至25°C的情况下确保冷起动安全；

　　⑧ 设计用于非常频繁的充放电过程。

　　4．缺点

　　① 造价高；

　　② 比湿蓄电池温度敏感性更高。

　　七、蓄电池断开元件

　　蓄电池安装在车辆发动机舱内或行李厢内时使用一个蓄电池断开元件。这个断开元件的任务是断开从蓄电池到起动器和发电机的导线。发生事故时，如果在发电机或起动机导线上出现短路，则通过分离元件可以避免车辆起火。如果发生事故时触发了安全气囊，则会自动激活蓄电池断开元件。车尾碰撞时随着安全带张紧器的触发而激活蓄电池断开元件。

　　蓄电池断开元件可能使用以下部件：

　　蓄电池断路引爆器

　　蓄电池断开继电器

　　1．蓄电池断路引爆器

　　蓄电池断路引爆器位于安全蓄电池端子中。

　　安全蓄电池端子总是直接固定在蓄电池正极上。

　　（1）起始位置

　　

　　（2）引爆

　　蓄电池断路引爆器的推进剂引爆时，膨胀的气体推动锥形销沿箭头方向离开初始位置。

　　

　　（3）终端位置

　　锥形销被生成的气体推动后，通过一个支座避免它回退。由此从蓄电池到起动器和发电机的导线保持断开。

　　

　　2．蓄电池断开继电器

　　另一个可能断开从蓄电池到起动器和发电机的导线的部件是蓄电池断开继电器。这个继电器中集成了一个蓄电池主开关和一个断开开关。

　　激活的蓄电池断开继电器可以从观察窗识别出来。导线断开时观察窗中不是看到铜线圈而是看到白色盖板。