發電機向蓄電池充電圖示與汽車蓄電池結構分析

盡管鉛蓄電池的發明原理已經超過150年了，但直到今天人們還在廣泛應用。今天，蓄電池的研究并沒有停滯不前。特別是伴隨著電動混合動力驅動方案的推廣以及電動機動化的開始，我們有理由期待蓄電池的更多新篇章。

一、蓄電池的發展

盡管鉛蓄電池的發明原理已經超過150年了，但直到今天人們還在廣泛應用。鉛蓄電池的主要優點有：

① 良好的性價比

② 高可靠性

③ 批量生產

④ 易用性

今天，蓄電池的研究并沒有停滯不前。特別是伴隨著電動混合動力驅動方案的推廣以及電動機動化的開始，我們有理由期待蓄電池的更多新篇章。

二、蓄電池的結構

一個12V蓄電池由六個串聯的單體電池構成。它們安裝在由隔板分隔的殼體中。

每個蓄電池的基本模塊都是單體電池。單體電池由一個極板組構成，它是由一個正極板組和一個負極板組組合而成的。

極板組由電極和隔板構成。每個電極都是由一個鉛欄板和活性物質構成的。隔板（微孔絕緣材料）用于分離不同極性的電極。電極或極板組在充滿電時沉浸在38％濃度的硫酸溶液中（電解液）。

接線端子、單體電池和極板連接器由鉛制成。正極和負極具有不同的直徑。正極總是比負極粗。不同的直徑可以避免蓄電池連接錯誤（防止接錯極）。單體電池連接線穿過隔板。

蓄電池的外殼（模塊箱）由耐酸性絕緣材料制成，外面由底板固定蓄電池。上面外殼通過端蓋封閉。

通過連接線串聯連接單體電池，為車輛提供所需的電壓。始終確保一個單體電池的負極連接另一個單體電池的正極。

三、蓄電池電解液

鉛蓄電池中使用了用蒸餾水稀釋的硫酸。滿充電狀態硫酸比例約為38 ％，剩下的是水。硫酸離子能夠在電極之間導電。

硫酸的密度隨著蓄電池充電狀態而改變，參見如下表格。

表格中的關系僅適用于無負荷的、靜態的蓄電池。充電或放電和斷開蓄電池之后必須等待至少兩小時，以達到靜止狀態。

為了防止硫酸溢出造成損壞，可以將硫酸束縛在玻璃纖維中防止蓄電池溶液在外殼損壞時流出。

四、充放電過程

1．充電

充電指的是將電能回充到蓄電池中。充電過程中將電能轉化為化學能。

一旦發動機運行，就會通過發電機給蓄電池充電。針對電動汽車，12V蓄電池由高壓蓄電池充電。這樣放電時生成的硫酸鉛（PbSO4）和水（H2O）重新變成了鉛（Pb）、二氧化鉛（PbO2）和硫酸（H2SO4）。

2PbSO4 ＋ 2H2O → PbO2 ＋ 2H2SO4 ＋ Pb

結果就是酸液密度增加，重新儲備了釋放電能所需要的化學能。

2．放電

放電指的是從蓄電池中提取電能。放電過程中將化學能轉化為電能。

有用電器與蓄電池連接時，它就會放電。硫酸的比例減小，水的比例增大。正極板和負極板上都產生硫酸鉛（PbSO4）。

PbO2 ＋ 2H2SO4 ＋ Pb → 2PbSO4 ＋ 2H2O

結果就是酸液密度減小。

五、蓄電池技術參數和術語

1．電池電壓

電池電壓是單電池正極板和負極板之間的電壓。它主要取決于充電狀態（酸液密度）和蓄電池溫度。鉛蓄電池的單電池額定電壓是恒定的為2V。

2．額定電壓

車輛蓄電池單電池的標準額定電壓為2V。

整個蓄電池的額定電壓由單電池的電壓乘以單電池的數量得出。

對于帶六個單電池的車輛蓄電池，標準額定電壓為 6 x 2 ［V］ ＝ 12 ［V］。

3．端子電壓

端子電壓是蓄電池兩個接線端子之間的電壓。

4．低溫試驗電流

蓄電池在低溫時的起動能力通過低溫試驗電流表示。

低溫試驗電流是規定的放電電流，在該電流下新充滿電的蓄電池在18 °C下，不會在規定的時間之前低于規定的電壓極限。

5．怠速和開路電壓

開路電壓是蓄電池無負荷時的電壓。

充電或放電過程后開路電壓改變。只有在某個等待時間后，極板之間硫酸濃度平衡時，開路電壓才能達到最終值。這個最終值被稱為開路電壓。

六、纖維蓄電池（AGM蓄電池）

1．定義

玻璃纖維蓄電池，也稱作 AGM 蓄電池或者復合電池。用于帶自動起停系統和能量回收的車輛。玻璃纖維蓄電池是硫酸被束縛在玻璃纖維（AGM）中的蓄電池。這種蓄電池類型可以從蓄電池蓋上的 AGM 字樣和全黑色蓄電池外殼識別出來。AGM 是英語 Absorbent Glass Mat（吸附式玻璃纖維棉）的縮寫。它指的是由非常細小的網狀玻璃纖維構成的具有很強吸水性的玻璃纖維。因此所有硫酸都被玻璃纖維吸附住。因此玻璃纖維蓄電池是防泄漏的。

蓄電池外殼仍然有可能溢出極少量的硫酸，但僅有幾毫升。

蓄電池通過蓄電池蓋封閉。單電池密封塞和排氣通道包含在蓋中。

對于充電時產生的氣體排放問題，因為玻璃纖維蓄電池（AGM 蓄電池）是封閉的系統，所以每個單電池都通過一個閥門與大氣隔開。

2．結構特征

① 黑色蓄電池蓋，黑色外殼；

② 無酸液液位顯示；

③ 隔板在玻璃纖維中；

④ 封閉（單電池閥門帶過壓時的排氣功能）；

⑤ 2－D信息欄，用于通過掃描儀快速識別。

3．優點

① 免維護，防漏；

② 無極板運動；

③ 無酸液分層；

④ 使用壽命長；

⑤ 功率較高；

⑥ 高可靠性；

⑦ 在直至25°C的情況下確保冷起動安全；

⑧ 設計用于非常頻繁的充放電過程。

4．缺點

① 造價高；

② 比濕蓄電池溫度敏感性更高。

七、蓄電池斷開元件

蓄電池安裝在車輛發動機艙內或行李廂內時使用一個蓄電池斷開元件。這個斷開元件的任務是斷開從蓄電池到起動器和發電機的導線。發生事故時，如果在發電機或起動機導線上出現短路，則通過分離元件可以避免車輛起火。如果發生事故時觸發了安全氣囊，則會自動激活蓄電池斷開元件。車尾碰撞時隨著安全帶張緊器的觸發而激活蓄電池斷開元件。

蓄電池斷開元件可能使用以下部件：

蓄電池斷路引爆器

蓄電池斷開繼電器

1．蓄電池斷路引爆器

蓄電池斷路引爆器位于安全蓄電池端子中。

安全蓄電池端子總是直接固定在蓄電池正極上。

（1）起始位置

（2）引爆

蓄電池斷路引爆器的推進劑引爆時，膨脹的氣體推動錐形銷沿箭頭方向離開初始位置。

（3）終端位置

錐形銷被生成的氣體推動后，通過一個支座避免它回退。由此從蓄電池到起動器和發電機的導線保持斷開。

2．蓄電池斷開繼電器

另一個可能斷開從蓄電池到起動器和發電機的導線的部件是蓄電池斷開繼電器。這個繼電器中集成了一個蓄電池主開關和一個斷開開關。

激活的蓄電池斷開繼電器可以從觀察窗識別出來。導線斷開時觀察窗中不是看到銅線圈而是看到白色蓋板。