第二節(jié) 蓄電池的構(gòu)造與型號

汽車用蓄電池都是由極板、隔板、電解液和殼體四部分組成。干荷電蓄電池的特點是極板制造工藝有所不同，免維護蓄電池的特點是極板材料和隔板結(jié)構(gòu)有所不同，閥控式蓄電池的特點是具有氣體復(fù)合裝置和電解液不流動、正常情況下不能添加水或電解液。車用干荷電蓄電池的構(gòu)造如圖1-2所示。

一、極板

極板由柵架與活性物質(zhì)組成，是蓄電池的核心部件。極板的功用是在蓄電池充放電過程中，其上的活性物質(zhì)與電解液中的硫酸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換。

柵架由鉛銻合金或鉛鈣錫合金澆鑄而成，并制作成放射形狀，如圖1-3所示。干荷電蓄電池采用鉛銻合金柵架，銻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.3%。在柵架中添加金屬銻的目的是提高機械強度和改善澆鑄性能。免維護蓄電池采用耗水量小、導(dǎo)電性能好的鉛鈣錫合金柵架，并采用熱模滾壓工藝制成。

活性物質(zhì)是指極板上參與化學(xué)反應(yīng)的工作物質(zhì)，主要由鉛粉與一定密度的稀硫酸混合而成。鉛粉是活物質(zhì)的主要原料，由鉛塊放入球磨機中研磨而成。

極板分為正極板和負(fù)極板兩種。將鉛粉與稀硫酸混合成膏狀涂在柵架上即可得到生極板，生極板經(jīng)熱風(fēng)干燥，再放入稀硫酸中進行化成（在蓄電池生產(chǎn)工藝中，對極板進行充電的過程稱為“化成”，一般充電18～20h）處理便可得到正極板和負(fù)極板。在充電的過程中，連接充電機正極的極板為正極板，其活性物質(zhì)為二氧化鉛（PbO₂），呈深棕色；連接充電機負(fù)極的極板為負(fù)極板，其活性物質(zhì)為海綿狀鉛（Pb），呈深灰色。

單片極板的荷電量是有限的，為了增大蓄電池的容量，將多片正、負(fù)極板分別并聯(lián)，并用匯流條焊接起來便分別組成正、負(fù)極板組，結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。匯流條上澆鑄有極柱；各片極板之間留有空隙。安裝時，各片正、負(fù)極板相互嵌合，中間插入隔板后裝入電池槽內(nèi)便可形成單格電池。

在每個單格電池中，負(fù)極板總比正極板多一片。這是因為正極板上的化學(xué)反應(yīng)比負(fù)極板上的化學(xué)反應(yīng)劇烈，所以將正極板夾在負(fù)極板之間，可使其兩側(cè)放電均勻，防止活性物質(zhì)體積變化不一致而造成極板拱曲。

將一片正極板和一片負(fù)極板浸入電解液中，便可得到2V左右的電壓。汽車蓄電池由6個單格電池串聯(lián)成12V電池供汽車選用，如圖1-5所示。12V電系汽車選用一只電池，24V電系汽車選用兩只電池。

二、隔板

為了減小蓄電池內(nèi)阻和尺寸，正、負(fù)極板應(yīng)盡可能靠近。隔板的功用是將正、負(fù)極板隔開，防止相鄰正、負(fù)極板接觸而短路。微孔塑料和微孔橡膠隔板的結(jié)構(gòu)如圖1-6a所示。

安裝隔板時，帶槽一面應(yīng)面向正極板，且溝槽必須與殼體底部垂直。因為正極板在充、放電過程中的化學(xué)反應(yīng)劇烈，溝槽能使電解液上下流通，也能使氣泡沿槽上升，還能使脫落的活性物質(zhì)沿槽下沉。

免維護蓄電池普遍采用了聚氯乙烯袋式隔板，結(jié)構(gòu)如圖1-6b所示。使用時，正極板被隔板袋包住，脫落的活性物質(zhì)保留在袋內(nèi)，不僅可以防止極板短路，而且可以取消殼體底部凸起的筋條，使極板上部容積增大，從而增大電解液的儲存量。

三、電解液

汽車蓄電池的電解液由密度為1.84g/cm³的濃硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。電解液中硫酸成分所占的比例，稱為電解液的相對密度，通常簡稱為電解液密度。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5008.1—2013《起動用鉛酸蓄電池第1部分：技術(shù)條件和試驗方法》中的規(guī)定，汽車起動用排氣式蓄電池完全充電時的電解液密度，在25℃條件下應(yīng)保持在1.27～1.30g/cm³范圍內(nèi)。

電解液純度是影響蓄電池電氣性能和使用壽命的重要因素。因此，蓄電池用電解液和蒸餾水必須符合機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10052—2010《鉛酸蓄電池用電解液》和JB/T 10053—2010《鉛酸蓄電池用水》的規(guī)定，所用硫酸必須符合化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 2692—2015《蓄電池用硫酸》的規(guī)定。由于普通工業(yè)用硫酸和普通水中含銅、鐵等雜質(zhì)較多，會加速蓄電池自放電，因此不能用于車用蓄電池。

四、殼體

蓄電池殼體由電池槽和電池蓋兩部分組成。殼體的功用：一是盛裝電解液和極板組；二是便于蓄電池充電和使用維護。殼體應(yīng)當(dāng)耐酸、耐熱、耐振動、耐沖擊。車用蓄電池普遍采用聚丙烯透明塑料殼體，電池槽與電池蓋之間采用熱壓工藝粘合為整體結(jié)構(gòu)。不僅符合上述要求，而且殼壁薄（厚約2mm）而輕、易于熱封合、外形美觀、成本低廉。

電池槽由隔壁分成6個互不相通的單格，底部制作有凸起的筋條，以便放置極板組。筋條與極板底緣組成的空間可以積存極板脫落的活性物質(zhì)，防止正、負(fù)極板短路。對于采用袋式隔板的免維護蓄電池，因為脫落的活性物質(zhì)存積在袋內(nèi)，所以不必設(shè)置筋條。蓄電池各單格電池之間一般都用鉛質(zhì)連接條在殼體內(nèi)部采用穿壁式或跨越式串聯(lián)連接，也可在殼體表面采用外露形式串聯(lián)連接。

電池蓋上設(shè)有加液孔，并用螺塞或蓋板密封，防止電解液溢出。旋下加液孔螺塞或打開加液孔蓋板，即可加注電解液和檢測電解液密度。在加液孔螺塞和蓋板上設(shè)有通氣孔，以便排出化學(xué)反應(yīng)放出的氫氣和氧氣。在使用過程中，該通氣小孔必須保持暢通，防止殼體脹裂或發(fā)生爆炸事故。

五、卷繞式蓄電池的特點

眾所周知，傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池為平板疊片式結(jié)構(gòu)，卷繞式鉛酸蓄電池的顯著特點是其極板為螺旋形結(jié)構(gòu)，如圖1-7所示。寶馬、豐田、克萊斯勒、大眾、奔馳、福特、沃爾沃、日產(chǎn)、道依茨等汽車都已采用卷繞式蓄電池。

卷繞式蓄電池為閥控式蓄電池，其柵架采用比較柔軟的純鉛或鉛錫合金材料制成，不僅利于卷繞加工，而且能夠最大限度地抑制負(fù)極板上氫離子的析出。電解液為固態(tài)酸，正極板套裝在袋式隔板內(nèi)，正、負(fù)極板與固態(tài)酸一起捆綁并卷繞成螺旋結(jié)構(gòu)，卷繞后的每層極板都與匯流條連接。正極產(chǎn)生的氧離子通過氣體復(fù)合裝置與負(fù)極產(chǎn)生的氫離子發(fā)生反應(yīng)生成水，可使內(nèi)部氣體復(fù)合防止水耗，實現(xiàn)免維護功能。當(dāng)蓄電池內(nèi)部氣體壓力超過預(yù)定值時，蓄電池蓋上的安全閥能讓氣體析出，防止產(chǎn)生膨脹或爆炸。

卷繞式蓄電池的突出優(yōu)點：一是無漏液之憂，因此安裝方便，既可以任何角度或方式固定，也可倒置安放；二是耐振動沖擊，能承受4G（33Hz）振動12h以及6G振動4h的負(fù)荷；三是適用范圍廣，適用于水陸空各領(lǐng)域交通運輸工具，特別是軍事領(lǐng)域各類交通運輸工具。

現(xiàn)代汽車電子設(shè)備越來越多，對蓄電池電壓的穩(wěn)定性和供電可靠性提出了更高的要求，很多高檔轎車都采用了雙電池供電方案，即一只大容量鉛酸蓄電池用于起動發(fā)動機以及對燈光、車身電器等設(shè)備供電，另一只小容量的鎳氫或鋰離子蓄電池用于維持車載電腦和其他控制器的供電。

六、蓄電池的型號

按照我國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 2599—2012《鉛酸蓄電池名稱、型號編制與命名辦法》規(guī)定，蓄電池型號由3部分組成，各部分之間用短線分開，型號排列及其含義如圖1-8所示。

1）串聯(lián)單格電池數(shù)。指一個整體殼體內(nèi)所包含的單格電池數(shù)目，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。

2）蓄電池用途類型代號。根據(jù)蓄電池的主要用途進行劃分。起動型蓄電池用“Q”表示，代號“Q”是漢字“起”拼音的第一個字母。

3）蓄電池結(jié)構(gòu)特征代號。為附加部分，僅在同類用途的產(chǎn)品具有某種結(jié)構(gòu)特征，而在型號中又必須加以區(qū)別時采用。如為干荷電蓄電池，則用漢字“干”拼音的第二個字母“A”表示；如為無需（免）維護蓄電池，則用“無”字拼音的第一個字母“W”表示，見表1-1。

4）額定容量。國標(biāo)規(guī)定蓄電池型號中標(biāo)示的容量是指20小時率額定容量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為安培·小時（A·h），單位在型號中可略去不寫。20小時率是20小時放電率的簡稱。放電率即放電速率，放電電流越大，則放電速率越快，連續(xù)放電至終止電壓的時間就越短；反之，放電電流越小，連續(xù)放電至終止電壓的時間就越長。

5）特殊性能。在產(chǎn)品具有某些特殊性能時，可用相應(yīng)的代號加在型號末尾表示。如“G”表示薄型極板的高起動率電池，“S”表示采用工程塑料外殼與熱封合工藝的蓄電池。

例1：大眾車系用6-QA-60型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為60A·h的起動型干荷電蓄電池。

例2：斯太爾車系用6 -QW-180型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為180A·h的起動型免維護蓄電池。