第六節 蓄電池的使用與故障診斷

汽車在使用過程中，消耗維修費用最多的部件一是蓄電池，二是車輪。蓄電池的性能和使用壽命不僅取決于產品的結構和質量，而且還取決于是否進行正確的使用與維護。

一、新蓄電池的啟用

當今車用新蓄電池在首次使用之前，加注規定密度和液量的電解液并靜止放置15min后即可裝車使用。在啟用新蓄電池時，需要注意以下幾點：

1）蓄電池型號規格必須符合汽車設計要求。一是要考慮蓄電池的容量。容量過小則無法起動發動機；二是要考慮蓄電池的外形尺寸。尺寸過大則無法安裝。

2）必須取下加液孔蓋上密封通氣孔的不干膠帶。蓄電池在存儲過程中，為了防止空氣進入蓄電池內部而導致極板氧化失效，其加液孔蓋上的通氣孔均用不干膠帶粘貼密封。如未取下不干膠帶，蓄電池充放電產生的氣體就可能使殼體脹裂，甚至導致蓄電池爆炸。

3）電解液密度必須符合本地區使用要求。電解液密度過低容易結冰而導致蓄電池殼體脹裂，密度過高會加速極板和隔板腐蝕而縮短蓄電池的使用壽命。因此，啟用新蓄電池時，電解液密度必須根據不同地區和氣溫條件進行選擇，見表1-3。寒冷地區應當使用密度較高的電解液，同一地區冬季電解液密度應比夏季高0.02～0.04g/cm³。

電解液密度可用吸式密度計或光學檢測儀進行檢測。用吸式密度計檢測電解液密度的方法如圖1-12所示，先用拇指適當壓下橡皮囊后再將密度計的橡皮吸管插入電解液中，然后緩慢放松拇指，使電解液吸入玻璃管中，吸入電解液的多少以使浮子浮起為準，此時液面與浮子相交的刻度即為電解液密度值。因為密度大小與溫度T密切相關，所以在測量密度的同時，必須測量電解液的溫度，并將實測密度換算成標準溫度（25℃）時的密度值。

4）電解液液面高度必須符合規定要求。液面高度是指電解液液面高出隔板或保護網的高度。液面過高時，電解液容易溢出；液面過低時，露出液面的部分極板不能參加化學反應，蓄電池輸出容量就會降低。在蓄電池靜置15min后，由于部分電解液滲透到了極板內部，因此，電解液液面高度會有所降低，此時應補充到規定高度。在啟用新蓄電池時，電解液液面高度應保持在殼體上標示的上液面線位置。當殼體上沒有液面線或液面不清楚時，可用孔徑為3～5mm的玻璃管或塑料管進行測量，方法如圖1-13所示。先將測量管垂直插入蓄電池加液孔內，直到與護網或隔板上緣接觸為止，然后用拇指堵住管口，再取出測量管。此時，管內吸取的電解液高度即為液面高度，其值應為10～15mm。

5）存放時間過長的蓄電池需要充電之后再裝車使用。干荷電和免維護蓄電池的有效存儲時間為1年。當存放時間超過規定期限時，極板在干燥狀態下的荷電性能受空氣氧化的影響會大大降低，蓄電池供電能力減小，甚至不能提供足夠電流來起動發動機。因此，必須至少充電15min之后再裝車使用。

二、蓄電池的充電

將電源的電能轉換為蓄電池化學能的過程稱為充電。為使蓄電池保持一定容量和延長蓄電池的使用壽命，無論干荷電蓄電池，還是免維護蓄電池，在使用過程中都應進行補充充電。

（一）充電方法

蓄電池充電的方法有恒壓充電、恒流充電、恒壓限流充電和脈沖充電幾種。其中，常用的是恒壓充電、恒流充電和恒壓限流充電。

（1）恒壓充電

在充電過程中，充電電壓恒定不變的充電稱為恒壓充電。蓄電池在汽車上由發電機對其充電就屬于恒壓充電，其充電電壓由充電系統的電壓調節器控制。蓄電池采用恒壓充電時，單格電池的充電電壓一般都按基本充足電的特征電壓2.4V進行選定。如在汽車上，根據全車電系電壓等級不同，其電壓調節器控制的發電機輸出電壓就分別選定為14V和28V左右。

恒壓充電的優點是：在充電初期，充電電流較大，充電速度較快，充電4～5h，蓄電池的容量即可恢復80%以上，因此充電時間較短。同時，充電電流能隨電動勢的上升而逐漸減小到零，使充電自動停止，這就不必由人工調節充電電流。

恒壓充電的缺點是：由于充電電流大小不能調整，因此不能保證蓄電池徹底充足電；也不能用于蓄電池去硫化充電。對于就車使用的蓄電池，為了防止其產生硫化故障，需要定期（一般為兩個月）拆下用恒流充電方法充電一次。

（2）恒流充電

在充電過程中，充電電流恒定不變的充電稱為恒流充電。汽車蓄電池在充電間的充電過程分為兩個階段，稱為改進恒流充電，其充電電路與充電特性曲線如圖1-14所示。

在恒流充電過程中，隨著蓄電池電動勢上升，要想保持充電電流恒定，就需調高充電電壓。在充電第1階段，用較大電流進行恒流充電，當單格電池電壓上升到2.4V左右、電解液中開始產生氣泡時，將充電電流減小一半轉入第2階段恒流充電，直到蓄電池完全充足電為止，這種充電方法又稱為改進恒流充電或兩階段恒流充電。由于第2階段充電電流較小，既可減少活性物質脫落，又能保證蓄電池徹底充足。因此，在充電間充電廣泛采用。

恒流充電的優點是：充電電流可以任意選擇，有益于延長蓄電池的使用壽命。由于充電電流可以任選，因此，既適用于蓄電池補充充電，也適用于去硫化充電。

恒流充電的缺點是：充電時間長，充電電流需要人工進行調節。

實際充電廣泛采用兩階段恒流充電方法進行充電的原因是：當單格電池充電電壓達到2.4V時，蓄電池已基本充足，活性物質二氧化鉛和鉛已基本還原，電解液中開始產生氣泡說明部分充電電流已經開始電解水。此時若不減小充電電流，電解水水的電流就會隨著充電時間的延長而增大，這樣不僅浪費電能，而且產生的大量氣泡會將極板上的活性物質沖掉，使蓄電池容量降低，壽命縮短。

（3）恒壓限流充電

國家標準GB/T 5008.1—2013《起動用鉛酸蓄電池第1部分技術條件和試驗方法》規定，在進行20小時率容量、儲備容量和水損耗試驗時，對于不能確定結構或制造商沒有明確說明結構的蓄電池，充電應以恒壓限流方法進行。

恒壓限流充電方法是指：蓄電池在（25±10）℃條件下，以表1-4所示電壓U₁（V）和電流I₁（A）進行充電后，再以I₂（A）電流充電4h。

水損耗試驗是指：蓄電池先以恒壓限流充電方法完全充電，擦凈全部表面，干燥并稱量質量W₁，然后保持在（40±2）℃的恒溫水浴槽中（其端子高出水面15～25mm，如有多只蓄電池，則蓄電池及其槽壁之間距離應不小于25mm），以（14.40±0.05）V電壓恒壓充電500h，再擦凈全部表面，干燥并稱量質量W₂。水損耗量按下述計算：

式中 W——水損耗量，g/（A·h）；

W₁——充電開始時蓄電池質量，g；

W₂——充電后蓄電池質量，g；

C_n——20小時率額定容量，A·h。

蓄電池的水損耗按額定容量C_n計算，正常水損耗型蓄電池的水損耗量大于4g/（A·h），低水損耗型蓄電池的水損耗量不大于4g/（A·h），微水損耗型蓄電池的水損耗量不大于1g/（A·h）。

（二）充電工藝

根據蓄電池技術狀態不同，其充電工藝可分為初充電、補充充電和去硫化充電三種。對新蓄電池或更換極板后的蓄電池進行的首次充電，稱為初充電。蓄電池使用后的各次充電，稱為補充充電。消除硫化的充電工藝稱為去硫化充電。各種充電工藝的過程基本相同，主要區別在于充電電流大小的選擇有所不同。下面以補充充電工藝為例，說明蓄電池的充電工藝。

1）清潔蓄電池，檢查電解液液面高度。將液面高度調整到高出隔板或護網15mm位置或與蓄電池殼體上的上液面線平齊。當液面過低時，只需添加蒸餾水。

2）選擇補充充電電流。補充充電電流的選擇方法是：第1階段充電電流為：I_C1=2I_n（A），第2階段充電電流為：I_C2=I_n（A）。蓄電池的容量不同，充電電流大小也不相同。當同一充電支路中各串聯蓄電池的容量不同時，其充電電流則應按容量最小者進行選擇。當小容量蓄電池充足電后，應隨即摘除，再繼續給大容量蓄電池充電。這樣既能保證各蓄電池都能充足電，又能避免小容量蓄電池過量充電。

3）連接蓄電池。在連接蓄電池之前，應先根據充電機的額定電壓和額定電流計算出一臺充電機一次充電所能連接的蓄電池總數。根據充電機的額定電流I_R和第一階段充電電流I_C1，確定蓄電池并聯充電支路數i，即

根據充電機的額定電壓U_R和單格電池充足電時的電壓（為了保證充電充足，單格電壓按2.75V計算），確定每一條充電支路串聯蓄電池只數m，即

式中n為蓄電池的單格電池數（汽車蓄電池n=6）。

一臺充電機一次充電最多允許連接蓄電池總數N為

當一條充電支路中串聯蓄電池的只數大于m時，由于充電機電壓不足，因此蓄電池不能徹底充足電。當有兩條或兩條以上并聯支路同時充電時，各支路串聯蓄電池的單格電池總數必須相等。否則就會導致串聯單池總數少的蓄電池過量充電。

連接蓄電池時，先連接串聯支路，再將各支路并聯連接，最后將蓄電池充電支路的正極與充電機正極相連，將充電支路的負極與充電機負極相接。

4）接通充電電路充電。在充電過程中，每隔2～3h應測量一次充電電壓和電解液密度。當單格電壓達到2.4V時，應及時轉入第2階段充電，直到充足電為止。在充電過程中，還應經常測量電解液溫度。當其升到40℃時，應將充電電流減半。當溫度繼續升高到45℃時，應暫停充電，待溫度降到低于40℃后，方可繼續充電。

5）調整電解液密度。充電結束15min后，測量電解液密度如不符合規定，則應進行調整。密度偏低應補充適量密度為1.40g/cm³的稀硫酸水溶液；反之應補充蒸餾水進行調整。調整后的電解液密度是否符合規定，要待充電2h后再復查一次。各單格電池之間的密度之差不得超過0.01g/cm³。電解液密度調好后應做記錄，以備使用參考。補充充電的全部充電時間為13～16h。

三、蓄電池故障診斷

蓄電池常見的外部故障有殼體裂紋、極柱腐蝕或松動等，內部故障有極板硫化、活性物質脫落、正極板柵架腐蝕、內部短路、自放電等。其中，極板硫化和活性物質脫落是導致蓄電池壽命終止的根本原因。

1. 極板嚴重硫化的判斷

蓄電池極板上生成粗晶粒硫酸鉛的現象稱為“硫酸鉛硬化”，簡稱“硫化”。蓄電池硫化后，內阻顯著增大。如嚴重硫化，則當按正常充電電流充電時，開始充電其單池電壓就在16.8V以上（實測表明：電流為2A時，電壓高達30V以上），并大量冒氣泡，充電過程中電解液溫度升高很快、密度基本不變。

2. 活性物質嚴重脫落的判斷

活性物質嚴重脫落后，由于電解液中沉淀物較多，因此充電時電解液渾濁（呈棕色液體），充電終了現象提早出現，蓄電池輸出容量顯著減小。

3. 蓄電池嚴重短路的判斷

電解液中雜質過多、活性物質大量脫落而沉積于極板下部、蓄電池蓋上灑漏的電解液與塵土形成酸泥后，都會使正、負極短路而引起自放電。當某只單格電池的極板嚴重短路后，由于其活性物質不參與電化學反應，因此在充電過程中，該單格電池的電解液密度將基本不變，無氣泡產生，恰似一潭死水。