描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787302433156丛书名: 高等学校应用型特色规划教材·汽车工程系列
本书是为高等院校汽车服务工程、车辆工程等汽车类专业编写的教材。本书知识体系完整，注重汽车电器及电子控制系统的理论系统性，内容由浅入深、循序渐进，符合认知规律，便于读者学习，同时在每章后编写有思考题，便于读者进行自我测试。
本书分为”汽车电器”和”汽车电子控制系统”两篇。*篇”汽车电器”部分主要介绍蓄电池、交流发电机、起动系统、点火系统、照明与信号系统、仪表及指示灯系统、辅助电器等汽车传统的电气与电子设备。第二篇”汽车电子控制系统”部分介绍现代汽车的电子控制技术，主要内容有发动机电子控制系统、自动变速器、汽车防滑控制系统、汽车电控悬架系统、汽车其他电子控制系统及汽车电器与电子系统总线路。
本书兼顾了理论性和实践性，既可满足本科生在理论学习深度上的要求，又可满足本科生学习与掌握实践技能的需要，同时也可满足高职和专科学生加强理论学习的要求。本书可作为高等院校汽车服务工程、汽车运用工程、交通运输、车辆工程、汽车电子技术等专业的教材或参考书，也可供从事汽车检测维修、汽车运输管理等行业的工程技术人员阅读参考。
篇 汽 车 电
器
第1章 汽车车载电源与充电系统 3
1.1 概述 4
1.1.1 汽车车载电源的组成与要求 4
1.1.2 汽车车载电源的现状与发展 5
1.2 蓄电池的构造、工作原理和工作
特性 6
1.2.1 蓄电池的构造 6
1.2.2 蓄电池的工作原理 9
1.2.3 蓄电池的工作特性
11
1.3 蓄电池的容量及其影响因素
14
1.4 蓄电池的充电 16
1.4.1 蓄电池的充电种类
16
1.4.2 蓄电池的充电方法
18
1.4.3 蓄电池充电注意事项
19
1.5 蓄电池的使用、维护与检查
20
1.5.1 蓄电池的正确使用与维护 20
1.5.2 蓄电池的技术状况检查
20
1.6 新型蓄电池 22
1.6.1 干荷电铅酸蓄电池
22
1.6.2 免维护蓄电池 22
1.6.3 镍镉蓄电池 23
1.6.4 锂电池 24
1.6.5 锌银蓄电池 25
1.7 交流发电机的构造、原理和工作
特性 25
1.7.1 交流发电机的构造
25
1.7.2 国产交流发电机的型号
29
1.7.3 交流发电机的工作原理
30
1.7.4 交流发电机的工作特性
34
1.8 交流发电机的电压调节器
35
1.8.1 电压调节器的作用和类型 35
1.8.2 电压调节器的基本原理
36
1.8.3 双级电磁振动式电压调节器 36
1.8.4 电子式电压调节器
37
1.8.5 集成电路电压调节器
40
1.9 充电系统电路实例分析
41
1.9.1 解放CA1091充电系统电路 41
1.9.2 上海大众SANTANA2000
系列轿车充电系统电路 41
1.9.3 上海通用别克轿车充电系统
电路 42
1.10 交流发电机的使用与检测
43
1.10.1 交流发电机使用和维修注
意事项 43
1.10.2 交流发电机的检测与试验 43
思考题 46
第2章 起动系统 47
2.1 概述 48
2.1.1 起动系统的基本组成
48
2.1.2 起动机的分类 48
2.1.3 起动机的型号 49
2.2 起动机的结构及工作原理
50
2.2.1 直流电动机 51
2.2.2 传动机构 54
2.2.3 电磁开关 57
2.3 起动机的工作特性 59
2.4 起动机控制电路 60
2.5 起动机的试验与检修 63
2.5.1 起动机的使用与维护
63
2.5.2 起动机部件的检修
63
2.5.3 起动机的试验 67
2.6 其他类型起动机 69
2.7 起动系统的设计 71
思考题 72
第3章 点火系统 73
3.1 概述 74
3.1.1 点火系统的作用 74
3.1.2 点火系统的分类 74
3.1.3 发动机点火系统的基本要求 74
3.2 传统点火系统的组成及其工作原理 75
3.2.1 传统点火系统的组成
75
3.2.2 传统点火系统的基本工作
原理 76
3.2.3 传统点火系统的主要部件 77
3.3 无触点电子点火系统 85
3.3.1 无触点电子点火系统的组成 85
3.3.2 磁感应式电子点火系统
85
3.3.3 霍尔效应式电子点火系统 87
3.4 微机控制点火系统 90
3.4.1 微机控制点火系统的组成 90
3.4.2 微机控制点火系统的基本工作
原理 91
3.4.3 微机控制点火系统的应用
实例 93
3.5 无分电器点火系统 96
3.5.1 无分电器点火系统的组成 96
3.5.2 无分电器点火系统的工作
原理 96
3.6 无触点电子点火系统的故障检查 98
3.6.1 电子点火系统使用与维修中的
注意事项 98
3.6.2 磁感应式电子点火系统的故障
检查 99
3.6.3 霍尔效应式电子点火系统的
故障检查 101
3.6.4 微机控制点火系统的故障
检查 102
思考题 103
第4章 照明与信号系统 105
4.1 照明与信号系统的组成及其要求 106
4.1.1 照明系统 106
4.1.2 灯光信号系统 106
4.1.3 声响信号装置 107
4.2 前照灯 107
4.2.1 前照灯的组成 107
4.2.2 前照灯的防眩目
110
4.2.3 前照灯的控制电路
111
4.2.4 照明系统新技术
113
4.3 灯光信号系统 115
4.3.1 转向信号装置 116
4.3.2 危险报警信号装置
120
4.3.3 制动信号装置 121
4.4 声响信号系统 122
4.4.1 电喇叭及其控制电路
122
4.4.2 倒车信号装置 123
思考题 124
第5章 仪表及指示灯系统 125
5.1 仪表系统 126
5.1.1 机油压力表 126
5.1.2 水温表 127
5.1.3 燃油表 128
5.1.4 车速里程表 129
5.1.5 发动机转速表 132
5.2 指示灯系统 132
5.2.1 机油压力过低报警灯
132
5.2.2 燃油量不足报警灯
133
5.2.3 制动液面不足报警灯
134
5.2.4 冷却液温度过高报警灯
134
5.2.5 制动系统报警灯
135
5.2.6 制动器摩擦片使用极限
报警灯 135
5.2.7 制动灯线路故障报警灯
136
思考题 136
第6章 汽车辅助电器 139
6.1 电动刮水器与风窗玻璃洗涤器、除霜
装置 140
6.1.1 电动刮水器 140
6.1.2 风窗玻璃洗涤器
142
6.1.3 风窗玻璃除霜装置
143
6.2 电动辅助装置 144
6.2.1 电动车窗 144
6.2.2 电动座椅 146
6.2.3 电动后视镜 148
6.2.4 中控门锁 148
6.3 汽车空调 150
6.3.1 汽车空调的基本组成和
类型 150
6.3.2 汽车空调制冷循环工作
过程 151
6.3.3 制冷系统结构部件
152
6.3.4 空调系统控制电路
154
思考题 156
第二篇 汽车电子控制系统
第7章 发动机电子控制技术基础 159
7.1 概述 160
7.1.1 发动机电子控制技术发展
概况 160
7.1.2 发动机电子控制系统的
组成 161
7.2 发动机电子控制系统传感器
161
7.2.1 空气流量传感器
161
7.2.2 进气压力传感器
167
7.2.3 节气门位置传感器
168
7.2.4 温度传感器 170
7.2.5 发动机转速与曲轴位置
传感器 172
7.2.6 凸轮轴位置传感器
176
7.2.7 爆燃传感器 178
7.2.8 氧传感器 179
7.2.9 车速传感器 182
7.3 电子控制单元 183
7.4 执行器 185
思考题 186
第8章 发动机电子控制系统 187
8.1 概述 188
8.1.1 发动机电子控制系统的
优点 188
8.1.2 汽油机燃油喷射技术发展
概况 188
8.1.3 电子燃油喷射系统的基本
类型 188
8.1.4 典型的电子燃油喷射系统
简介 190
8.2 电子燃油喷射系统的结构组成 192
8.2.1 供油系统 192
8.2.2 空气供给系统 195
8.2.3 电子控制系统 196
8.3 电子燃油喷射系统的控制
196
8.3.1 喷油时序的控制
196
8.3.2 喷油量的控制 197
8.3.3 燃油泵控制电路
198
8.4 发动机辅助控制系统
201
8.4.1 怠速控制系统 201
8.4.2 排放控制系统 206
8.4.3 进气增压控制 210
8.4.4 可变气门正时与气门升程电子
控制 212
8.4.5 故障自诊断系统、故障运行
和安全保险 213
思考题 214
第9章 自动变速器 215
9.1 概述 216
9.1.1 自动变速器的类型
216
9.1.2 电控自动变速器的基本组成
和工作过程 216
9.1.3 换挡操纵机构和变速器的基本
操作要求 217
9.2 液力变矩器和行星齿轮变速机构 218
9.2.1 液力变矩器 218
9.2.2 行星齿轮变速机构
220
9.2.3 液压系统 225
9.3 电子控制系统 226
9.3.1 电子控制系统的组成
与作用 226
9.3.2 电子控制系统手工艺的基本
工作原理 228
9.3.3 01N型自动变速器电子控制
系统部件 230
9.4 电控自动变速器的检测与试验 234
9.4.1 电控自动变速器的一般检测
步骤 234
9.4.2 电控自动变速器的检测
试验 234
思考题 235
第10章 汽车防滑控制系统 237
10.1 概述 238
10.1.1 汽车防滑控制系统简介 238
10.1.2 汽车防滑控制系统的基本
理论 238
10.1.3 附着系数与滑动率的关系 239
10.2 汽车防抱死制动系统
240
10.2.1 防抱死制动系统的发展
概况 240
10.2.2 防抱死制动系统的优点 240
10.2.3 防抱死制动系统的控制通道
及布置类型 241
10.2.4 防抱死制动系统的控制 243
10.2.5 防抱死制动系统的结构及
原理 244
10.3 汽车驱动防滑转系统
255
10.3.1 概述 255
10.3.2 汽车驱动防滑转系统的结构
与原理 256
思考题 261
第11章 汽车电控悬架系统 263
11.1 悬架控制系统的分类
264
11.2 半主动悬架系统 264
11.2.1 半主动悬架系统的组成 264
11.2.2 半主动悬架系统的工作
原理 265
11.3 主动悬架系统 266
11.3.1 主动悬架系统的组成和基本
结构 266
11.3.2 空气悬架刚度与阻尼的自动
调节 270
11.3.3 车身高度控制
270
思考题 272
第12章 汽车其他电子控制系统 273
12.1 汽车电动助力转向系统
274
12.1.1 概述 274
12.1.2 电子控制动力转向系统的
组成与分类 274
12.2 电子控制动力转向系统的结构与
工作原理 276
12.2.1 液压式电子控制动力转向
系统的原理 276
12.2.2 电动式电子控制动力转向
系统的原理 278
12.2.3 电子控制动力转向系统的
部件结构 279
12.2.4 电动式电子控制动力转向
系统实例 281
12.3 安全气囊装置 282
12.3.1 安全气囊系统的作用和基本
类型 282
12.3.2 安全气囊系统的组成和工作
原理 283
12.4 汽车巡航控制系统
288
12.4.1 巡航控制系统的组成与工作
原理 288
12.4.2 巡航控制系统的电路与部件
结构 289
思考题 292
第13章 汽车电器与电子系统总线路 293
13.1 汽车总线路的组成和特点
294
13.1.1 汽车总线路的组成
294
13.1.2 汽车电路的特点
294
13.1.3 汽车电路的表示方法
295
13.2 汽车电气系统的组成
295
13.2.1 汽车线路中的导线、线束和
插接件 296
13.2.2 开关、继电器和熔断丝 298
13.3 捷达系列轿车全车电路图及识读
方法 299
13.3.1 捷达系列轿车电路图中符号
的含义 299
13.3.2 识读汽车电路图的一般
要领 301
思考题 303
参考文献 304
本书是为高等院校汽车服务工程、车辆工程等汽车类专业编写的教材。本书知识体系完整，注重汽车电器及电子控制系统的理论系统性，内容由浅入深、循序渐进，符合认知规律，便于读者学习，同时在每章后编写有思考题，便于读者进行自我测试。
本书分为“汽车电器”和“汽车电子控制系统”两篇。篇“汽车电器”部分主要介绍蓄电池、交流发电机、起动系统、点火系统、照明与信号系统、仪表及指示灯系统、辅助电器等汽车传统的电气与电子设备。第二篇“汽车电子控制系统”部分介绍现代汽车的电子控制技术，主要内容有发动机电子控制系统、自动变速器、汽车防滑控制系统、汽车电控悬架系统、汽车其他电子控制系统及汽车电器与电子系统总线路。
本书由常熟理工学院杨保成副教授担任主编，焦洪宇担任副主编，参加编写的有焦洪宇(第2、4、5章)、李学智(第3章)、许广举(第8章)、王国峰(第10章)，杨保成编写了其余章节，并对全书进行统稿。
本书在编写过程中，参阅了大量的文献资料，这些资料让我们获益不少，在此向参考资料的原作者表示感谢。由于编者水平所限，书中难免会有不妥和错误之处，敬请读者批评指正。
编 者
【知识目标】
了解汽车车载电源的组成及要求，掌握蓄电池、交流发电机的构造和工作原理；理解蓄电池、交流发电机的工作特性及蓄电池容量的概念；理解交流发电机电压调节器的工作原理；熟悉汽车充电系统的典型电路。
【技能目标】
会对蓄电池的技术状况进行检查，能够正确对蓄电池进行充电；会对交流发电机的整机性能进行检测。
1.1 概 述
1.1.1 汽车车载电源的组成与要求
1．汽车车载电源的组成
汽车上装有蓄电池与发电机两个直流电源，全车用电设备均与直流电源并联连接，如图1-1所示。
图1-1 汽车电源的组成
1-发电机；2-调节器；3-用电设备；4-电流表；5-蓄电池；6-起动开关；7-起动机
在发动机工作时，发动机带动发电机发电，向汽车用电设备提供电能，并向蓄电池充电。在起动发动机时，则由蓄电池提供电能。蓄电池的具体作用如下。
(1) 发动机起动时，向起动机和点火系统供电。
(2) 发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。
(3) 发动机中、高速运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。
(4) 发电机过载时，协助发电机向用电设备供电。
(5) 蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定。
(6) 对汽车电子控制系统来说，蓄电池是电子控制器的不间断电源。
2．对汽车车载电源的要求
蓄电池用作发动机的起动电源，需要在5～10s内向起动机连续提供大电流(汽油发动机为100～600A，大型柴油发动机可达1000A)，因此，要求蓄电池内阻要小，大电流输出时电压要稳定，以确保有良好的起动性能；蓄电池容量要大，以保证有足够的起动能力。除了要能满足发动机的起动需要外，还要求蓄电池的充电性能良好、使用寿命长、维护方便或少维护，以满足良好的汽车使用性能要求。
发动机工作时的转速变化很大，要求发电机在发动机转速变化范围内都能正常发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需求；此外，要求发电机的体积小、质量轻、发电效率高、故障率低、使用寿命长等，以确保汽车良好的使用性能。
1.1.2 汽车车载电源的现状与发展
1．蓄电池
可充电的蓄电池也被称为二次电池。充电时利用外部的电能使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时则把化学能转换为电能输出。常用的车用蓄电池可分为普通铅酸蓄电池、干荷蓄电池和免维护蓄电池三类。
普通铅酸蓄电池：普通铅酸蓄电池的极板由铅和铅的氧化物构成，电解液是硫酸的水溶液。它的主要优点是电压稳定、价格便宜，缺点是比能量低(即每千克蓄电池存储的电能)、使用寿命短和日常维护频繁。老式普通蓄电池一般寿命在2年左右，而且需定期检查电解液的高度并添加蒸馏水。不过随着科技的发展，目前普通蓄电池的寿命变得更长而且维护也更简单了。为了延长铅酸蓄电池的使用寿命，可以每1万千米左右检查一次电解液液面高度，使其始终保持在中间位置。如果保养得当，铅酸蓄电池的寿命可以从2～3年延长至4年甚至5年。
干荷蓄电池：干荷蓄电池的全称是干荷电铅酸蓄电池，它的主要特点是负极板有较高的储电能力，在完全干燥状态下，能在两年内保存所得到的电量，使用时，只需加入电解液，等待20～30分钟就可使用。
免维护蓄电池：免维护蓄电池由于自身结构上的优势，电解液的消耗量非常小，在使用寿命内基本不需要补充蒸馏水。它还具有耐震、耐高温、体积小、自放电小的特点，使用寿命一般为普通蓄电池的两倍。市场上的免维护蓄电池有两种：种在购买时一次性加电解液，以后使用中不需要维护(添加补充液)；另一种是电池本身出厂时就已经加好电解液并封死，用户根本就不能添加补充液。
国内外都致力于研究与开发碱性蓄电池，如铁镍蓄电池、镉镍蓄电池、镍氢蓄电池、锌银蓄电池等。碱性蓄电池具有质量轻、自放电少的优点，不会因过充电或过放电而造成活性物质的钝化。但是碱性蓄电池活性物质的内阻较大，导电性差，不适合用作起动电源。目前，碱性蓄电池主要在电动汽车上使用。
2．发电机与调节器
车载发电机早使用的是直流同步发电机。这种发电机一般为铸铁外壳，其磁极较大，并且采用机械换向器整流，所以其体积较大、功率质量比小、低速充电性差、高速换向器换向火花大，因不能适应现代汽车对车载发电机的要求而被淘汰。现在汽车上普遍使用硅整流交流发电机。其按照总体结构不同可分为普通交流发电机(又称为硅整流发电机，使用时需要配装电压调节器)、整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机)、带泵交流发电机、无刷交流发电机、永磁交流发电机等几种；按整流器结构可分为六管交流发电机(JF1522，东风汽车用)、八管交流发电机(JFZ1542，夏利汽车用)、九管交流发电机(日产、三菱、马自达汽车用)、十一管交流发电机(JFZ1913Z，奥迪、桑塔纳汽车用)；按磁场绕组搭铁形式可分为内搭铁型交流发电机(磁场绕组的一端直接搭铁)、外搭铁型交流发电机(磁场绕组的一端接入调节器，通过调节器后再搭铁)两类，其中内搭铁型使用为普遍。
发电机调节器的作用是在发动机转速变化时使发电机的电压仍保持稳定。交流发电机初所配用的是触点式调节器，现在已被电子式调节器所替代。电子调节器有分立元件和集成电路两种类型，现在基本上都采用集成电路式电子调节器，分立元件式电子调节器已很少见。
3．汽车车载电源电压
现代汽车电器系统普遍采用12V系统，只有部分大型柴油车的起动系统采用24V系统。随着汽车电子控制设备的应用越来越多，如仍采用12V低压电源供电系统，会使电源承受巨大的压力。为保证车载电器正常工作，必然要增加线束的截面面积，这会使汽车成本增加，不利于设备优化。为此，世界各国正在研究42V或48V电源系统。从理论上讲，电压提高3倍，电流会减小65%，同时线束截面面积也大为减少。但电压升级又带来新的问题，就是要研制新型蓄电池和发电机，并且汽车上相应的电气设备和电子装置也应升级，这显然会对目前的车载电源系统和电气设备产生极大冲击。
1.2 蓄电池的构造、工作原理和工作特性
1.2.1 蓄电池的构造
普通铅酸蓄电池主要由极板、隔板、电解液、壳体、联条、极桩等主要部件组成，如图1-2所示。
图1-2 蓄电池的构造
1-正极板；2-负极板；3-隔板；4-极桩；5-加液孔盖；6-联条；7-外壳
1．极板与极板组
极板是蓄电池的核心部分，蓄电池的充、放电过程就是依靠极板上的活性物质和电解液中硫酸的化学反应来实现的。极板分为正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成，如图1-3所示。栅架的结构如图1-4所示。正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅(Pb)，呈青灰色。一般负极厚度为1.8mm，现在有一种薄型极板，厚度为1.1～1.5mm，薄型极板对提高蓄电池的比容量和改善起动性能都是很有利的。
图1-3 极板
1-栅架；2-活性物质
图1-4 栅架的结构
把正负极板各一片浸入电解液中，就可获得电动势，但是为了增大蓄电池的容量，常做成正负极板组，装在单格电池内，如图1-5所示。每个单格电池的标称电压为2V，因此，12V的蓄电池由6个单格电池串联而成。负极板组比正极板组多一片，使正极板处于负极板之间，两侧放电均匀，否则，正极板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，活性物质易脱落。
图1-5 蓄电池极板组结构
1-极板组总成；2-极板联条；3-负极板；4-隔板；5-正极板
2．隔板
为了减小蓄电池的内阻和体积，正负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，故在相邻的正负极板之间加有绝缘隔板。隔板具有多孔性，以便电解液渗透，且化学性能要稳定。常用的隔板材料有木质的、微孔橡胶的、微孔塑料和塑料纤维的以及浸树脂纸质隔板等。微孔橡胶隔板耐酸、耐高温性能好，寿命长，但成本高；微孔塑料隔板和浸树脂纸质隔板的孔率高、孔径小、薄而柔韧，成本又低，因而使用渐多。近年来，还有的将微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质脱落。
3．电解液
电解液可使极板上的活性物质溶解和电离，产生电化学反应。电解液是用纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成的，密度一般为1.24～1.30g/cm3。电解液的纯度是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素，因此，一般工业用硫酸和水不能用作电解液，否则会增加自放电和损坏极板。
配制电解液时，会释放出大量的热能，由于硫酸的比热比水小得多，受热时温升很快，易于产生气泡，造成飞溅，故配制电解液时只能将硫酸徐徐倒入蒸馏水中，并不断搅拌。
电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可以减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，由于黏度增加，反而会降低蓄电池的容量，而且会缩短极板使用寿命。电解液的相对密度应随地区和气候条件而定，表1-1列出了不同地区和气温条件下电解液的相对密度。
表1-1 不同地区和气温条件下电解液的相对密度 单位：g/cm3
气候条件
全充电蓄电池15℃时的密度
冬 季
夏 季
冬季温度低于-40℃的地区
1.310
1.260
冬季温度高于-40℃、低于-30℃的地区
1.290
1.250
冬季温度高于-30℃、低于-20℃的地区
1.280
1.250
冬季温度高于-20℃、低于0℃的地区
1.270
1.240
冬季温度高于0℃的地区
1.240
1.230
4．壳体
蓄电池的壳体是用来盛放电解液和极板组的。壳体应耐酸、耐热及耐震，以前多采用硬橡胶制成。近年来，由于工程塑料的发展，壳体多用塑料(聚丙烯)制成。塑料壳体不仅耐酸、耐热、耐震，且强度高、韧性好，壳体壁可以做得较薄(一般为3.5mm，而硬橡胶壳体壁厚为10mm)，外形美观、透明，质量轻。塑料壳体易于热封合，生产效率高，已成为一种发展趋势。
壳体底部的凸筋是用来支撑极板组的，当有活性物质脱落掉入凹槽中时，可防止正负极板短路；若采用袋式隔板，因其可防止活性物质脱落造成短路的情况，故壳底无须凸筋，可以降低壳体高度。
5．联条
蓄电池总成通常都是由3个或6个单格电池组成的，各单格电池之间靠铅质联条串联起来，联条装在盖子上面。这种传统的连接方式，不仅浪费铅材料，而且会使内阻增大，现已逐步被图1-6所示的穿壁式连接方式所代替。穿壁式连接方式是在相邻单格电池之间的间壁上打孔供联条穿过，将两个单格电池的极板组极柱连焊在一起，这种连接方式连接距离短、节约材料、电阻小、起动性能好，因而得到广泛的应用。
6．加液孔盖
加液孔盖可以防止电解液溅出及便于加注电解液。孔盖上有通气孔，可以使电池内部的H2和O2排出，以免发生事故。如果在孔盖上安装一个氧化铅过滤器，还可以避免水蒸气逸出，减少水的消耗。
7．蓄电池的型号
按JB/T 2599-1933《铅酸蓄电池产品型号编制方法》规定，国产蓄电池型号的含义如下：
第Ⅰ部分表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示。如6表示包含6个单格电池、总电压为12V的蓄电池。
第Ⅱ部分表示蓄电池的类型和特征，用两个汉语拼音字母表示。个字母为”Q”表示起动型铅蓄电池。第二个字母表示蓄电池的结构特征，如”A”表示干荷蓄电池，”B”表示薄型极板，”W”表示免(无)维护蓄电池，无字母表示普通铅蓄电池。
第Ⅲ部分表示额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为A·h，单位略去不写。在其后用一个字母表示特殊性能，如高起动率用”G”表示，塑料槽用”S”表示，低温起动性好用”D”表示。
例如，6-QA-100代表额定电压12V、额定容量100A·h的起动型干荷蓄电池。
1.2.2 蓄电池的工作原理
铅酸蓄电池的核心部分是极板和电解液，蓄电池通过极板上的活性物质与电解液的电化学反应建立电动势、进行放电和充电过程。
根据双硫化理论(双极硫酸盐化理论)，铅蓄电池中参与电化学反应的物质是正极板上的活性物质二氧化铅、负极板上海绵状的铅、电解液中的硫酸和水。当蓄电池外载荷接通放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb转变为PbSO4，电解液中的H2SO4减少，密度下降。充电时，按相反的方向进行，正极板、负极板上的PbSO4分别恢复成PbO2和Pb，电解液中的硫酸增加，相对密度变大。如略去中间的化学反应过程，放电和充电过程可用下式表示：
1．蓄电池电动势的建立
当极板浸入电解液时，在负极板处，金属铅受到两个方面的作用。一方面，它有溶解于电解液的倾向，因而有少量的铅进入溶液，生成Pb2
，在极板上留下两个电子2e，使极板带负电。另一方面，由于正负电荷的吸引，Pb2
有沉附于极板表面的倾向，当两者达到平衡时，负极板具有约为0.1V的负电位。有
正极板处少量PbO2溶入电解液，与水生成Pb(OH)4，再分离成四价铅离子和氢氧根离子，即
Pb4 沉附于极板的倾向大于溶解的倾向，使极板呈正电位，当达到平衡时，正极板的电位约为 2.0V。因此，当外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，正负极板之间的电动势Ε0约为
Ε0=2.0-(-0.1)=2.1(V) (1-1)
2．蓄电池的放电过程
蓄电池接上负载，在电动势作用下，电流If从正极经过负载流往负极(即电子从负极到正极)，使正极电位降低、负极电位升高，破坏了原来的平衡。放电时的化学反应如图1-7所示。
图1-7 蓄电池的放电过程
1-充电状态；2-溶解电离；3-接入负载；4-放电状态
在正极板处，Pb4 和电子结合变成Pb2 ，再与电解液中的结合生成PbSO4，沉附于极板上。在负极板处，Pb2
与电解液中的结合生成PbSO4沉附在负极板上，而极板上的金属铅继续溶解生成Pb2
和电子。如果电路不中断，上述化学反应继续进行，使正极板上的PbO2和负极板上的Pb都逐渐转变为PbSO4，电解液中的H2SO4逐渐减少而水增多，电解液密度下降。
理论上，放电过程进行到极板上的活性物质全部变为硫酸铅为止，而实际上是不可能的，因为电解液不能渗透到活性物质的内层。使用中，所谓放完电的蓄电池，实际上只有20%～30%的活性物质参加反应变成了硫酸铅，因此采用薄型极板、增加多孔性，可以提高极板活性物质的利用率。
3．蓄电池的充电过程
充电时，应将蓄电池接直流电源，当电源电压高于蓄电池电动势时，在电源的作用下，电流从蓄电池正极流入，负极流出(即驱使电子从负极经外电路流入正极)，这时正负极板发生的反应正好与放电过程相反，其化学反应如图1-8所示。
在负极板处有少量的PbSO4进入电解液中，电离为Pb2 和，Pb2 在电源作用下获得两个电子变为金属Pb，沉附于极板上，而和电解液中的H 结合生成硫酸。
在正极板处也有少量PbSO4进入电解液中，电离生成Pb2 和，Pb2 在电源作用下失去两个电子变为Pb4
，它又和电解液中的OH－结合生成Pb(OH)4，Pb(OH)4分解为PbO2和H2O，PbO2沉附在正极板上，而又与电解液中的H
结合生成硫酸。充电电流使电解液中的Pb2 和减少，PbSO4就继续溶解电离。
图1-8 蓄电池的充电过程
1-放电状态；2-溶解电离；3-通入电流；4-充电状态
可见，在充电过程中，正负极板上的硫酸铅将逐渐恢复为活性物质，电解液中的硫酸成分逐渐增多，水逐渐减少。充电终期，电解液密度将升到值，且引起水的分解，生成O2、H2，并从电解液中逸出。水的分解化学反应式如下：
1.2.3 蓄电池的工作特性
1．蓄电池的静止电动势
静止电动势Εj是指蓄电池在静止状态下(不充电、不放电)正负极板的电位差即开路电压，其大小与电解液的相对密度和温度有关。
在电解液的相对密度为1.050～1.300g/cm3时，静止电动势与电解液密度及温度的关系可由如下经验公式表示：
Εj=0.84 ?25℃ (1-2)
?25℃=?? t 0.0075(T-25) (1-3)
式中：?25℃–温度为25℃时的电解液密度(g/cm3)；
? t –实际测得的电解液密度(g/cm3)；
T –实际测得的电解液温度(℃)。
2．蓄电池的内阻
铅酸蓄电池的内阻一般很小，这样可以获得较大的放电电流。蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、联条的电阻。隔板的电阻因材料而异，木质隔板比微孔橡胶隔板、微孔塑料隔板电阻大。联条的电阻与联条的长度有关，穿壁式联条的电阻较小。蓄电池在使用过程中，隔板和联条的电阻不会改变，极板电阻和电解液电阻则会随蓄电池的放电程度、电解液的温度和密度的不同而改变。
极板的电阻一般很小，并且随极板上的活性物质的变化而变化，充电后电阻很小，放电后电阻很大，特别是放电终了，由于活性物质变为硫酸铅，则电阻大大增加。
电解液的电阻随相对密度、温度的不同而变化。图1-9所示为电解液电阻与密度的关系曲线。温度低、电解液密度高时，会因电解液的黏度增大、渗透能力降低而使其电阻增大。硫酸电解液密度为1.208g/cm3(25℃)时，电离好，黏度较小，其电阻小。电解液密度过高或过低时，其离解度降低，电阻会增大。
从以上分析可知，适当地采用低密度(不结冰的前提下)和提高电解液温度(不超过40℃)对降低电解液的内阻来说是很有意义的，尤其是在冬季。
3．蓄电池的放电特性
蓄电池的放电特性是指在恒定电流If放电过程中，蓄电池的端电压Uf、电动势E和电解液密度随放电时间的变化规律。
将一只完全充足电的蓄电池以20h放电率(If
=0.05C20，C20指蓄电池的额定容量)的电流进行放电，在放电过程中，每隔一定时间测量其单格电池的端电压和电解液密度，便可得到放电特性曲线，如图1-10所示。
图1-10 蓄电池恒流放电特性曲线
1) 电解液密度
放电过程中，由于电流If是恒定的，单位时间内所消耗的硫酸量是相同的，所以电解液的密度沿直线下降，相对密度每下降0.03～0.04g/cm3，则蓄电池放电大约为额定容量的25%。
2) 端电压与电动势
由于蓄电池内阻R0有电压降，所以放电时，蓄电池的端电压Uf总是低于其电动势E。即Uf = E-If R0。
蓄电池放电时的电化学反应是在极板的孔隙内进行的。在开始放电阶段，极板孔隙内电解液的硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，其单格电池的端电压从2.1V迅速下降；这时，蓄电池电解液中的硫酸会向极板孔隙内渗透，当孔隙内电解液密度的下降与整个容器内电解液密度的下降趋于一致时，端电压Uf将随整个蓄电池内电解液密度的降低而缓慢下降到1.8V；接着电压又迅速下降至停止放电。电压急剧下降是由于放电终了时，化学反应深入到极板的内层，而放电时生成的硫酸铅较原来的活性物质的体积大(是海绵状铅的2.68倍，是二氧化铅的1.68倍)，硫酸铅聚积在极板孔隙内，缩小了孔隙的截面面积，使电解液的深入困难，极板孔隙内消耗掉的硫酸难以得到补充，孔隙内的电解液密度迅速下降，端电压也随之急剧下降。
当端电压降至一定值时(20h放电率降至1.75V)再继续放电即过度放电。过度放电对蓄电池是有害的，因为孔隙中生成的粗结晶硫酸铅在充电时不易还原，会使极板破坏，容量下降。
停止放电后，由于极板孔隙中的电解液和电池中的电解液相互渗透，趋于平衡，蓄电池的端电压将稍有回升(又称蓄电池的”休息”)。
蓄电池放电终了的特征如下。
(1) 电解液密度降低到小许可值(约1.11 g/cm3)。
(2) 单格电池的端电压降至放电终了电压(约1.75V)。
允许的放电终了电压与放电电流强度有关，放电电流越大，则放完电的时间越短，允许的放电终止电流越低。放电电流与终止电压的关系如表1-2所示。
表1-2 放电电流与终止电压的关系
放电电流/A
0.05C20
0.1C20
0.25C20
C20
3C20
放电时间
20h
10h
3h
25min
5min
单格电池终止电压/V
1.75
1.70
1.65
1.55
1.50
注：C20–蓄电池的额定容量。
4．蓄电池的充电特性
蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中，蓄电池的端电压Uc和电解液相对密度?随时间变化的规律。
以一定的电流Ic向一只完全放电的蓄电池进行充电，在充电过程中，每隔一定时间测量其单格电池的端电压Uc和电解液密度?，便可得到蓄电池的充电特性曲线，如图1-11所示。
充电时，电源电压必须克服蓄电池的电动势和电池内部的电压降IcR0，因此充电过程中蓄电池的端电压总是大于电动势E，即Uc= E IcR0。
由于恒流充电，单位时间内所生成的硫酸量相等，所以电解液相对密度随时间逐渐上升。蓄电池的端电压在充电开始后迅速上升，这是因为充电时活性物质和硫酸的化学作用首先是在极板的孔隙中进行的，生成的硫酸使电解液的相对密度增大，故端电压迅速上升。新生成的硫酸不断地向周围扩散，当继续充电至极板孔隙内析出的硫酸量与扩散的硫酸量达到平衡时，蓄电池的电压就不再迅速上升，而是随着电解液相对密度的上升而缓慢上升，呈线性关系。充电接近终了时，蓄电池端电压达到2.3～2.4V，极板上的活性物质几乎全部恢复为二氧化铅和铅，继续通电，电解液中的水开始分解，产生氢气和氧气，以气泡形式剧烈放出，出现”沸腾”状态。这时出现严重的极化现象，使电解液和极板之间产生附加电位差约0.33V，端电压升高到2.7V左右。此时应切断电路停止充电，否则将造成”过充电”。过充电时，由于剧烈地放出气泡会造成压力，加速活性物质的脱落，使极板过早损坏，所以应尽量避免长时间的过充电。但在实际使用中，为了保证电池充足电，往往要保证2～3h的过充电才行。
图1-11 蓄电池恒流充电特性曲线
全部充电过程中，极板孔隙内的电解液密度比电池电解液稍大一些，因此蓄电池的电动势E总是高于静止电动势。充电停止后Ic=0，端电压立即下降，极板孔隙内的电解液密度和电池电解液密度趋向平衡，因而蓄电池的端电压又降至2.1V左右。
蓄电池充电终了的特征如下。
(1) 蓄电池内产生大量气泡，即所谓的”沸腾”。
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