第六节 蓄电池的使用与故障诊断
汽车在使用过程中，消耗维修费用最多的部件一是蓄电池，二是车轮。蓄电池的性能和使用寿命不仅取决于产品的结构和质量，而且还取决于是否进行正确的使用与维护。
一、新蓄电池的启用
当今车用新蓄电池在首次使用之前，加注规定密度和液量的电解液并静止放置15min后即可装车使用。在启用新蓄电池时，需要注意以下几点：
1）蓄电池型号规格必须符合汽车设计要求。一是要考虑蓄电池的容量。容量过小则无法起动发动机；二是要考虑蓄电池的外形尺寸。尺寸过大则无法安装。
2）必须取下加液孔盖上密封通气孔的不干胶带。蓄电池在存储过程中，为了防止空气进入蓄电池内部而导致极板氧化失效，其加液孔盖上的通气孔均用不干胶带粘贴密封。如未取下不干胶带，蓄电池充放电产生的气体就可能使壳体胀裂，甚至导致蓄电池爆炸。
3）电解液密度必须符合本地区使用要求。电解液密度过低容易结冰而导致蓄电池壳体胀裂，密度过高会加速极板和隔板腐蚀而缩短蓄电池的使用寿命。因此，启用新蓄电池时，电解液密度必须根据不同地区和气温条件进行选择，见表1-3。寒冷地区应当使用密度较高的电解液，同一地区冬季电解液密度应比夏季高0.02～0.04g/cm3。
表1-3 不同地区和气温条件下电解液密度的选择范围（单位：g/cm3）
电解液密度可用吸式密度计或光学检测仪进行检测。用吸式密度计检测电解液密度的方法如图1-12所示，先用拇指适当压下橡皮囊后再将密度计的橡皮吸管插入电解液中，然后缓慢放松拇指，使电解液吸入玻璃管中，吸入电解液的多少以使浮子浮起为准，此时液面与浮子相交的刻度即为电解液密度值。因为密度大小与温度T密切相关，所以在测量密度的同时，必须测量电解液的温度，并将实测密度换算成标准温度（25℃）时的密度值。
4）电解液液面高度必须符合规定要求。液面高度是指电解液液面高出隔板或保护网的高度。液面过高时，电解液容易溢出；液面过低时，露出液面的部分极板不能参加化学反应，蓄电池输出容量就会降低。在蓄电池静置15min后，由于部分电解液渗透到了极板内部，因此，电解液液面高度会有所降低，此时应补充到规定高度。在启用新蓄电池时，电解液液面高度应保持在壳体上标示的上液面线位置。当壳体上没有液面线或液面不清楚时，可用孔径为3～5mm的玻璃管或塑料管进行测量，方法如图1-13所示。先将测量管垂直插入蓄电池加液孔内，直到与护网或隔板上缘接触为止，然后用拇指堵住管口，再取出测量管。此时，管内吸取的电解液高度即为液面高度，其值应为10～15mm。
图1-12 测量电解液密度
图1-13 检查液面高度
5）存放时间过长的蓄电池需要充电之后再装车使用。干荷电和免维护蓄电池的有效存储时间为1年。当存放时间超过规定期限时，极板在干燥状态下的荷电性能受空气氧化的影响会大大降低，蓄电池供电能力减小，甚至不能提供足够电流来起动发动机。因此，必须至少充电15min之后再装车使用。
二、蓄电池的充电
将电源的电能转换为蓄电池化学能的过程称为充电。为使蓄电池保持一定容量和延长蓄电池的使用寿命，无论干荷电蓄电池，还是免维护蓄电池，在使用过程中都应进行补充充电。
（一）充电方法
蓄电池充电的方法有恒压充电、恒流充电、恒压限流充电和脉冲充电几种。其中，常用的是恒压充电、恒流充电和恒压限流充电。
（1）恒压充电
在充电过程中，充电电压恒定不变的充电称为恒压充电。蓄电池在汽车上由发电机对其充电就属于恒压充电，其充电电压由充电系统的电压调节器控制。蓄电池采用恒压充电时，单格电池的充电电压一般都按基本充足电的特征电压2.4V进行选定。如在汽车上，根据全车电系电压等级不同，其电压调节器控制的发电机输出电压就分别选定为14V和28V左右。
恒压充电的优点是：在充电初期，充电电流较大，充电速度较快，充电4～5h，蓄电池的容量即可恢复80%以上，因此充电时间较短。同时，充电电流能随电动势的上升而逐渐减小到零，使充电自动停止，这就不必由人工调节充电电流。
恒压充电的缺点是：由于充电电流大小不能调整，因此不能保证蓄电池彻底充足电；也不能用于蓄电池去硫化充电。对于就车使用的蓄电池，为了防止其产生硫化故障，需要定期（一般为两个月）拆下用恒流充电方法充电一次。
（2）恒流充电
在充电过程中，充电电流恒定不变的充电称为恒流充电。汽车蓄电池在充电间的充电过程分为两个阶段，称为改进恒流充电，其充电电路与充电特性曲线如图1-14所示。
图1-14 实际恒流充电电路及充电特性曲线
a）充电电路 b）充电特性曲线
在恒流充电过程中，随着蓄电池电动势上升，要想保持充电电流恒定，就需调高充电电压。在充电第1阶段，用较大电流进行恒流充电，当单格电池电压上升到2.4V左右、电解液中开始产生气泡时，将充电电流减小一半转入第2阶段恒流充电，直到蓄电池完全充足电为止，这种充电方法又称为改进恒流充电或两阶段恒流充电。由于第2阶段充电电流较小，既可减少活性物质脱落，又能保证蓄电池彻底充足。因此，在充电间充电广泛采用。
恒流充电的优点是：充电电流可以任意选择，有益于延长蓄电池的使用寿命。由于充电电流可以任选，因此，既适用于蓄电池补充充电，也适用于去硫化充电。
恒流充电的缺点是：充电时间长，充电电流需要人工进行调节。
实际充电广泛采用两阶段恒流充电方法进行充电的原因是：当单格电池充电电压达到2.4V时，蓄电池已基本充足，活性物质二氧化铅和铅已基本还原，电解液中开始产生气泡说明部分充电电流已经开始电解水。此时若不减小充电电流，电解水水的电流就会随着充电时间的延长而增大，这样不仅浪费电能，而且产生的大量气泡会将极板上的活性物质冲掉，使蓄电池容量降低，寿命缩短。
（3）恒压限流充电
国家标准GB/T 5008.1—2013《起动用铅酸蓄电池第1部分技术条件和试验方法》规定，在进行20小时率容量、储备容量和水损耗试验时，对于不能确定结构或制造商没有明确说明结构的蓄电池，充电应以恒压限流方法进行。
恒压限流充电方法是指：蓄电池在（25±10）℃条件下，以表1-4所示电压U1（V）和电流I1（A）进行充电后，再以I2（A）电流充电4h。
表1-4 蓄电池恒压限流充电参数
注：In为20小时率放电电流，数值为Cn/20，单位为A。Cn为20小时率额定容量。
水损耗试验是指：蓄电池先以恒压限流充电方法完全充电，擦净全部表面，干燥并称量质量W1，然后保持在（40±2）℃的恒温水浴槽中（其端子高出水面15～25mm，如有多只蓄电池，则蓄电池及其槽壁之间距离应不小于25mm），以（14.40±0.05）V电压恒压充电500h，再擦净全部表面，干燥并称量质量W2。水损耗量按下述计算：
式中 W——水损耗量，g/（A·h）；
W1——充电开始时蓄电池质量，g；
W2——充电后蓄电池质量，g；
Cn——20小时率额定容量，A·h。
蓄电池的水损耗按额定容量Cn计算，正常水损耗型蓄电池的水损耗量大于4g/（A·h），低水损耗型蓄电池的水损耗量不大于4g/（A·h），微水损耗型蓄电池的水损耗量不大于1g/（A·h）。
（二）充电工艺
根据蓄电池技术状态不同，其充电工艺可分为初充电、补充充电和去硫化充电三种。对新蓄电池或更换极板后的蓄电池进行的首次充电，称为初充电。蓄电池使用后的各次充电，称为补充充电。消除硫化的充电工艺称为去硫化充电。各种充电工艺的过程基本相同，主要区别在于充电电流大小的选择有所不同。下面以补充充电工艺为例，说明蓄电池的充电工艺。
1）清洁蓄电池，检查电解液液面高度。将液面高度调整到高出隔板或护网15mm位置或与蓄电池壳体上的上液面线平齐。当液面过低时，只需添加蒸馏水。
2）选择补充充电电流。补充充电电流的选择方法是：第1阶段充电电流为：IC1=2In（A），第2阶段充电电流为：IC2=In（A）。蓄电池的容量不同，充电电流大小也不相同。当同一充电支路中各串联蓄电池的容量不同时，其充电电流则应按容量最小者进行选择。当小容量蓄电池充足电后，应随即摘除，再继续给大容量蓄电池充电。这样既能保证各蓄电池都能充足电，又能避免小容量蓄电池过量充电。
3）连接蓄电池。在连接蓄电池之前，应先根据充电机的额定电压和额定电流计算出一台充电机一次充电所能连接的蓄电池总数。根据充电机的额定电流IR和第一阶段充电电流IC1，确定蓄电池并联充电支路数i，即
根据充电机的额定电压UR和单格电池充足电时的电压（为了保证充电充足，单格电压按2.75V计算），确定每一条充电支路串联蓄电池只数m，即
式中n为蓄电池的单格电池数（汽车蓄电池n=6）。
一台充电机一次充电最多允许连接蓄电池总数N为
当一条充电支路中串联蓄电池的只数大于m时，由于充电机电压不足，因此蓄电池不能彻底充足电。当有两条或两条以上并联支路同时充电时，各支路串联蓄电池的单格电池总数必须相等。否则就会导致串联单池总数少的蓄电池过量充电。
连接蓄电池时，先连接串联支路，再将各支路并联连接，最后将蓄电池充电支路的正极与充电机正极相连，将充电支路的负极与充电机负极相接。
4）接通充电电路充电。在充电过程中，每隔2～3h应测量一次充电电压和电解液密度。当单格电压达到2.4V时，应及时转入第2阶段充电，直到充足电为止。在充电过程中，还应经常测量电解液温度。当其升到40℃时，应将充电电流减半。当温度继续升高到45℃时，应暂停充电，待温度降到低于40℃后，方可继续充电。
5）调整电解液密度。充电结束15min后，测量电解液密度如不符合规定，则应进行调整。密度偏低应补充适量密度为1.40g/cm3的稀硫酸水溶液；反之应补充蒸馏水进行调整。调整后的电解液密度是否符合规定，要待充电2h后再复查一次。各单格电池之间的密度之差不得超过0.01g/cm3。电解液密度调好后应做记录，以备使用参考。补充充电的全部充电时间为13～16h。
三、蓄电池故障诊断
蓄电池常见的外部故障有壳体裂纹、极柱腐蚀或松动等，内部故障有极板硫化、活性物质脱落、正极板栅架腐蚀、内部短路、自放电等。其中，极板硫化和活性物质脱落是导致蓄电池寿命终止的根本原因。
1. 极板严重硫化的判断
蓄电池极板上生成粗晶粒硫酸铅的现象称为“硫酸铅硬化”，简称“硫化”。蓄电池硫化后，内阻显著增大。如严重硫化，则当按正常充电电流充电时，开始充电其单池电压就在16.8V以上（实测表明：电流为2A时，电压高达30V以上），并大量冒气泡，充电过程中电解液温度升高很快、密度基本不变。
2. 活性物质严重脱落的判断
活性物质严重脱落后，由于电解液中沉淀物较多，因此充电时电解液浑浊（呈棕色液体），充电终了现象提早出现，蓄电池输出容量显著减小。
3. 蓄电池严重短路的判断
电解液中杂质过多、活性物质大量脱落而沉积于极板下部、蓄电池盖上洒漏的电解液与尘土形成酸泥后，都会使正、负极短路而引起自放电。当某只单格电池的极板严重短路后，由于其活性物质不参与电化学反应，因此在充电过程中，该单格电池的电解液密度将基本不变，无气泡产生，恰似一潭死水。