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将化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池。放电后，能够用充电的方式使内部活性物质再生——把电能储存为化学能；需要放电时再次把化学能转换为电能。将可以充放电的这类电池称为蓄电池，也称二次电池。即是一种储存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。
蓄电池是将化学能直接转换成电能的一种装置，是按可再充电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中的一种，属于二次电池。它的工作原理：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，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的手机电池、汽车蓄电池等。
蓄电池用填满海绵状铅的铅基板栅（又称格子体）作负极，填满二氧化铅的铅基板栅作正极，并用密度为1.26～1.33g/mL的稀硫酸作电解质。电池在放电时，铅是负极，发生氧化反应，生成硫酸铅；二氧化铅是正极，发生还原反应，生成硫酸铅。电池在用直流电充电时，两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后，它又恢复到放电前的状态，组成化学电池。铅酸蓄电池是能反复充电、放电，单体电压是2V，由一个或多个单体构成的电池组，简称蓄电池，最常见的是6V、12V蓄电池，其他还有2V、4V、8V、24V蓄电池。汽车蓄电池（俗称电瓶）是由6个铅酸蓄电池串联成12V的电池组，如图2-12所示。
图2-12 汽车蓄电池
图2-13 蓄电池外观
蓄电池是汽车用电设备的基础电源，是汽车上重要的组成零件。我们将从蓄电池的功能、分类、结构等方面进行介绍。汽车蓄电池是一个电化学装置，其原理是将电能转化为化学能储存在蓄电池中；当有外部电路接通时，则将化学能转化为电能，如图2-13所示。
发动机起动时，向起动机和点火系统供电；发电机不发电或电压较低时，向用电设备供电；当发电机超载时，可以协助发电机向用电设备供电，如图2-14所示。
当发电机的发电电压高于蓄电池的电压时，蓄电池会将一部分电能转化为化学能储存起来，也就是充电，如图2-15所示。
图2-14 供电
图2-15 储电
蓄电池相当于一个较大的电容，具有稳定系统电压的作用。如图2-16所示，当发电机发电电压过高，或者前照灯等用电设备出现过高的感应电压时，蓄电池可以吸收这些电压波动，起到稳压的作用。
注意： 蓄电池的稳压作用有限，过大的电压也会造成电器元件的损坏。
从构造上看，蓄电池由正极板、负极板、电解液、单格电池、通气孔、观察窗等组成。从结构上看，蓄电池由两个或多个串联连接的单格电池组成，这取决于所需要的电压，通常汽车蓄电池由6个单格电池串联组成，一块充足电的蓄电池极柱电压为12.72V，换句话说，就是每个单格电池电压为2.12V，如图2-17所示。
图2-16 稳压
图2-17 起动型铅酸蓄电池
极板是蓄电池的核心部分，由栅架和活性物质组成。栅架由铅锑合金浇铸而成。加锑的目的是为了加强栅架的结构强度。在栅格中填入糊状的活性物质（能参加电化学反应的物质），就构成了正、负极板。
正极板用铅或铅锑合金加涂活性物质制成，极板上的活性填充物由暗红棕色的二氧化铅组成，充电后的正极板含有二氧化铅（PbO 2 ），为红棕色。
负极板用铅或铅锑合金加涂活性物质制成，极板上的填充材料由浅灰色海绵状的纯铅组成，充电后的负极板含有铅（Pb），为灰色，如图2-18所示。
一片正极板和一片负极板浸入电解液中，活性物质与电解液中的硫酸发生化学反应，可得到2V左右的电动势，如图2-19所示。
图2-18 多片正、负极板交替安装
图2-19 正极板和负极板
为增大蓄电池容量，常将多片正、负极板交替安装。正、负极板应尽量靠近但彼此又不能接触而短路，所以在相邻正负极板间加有绝缘隔板，如图2-18所示。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，而且应耐酸和抗碱。蓄电池的底部有支撑极板的支架，可提供沉淀沉积物的空间，防止已消耗的活性物质在蓄电池底部的极板之间产生短路。免维护蓄电池将极板放入袋形的隔板中，就不需要支架而节省了空间，如图2-17所示。
注意： 因为接受同样的电量所占用正极板的活性物质比负极板多一些，所以正极板做得比负极板要厚一些。为了充分利用正极板面积，负极板要比正极板多一片。两组极板插好后，最外面的两片都是负极板。
隔板由绝缘的吸附式玻璃纤维棉（AGM）制成，它围住电池中的每一块正极板，其作用是分开正极板和负极板，并捕捉从正极板分离的微粒以防短路，如图2-20所示。
图2-20 隔板
极板同极板连接片既有功能上的作用，又有结构上的作用。
●在功能上，极板同极板连接片把蓄电池单元中各单独的极板连接在一起，并从各单独极板中收集电流。
●在结构上，铸造的极板同极板连接片置于极板的中间，以帮助减少道路振动和摇动的影响，有助于改善蓄电池的耐用性，如图2-21所示。
极板连接片将所有正极和所有负极分别连接，组成正、负极板组。如此组装起来，便构成了单格蓄电池。
图2-21 极板连接片
蓄电池由6个单格电池串联在一起，最后留出一组正负极作为蓄电池的正负极柱。每个单格电池电压约为2V，这样把6个单格电池串联起来后，就构成了可以给汽车电气系统提供12V电压的汽车蓄电池。
注意： 不管单格蓄电池含有几块正极板和负极板，每个单格蓄电池均只提供2V电压，极板数量越多，蓄电池能提供2V电压的时间就越长。
如图2-22所示，蓄电池的极柱，正负极标有“+”和“-”进行区别。另外，为避免接错连接线，正极柱要比负极柱粗。
图2-22 极柱
蓄电池外壳是用来盛装电解液和极板的容器，用硬质橡胶或合成树脂制成，蓄电池工作时的化学反应就在其内部发生，如图2-23所示。
当电解液中的水分子分裂成氢气和氧气时，蓄电池内部就会产生气泡。如果蓄电池内部的气体不能排出，混合气在高温下容易引起爆炸。所以，在蓄电池外壳两端各配置一个通气孔，以将这些气体排出，如图2-24所示。
图2-23 蓄电池外壳
通常蓄电池内部的电解液是稀释的硫酸（H 2 SO 4 ），这是用浓硫酸和蒸馏水或去离子水混合而成的。对于免维护蓄电池，出厂前要进行活化处理，这样可以消除进入蓄电池的杂质，使蓄电池的电量达到使用要求，如图2-25所示。
活化处理就是把数量精确、密度适当的电解液注入各蓄电池单元，然后把蓄电池充电至最大容量，并检查电解液的液面高度是否正确。这个过程需要很长时间。
如图2-25所示，电解液含有64%的水和36%的硫酸，在27℃时密度为1.27g/mL。由于硫酸的比例不同，电解液密度就不同，一般为1.24～1.30g/mL，如图2-26所示。
图2-24 通气孔
图2-25 电解液混合比例
图2-26 电解液
电解液密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大，则黏度增加，隔板将被硫酸加速腐蚀，极板也易于硫化，反而降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。在冬季或寒冷地区，应该采用密度较高的电解液，在夏季或炎热地区则应采用密度较低的电解液，防止隔板和极板的早期损坏。另外，含杂质会引起自放电和极板溃烂，从而影响蓄电池寿命，所以，电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。
警告： 电解液是腐蚀性很强的酸液，溅到眼睛或皮肤上会引起严重的伤害事故。如果皮肤接触了蓄电池酸液，要立刻用苏打水冲洗（苏打水可以起到中和酸的作用）。如果酸液溅到眼睛里，要立刻用大量凉水或医用清洗器冲洗，然后请医生处置。
液体比重计是用来测量液体密度的仪器。通常，蓄电池在其顶盖安装了内置式的液体比重计。
内置式液体比重计结构如图2-27所示，其通过三种颜色来显示蓄电池的状态。
●绿色。
●淡绿色。
●无色或黄色。
图2-27 内置式液体比重计
当蓄电池充电达到其起动电力的65%时，电解液密度升高，浮力增大，比重计中的绿色小球在增大的浮力作用下浮起，此时从比重计中就会看到一个绿色圆点。这说明蓄电池已充分充电，可进行负载测试或进行正常的使用。
在下列情况中要确认可以看到绿色圆点：
●新车辆交货时。
●安装新的蓄电池时。
●诊断测试时。
当蓄电池充电未达到其起动电力的65%时，就会看到淡绿色圆点，如图2-27所示，实际上浮子未升起来，但是这并不一定说明蓄电池已损坏。因此，给蓄电池充电后需要进行必要的诊断测试。如果蓄电池不能通过这些测试，则需要报废。
比重计呈现无色或黄色是因为液面低而造成浮子无法升起来。
在下列情况中将看到无色或黄色的圆点：
●电解液液面低。
●蓄电池外壳破裂，造成电解液泄漏。
●气泡堵塞了比重计。
●蓄电池倾斜超过45°。
●蓄电池充电过量。
●如果电解液液面低或外壳破裂，则将蓄电池报废。
●如果蓄电池有气泡，则轻轻敲打比重计并再次检查读数。
●如果蓄电池倾斜，将其放在水平表面上并再次检查读数。
●如果蓄电池被过量充电，将其搁置一会儿并再次检查读数。
蓄电池的放电过程和充电过程是一种可逆的化学反应。
当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间就会产生约2.1V的静止电动势。当正、负极板间电路形成后，蓄电池将开始放电产生电流。此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电，蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。
正极板上，二氧化铅（PbO 2 ）结合电解液中的硫酸发生化学反应，生成硫酸铅（PbSO 4 ）和水；负极板上，铅（Pb）和硫酸反应生成硫酸铅（PbSO 4 ），放电使正极板和负极板都变成硫酸铅（PbSO 4 ），由于放电生成水的稀释作用以及硫酸被消耗而减少，造成酸的浓度降低，电解液大部分是水，冬天会有结冰的危险，如图2-28所示。
图2-28 放电过程
充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池正极流入，从负极流出，这一过程称为充电。蓄电池充电过程是电能转换为化学能的过程。
当充电后，硫酸会离开正、负极板，返回电解液，正极板上还原成PbO 2 ，负极板上是海绵状的纯铅，硫酸增加，水减少，电解液相对密度可恢复到放电前比较理想的状态，如图2-29所示。
根据加工工艺的不同，汽车用蓄电池分类如下。
图2-29 充电过程
干荷电式铅酸蓄电池极板组在干燥状态下能够长期保存在制造过程中所得到的电荷，在规定的保存期（两年）内如需使用，只要灌入符合规定相对密度的电解液，搁置30min，调整液面高度至规范值，不需要充电，即可使用。因此，它使用方便，是应急的理想电源，如图2-30所示。
在存放期，极板呈湿润状态而保持其荷电性的蓄电池称之为湿荷电蓄电池。湿荷电蓄电池存放保持荷电的时间要短一些。使用前对其进行补充充电，即可达到额定容量。湿荷电蓄电池适宜于无需长期存放的场合，如图2-31所示。
免维护蓄电池也是铅酸蓄电池。现在越来越多的汽车使用这种蓄电池，由于它在结构、材质以及加工工艺等方面的改进，克服了普通蓄电池的缺点而得到了迅速发展和广泛应用。
免维护蓄电池的表面无加液孔，可以防止水分散失和灰尘落入；它在出厂时储备了足够量的电解液，在整个使用时间内不需加蒸馏水，因此无须维护；它设有安全通气孔防止蓄电池内部压力过高，同时阻止酸气排放，减少对极桩和机体的腐蚀作用；自放电少，内阻小，起动性能好，寿命长，是普通蓄电池的2～4倍，如图2-32所示。
图2-30 干荷电式铅酸蓄电池
图2-31 湿荷电蓄电池
图2-32 免维护蓄电池
这种铅钙蓄电池与传统蓄电池的区别在于，使用钙替代锑作为合金添加物。由于电解液储量增大，因此无需再像往常那样检查电解液储量和添加软化水，如图2-33所示。
铅钙蓄电池不得过度放电（电量过低），因为即使过度放电几次也会损坏蓄电池，此后蓄电池将无法吸收充电电流。这种现象也称为“无锑效应”。
图2-33 铅钙蓄电池
使用充电蓄电池时，充电后液体比重计（电眼）的颜色可能保持黑色，即使蓄电池的开路电压至少为12.7V。这是由于蓄电池内形成了酸液层。这样的蓄电池充电充足且功能正常。只需将蓄电池慢慢翻转一次即可消除酸液层。
由于现代车载网络的能量消耗越来越大，因此对蓄电池容量的要求也越来越高。AGM蓄电池是所谓的阀门调节式铅酸（VRLA）蓄电池，即吸收式玻璃纤维网垫（AGM）蓄电池，如图2-34所示。
图2-34 AGM蓄电池
AGM蓄电池与传统蓄电池的不同之处在于其充电时的环保性和物质稳定性。车辆蓄电池充电时通过电解释放出氧气和氢气两种气体。
说明： 使用传统湿式铅钙蓄电池时，会将氧气和氢气这两种气体释放到大气中去。
使用AGM蓄电池时，这两种气体会重新转化为水。充电时正极处产生的氧气通过渗透性玻璃纤维网到达负极处，并在此与电解液中的氢离子发生反应而形成水。因此不会释放出任何气体。电解液也不会流失。
AGM蓄电池充电时不得进行快速充电。通过蓄电池跨接起动接线柱为蓄电池充电时，最大充电电压不得超过14.8V。即使充电电压短时间内超过14.8V，也会对AGM蓄电池造成前期损坏。
蓄电池的容量C是指在规定的放电条件下（一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下），完全充足电的蓄电池所能够输出的电量。它是标注蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池质量优劣以及选用蓄电池的重要指标。
蓄电池的容量根据其使用条件不同可以进行如下划分：
假定活性物质全部参加放电反应，由活性物质质量按法拉第电化当量定律计算所得容量。
实际容量是指蓄电池实际放出的电量。恒流放电时， C = I f t f 。实际容量总小于理论容量。
额定容量是指完全充足电的蓄电池在电解液温度为25℃±2℃条件下，以20h放电率的放电电流连续放电至蓄电池（12V）的端电压降到10.5V±0.05V时输出的电量。额定容量是检验蓄电池质量的重要指标，在蓄电池型号中体现。如6—QA—105即表示额定容量为105A·h。
完全充足电的蓄电池在电解液温度为25℃±2℃条件下，以25A电流连续放电至蓄电池（12V）电压降到10.5V±0.05V时，放电所持续的时间，计量单位为min。储备容量表达了在汽车电源系统出现故障时，蓄电池尚能向外电路提供25A电流的能力。
起动容量表示蓄电池在发动机起动时的供电能力，分为低温起动容量和常温起动容量：低温起动容量是指电解液在-18℃时，以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1V所放出的电量，持续时间应在2.5min以上；常温起动容量是指电解液在30℃时，以3倍额定容量的电流持续放电至单格电压下降至1.5V所放出的电量。持续时间应在5min以上。
蓄电池的容量不是一个定值，它与多种因素有关，具体体现在产品的结构因素和使用条件两方面。
极板上活性物质的数量、极板厚度、极板面积、极板中心距、活性物质的孔率等对容量均有一定的影响。
理论上说，一般活性物质的数量越多，容量越大。但是，实际上活性物质的利用率只有60%左右，一旦活性物质的数量确定后，则可通过增大极板面积来提高其利用率，从而增大容量。国产蓄电池极板面积已基本统一，每对极板面的容量为7.5A·h，故通过极板数量 n 计算极板的容量 C 20 =7.5（ n -1）。
极板越薄，活性物质的利用率就越高，容量就越高，反之亦然；极板面积越大，同时参与化学反应的活性物质就越多，容量就越大；极板中心距越小，蓄电池内阻越小，容量越大；一般来说，活性物质的孔率越大，电解液扩散渗透更容易，容量越大，但孔率的过分增大会导致活性物质的减少，从而导致容量减少。
蓄电池的放电电流、电解液温度、电解液密度等使用因素对容量的影响如下：
随着放电电流 I f 的增大，蓄电池的电化学极化、浓差极化、内阻极化变强，使蓄电池的端电压下降变快，而使放电时间缩短。随着 I f 的增大，单位时间内生成硫酸铅增多，从而导致孔隙堵塞，使活性物质利用率低，从而导致 C 降低；此外随着 I f 的增大，单位时间消耗硫酸量增多，使电解液密度下降快，容量 C 减小。故在起动发动机的时候，应该要保证每次起动发动机的时间不得超过5s，再次起动时间间隔15s以上。
当蓄电池温度降低时，电解液的黏度随之增大，从而导致离子渗入极板困难，使活性物质利用率低而导致蓄电池容量 C 降低；与此同时，随着电解液黏度的增大，蓄电池内阻增大，从而导致内压降增高，端电压值减少，使 C 进一步减小。所以，冬季的时候要对蓄电池保暖，以保证其有足够的容量。
随着电解液密度 ρ 的增大，蓄电池的电动势 E 增大，电解液渗透能力增强，使参加反应的活性物质量增多，而使蓄电池的容量 C 增大。但是，当密度 ρ 过高时，会使电解液黏度增大，使其内阻增大，而加剧极板硫化，导致蓄电池容量降低。实践证明，电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量。所以，冬季使用的电解液，在不使其结冰的前提下，应尽可能采用稍低的电解液密度。此外，应考虑车辆在用地区的温度，因为温度的高低会影响电解液的密度。
充电是蓄电池使用过程中延长使用寿命的一个重要环节，放电后的蓄电池必须通过充电才能重新投入使用。新蓄电池和修复后的蓄电池在首次使用前必须进行初充电；在蓄电池的正常使用过程中，为了延长蓄电池的使用寿命，还要进行一些必要的补充充电、均衡充电等。
蓄电池必须根据不同的情况选择恰当的充电方法，并且正确地使用充电设备，以提高工作效率，并延长充电设备和蓄电池的使用寿命。通常蓄电池的充电方法有以下3种：
恒流充电是指在充电过程中，充电电流保持不变（通过调整电压，保证电流不变）的充电方法。它广泛用于初充电、补充充电和去硫化充电等。恒流充电的适应性强，可任意选择和调整充电电流的大小，有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命，其缺点是充电时间长，要经常调节充电电流。
恒压充电是指在充电过程中，充电电压保持恒定不变的充电方法。它是蓄电池在汽车上由发电机对其充电的方法。在恒压充电初期，充电电流较大，充电4～5h后即可达到额定容量的90%～95%，因而充电时间较短，充电电流IC会随着电动势E的上升而逐渐减小到零，使充电自动停止，不必人工调整和照管。但是，在充电过程中，充电电流大小不能调整，所以不能保证蓄电池彻底充足电，也不能用于初充电和去硫化充电。
脉冲快速充电必须用脉冲快速充电机进行。脉冲快速充电的过程是：先用80%～100%额定容量的大电流进行恒流充电，使蓄电池在短时间内充至额定容量的50%～60%，当单格电池电压升至2.4V，开始冒气泡时，由充电机的控制电路自动控制，开始脉冲快速充电，首先停止充电25ms（称为前停充），然后再放电或反向充电，使蓄电池反向通过一个较大的脉冲电流（脉冲深度一般为充电电流的1.5～3倍，脉冲宽度为150～1000μs），然后再停止充电40ms（称为后停充），而后按着正脉冲充电→前停充→负脉冲瞬间放电→后停充→正脉冲充电……循环进行，直至充足电为止。
脉冲快速充电的优点是充电时间可大大缩短（新蓄电池充电仅需5h，充电需1h）。但对蓄电池的使用寿命有一定的影响，并且脉冲快速充电机结构复杂，价格昂贵，故适用于电池集中、充电频繁、要求应急的场合。
额定电压：一个电解槽的额定电压为2V。起动蓄电池的额定电压为12V。
空载电压：空载电压是在无负载蓄电池上测得的电压。该电压约为12.6V。
充电电压：如果充电时一个电解槽的电压达到2.4V，就会开始产生气体。此电解液槽已充电80%。
充电结束电压：充电结束电压是在满负荷充电结束时的电压。此电压为2.75V，电解液密度为1.28g/cm³。
放电结束电压：放电结束电压是已放完电的蓄电池电压。该电压为1.75V，电解液密度为1.12g/cm³。