第1章-汽車電源系統(tǒng)

汽車電器與電子技術(shù)鹽城工學(xué)院汽車工程學(xué)院授課教師：熊新聯(lián)系方式/p>

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第1章汽車電源系統(tǒng)1.1蓄電池（1）蓄電池的作用起動(dòng)供電：短時(shí)（5-10s）提供起動(dòng)電流為200－600A,有的柴油機(jī)起動(dòng)電流達(dá)1000A。備用供電協(xié)助供電儲(chǔ)存能量（充電）。（2）蓄電池的分類車用蓄電池可分為以下4種：濕荷電蓄電池干荷電蓄電池少維護(hù)蓄電池免維護(hù)蓄電池。（3）蓄電池的構(gòu)造（鉛酸蓄電池）*極板*隔板*外殼*電解液即是6個(gè)單格電池額定電壓12伏額定容量100A·h起動(dòng)型干荷蓄電池（4）蓄電池的型號(hào)比如：6-QA-100按照原機(jī)械工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)JB2599－1993的規(guī)定，鉛蓄電池產(chǎn)品型號(hào)分為三段定義：一定放電條件下，輸出的電量C=Iftf（5）蓄電池的容量*20h率額定容量：25℃，20h率放電——電量C2012V——10.5±0.05V6V——5.25±0.02V*儲(chǔ)備容量：25℃±2℃，25A電流放電——Cr·n12V——10.5±0.05V6V——5.25±0.02V（6）蓄電池的工作原理

蓄電池的化學(xué)反應(yīng)方程式為:A.電勢(shì)的建立B.放電過(guò)程將蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程稱為放電過(guò)程。C、充電過(guò)程將電能轉(zhuǎn)換成蓄電池化學(xué)能的過(guò)程稱為充電過(guò)程，它是放電反應(yīng)的逆過(guò)程。D.蓄電池充放電過(guò)程結(jié)論

蓄電池在放電時(shí)，電解液中的硫酸將逐漸減少，而水將逐漸增多，電解液相對(duì)密度下降。蓄電池在充電時(shí)，電解液中的硫酸將逐漸增多，而水將逐漸減少，電解液相對(duì)密度增加。在充放電時(shí)，電解液濃度發(fā)生變化，主要是由于正極板的活性物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，因此要求正極極處的電解液流動(dòng)性要好。在裝配蓄電池時(shí)，應(yīng)將隔板有溝槽的一面對(duì)著正極板，以便電解液流通。(7)蓄電池的工作特性

蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)及基本電特性（蓄電池的內(nèi)阻）蓄電池的充電特性蓄電池的放電特性

A.蓄電池的靜止電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻及端電壓a.蓄電池處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，正負(fù)極板之間的電位差（即開(kāi)路電壓）稱為靜止電動(dòng)勢(shì)。一般規(guī)定鉛蓄電池的額定開(kāi)路電壓為2.0V。開(kāi)路電壓（靜止電動(dòng)勢(shì)）公式汽車用蓄電池的電解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之間，因此E0=1.97～2.15（V）實(shí)測(cè)電解液的密度換算成15℃時(shí)的密度為：b.內(nèi)阻：極板、電解液、隔板、聯(lián)條和極樁c.端電壓

放電時(shí)：u=E-IfR0If—放電電流充電時(shí)：u=E+IcR0Ic—充電電流B.蓄電池的充電特性充電開(kāi)始階段:端電壓迅速上升。開(kāi)始充電時(shí)，孔隙內(nèi)迅速生成硫酸，濃差極化增大，端電壓迅速上升。穩(wěn)定上升階段:端電壓緩慢上升至2.4V左右?？紫秲?nèi)生成的硫酸向孔隙外擴(kuò)散，當(dāng)硫酸生成的速度與擴(kuò)散速度達(dá)到平衡時(shí)，端電壓隨整個(gè)容器內(nèi)電解液密度變化而緩慢上升。充電末期電壓迅速上升到2.7V左右，且穩(wěn)定不變，電解液呈沸騰狀態(tài)?；钚晕镔|(zhì)還原反應(yīng)結(jié)束后的充電稱為過(guò)充電，充電電流用于電解水，應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間過(guò)充電。蓄電池的充滿電的特征端電壓上升到最大值2.7V，并在2h~3h內(nèi)不在增加。電解液相對(duì)密度上升到最大值1.27g/cm蓄電池內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡。C.蓄電池的放電特性開(kāi)始放電階段:端電壓由2.14V迅速下降至2.1V極板孔隙內(nèi)硫酸迅速消耗，電解液密度迅速下降，濃差極化增大，端電壓迅速下降。相對(duì)穩(wěn)定階段:端電壓由緩慢下降至1.85V,極板孔隙外向孔隙內(nèi)擴(kuò)散的硫酸與孔隙內(nèi)消耗的硫酸達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，孔內(nèi)外電解液密度一起緩慢下降，所以端電壓緩慢下降。C.蓄電池的放電特性（3）迅速下降階段端電壓由1.85V迅速下降至1.75V。放電接近終了時(shí)，電化學(xué)極化、濃差極化、歐姆極化顯著增大，端電壓迅速下降蓄電池的放電終了的特征電解液相對(duì)密度降低到最小許可值。單體電池的端電壓降至放電終止電壓。（8）蓄電池的使用與維護(hù)（一）三抓1.抓及時(shí)、正確充電裝車使用電池定期補(bǔ)充充電，放電程度，冬季不超過(guò)25%，夏季不超過(guò)50%；帶電液存放的蓄電池定期補(bǔ)充充電。2.抓正確使用操作每次啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)5s，啟動(dòng)間隔時(shí)間15s，最多連續(xù)啟動(dòng)3次；3.抓清潔保養(yǎng)及時(shí)清除蓄電池表面的酸液，經(jīng)常疏通通氣孔五防1.防止過(guò)充和充電電流過(guò)大2.防止過(guò)度放電3.防止電解液液面過(guò)低4.防止電解液密度過(guò)大5.防止電解液內(nèi)混入雜質(zhì)。（9）蓄電池的充電充電方法1．恒流充電2．恒壓充電充電的種類初充電對(duì)新蓄電池或更換極板后的蓄電池進(jìn)行的首次充電?；謴?fù)蓄電池在存放期間，極板上部分活性物質(zhì)緩慢放電和硫化而失去的電量。初充電的特點(diǎn)：充電電流小，充電時(shí)間長(zhǎng)，必須徹底充足。初充電的程序1）加注電解液密度符合廠家規(guī)定，液面高度符合要求。2）選擇充電電流恒流法IC1=C20/15IC2=C20/303）連接蓄電池補(bǔ)充充電蓄電池使用后的充電。需補(bǔ)充充電情況：1）啟動(dòng)無(wú)力時(shí)（非機(jī)械故障）；2）前照燈燈光暗淡，表示電力不足時(shí)；3）電解液密度下降到1.20g/cm3以下時(shí)；4）冬季放電超過(guò)25%，夏季放電超過(guò)50%時(shí)；補(bǔ)充充電與初充電的不同點(diǎn)（1）充電前不需要加注電解液；（2）蓄電池補(bǔ)充充電電流的選擇；IC1=C20/10（A）IC2=C20/20（A）（3）充電時(shí)間約為13～16h1.2新型蓄電池干荷電蓄電池（極板干燥、2年）膠體電解質(zhì)鉛蓄電池免維護(hù)蓄電池1、干荷電蓄電池（極板干燥、2年）極板完全干燥，長(zhǎng)期保存（2年）電量的電池。負(fù)極板上加入抗氧化劑，在表面形成保護(hù)膜；正極板較穩(wěn)定。儲(chǔ)存過(guò)2年的電池應(yīng)充電5—10h后使用。2、膠體電解質(zhì)鉛蓄電池電解質(zhì)采用凈化的硅酸鈉溶液和硫酸水溶液混合后，凝結(jié)成膠狀物質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：不流動(dòng)、使用時(shí)加蒸餾水，安全方便。缺點(diǎn)：內(nèi)阻大、啟動(dòng)容量較小，自放電程度較高。3、免維護(hù)蓄電池使用中無(wú)需加水，可用3.5—4年不必加水有足夠的電力起動(dòng)汽車自放電少，不需補(bǔ)充充電。1.4智慧型蓄電池電池負(fù)載有兩種：起動(dòng)機(jī)，輔助用電（照明、風(fēng)扇、加熱器、音響、電動(dòng)窗的起動(dòng)機(jī)）啟動(dòng)電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（P37）:低密度活性物質(zhì)，正極板低銻合金、負(fù)極板鉛鈣錫合金，內(nèi)阻低，可靠性高，壽命長(zhǎng)。輔助電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（P37）：長(zhǎng)時(shí)間、中小強(qiáng)度供電。雙電池能量管理1.442V電氣系統(tǒng)雙電壓14/42V電氣系統(tǒng)單一的42V電氣系統(tǒng)1.5電動(dòng)汽車用電池1、鈉硫電池2、燃料電池3、鋅-空氣電池作業(yè)1.汽車電器設(shè)備有幾部分組成？2.汽車電器設(shè)備有哪些特點(diǎn)？3.簡(jiǎn)述蓄電池結(jié)構(gòu)及其功用。4.什么是蓄電池的容量？其影響因素有哪些？5.簡(jiǎn)述電動(dòng)汽車對(duì)蓄電池的要求。6.簡(jiǎn)述氫氧燃料電池的工作原理。7.簡(jiǎn)述不同充電方法的優(yōu)缺點(diǎn)。8.簡(jiǎn)述各種不同充電種類的特點(diǎn)。9.簡(jiǎn)述蓄電池有哪些常見(jiàn)故障及相應(yīng)的排除方法。10.如何正確的使用和維護(hù)蓄電池？1.6交流發(fā)電機(jī)概述交流發(fā)電機(jī)的工作原理交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流發(fā)電機(jī)的工作特性學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解交流發(fā)電機(jī)的功用、分類；掌握發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及檢測(cè)維修方法；掌握汽車充電系的組成、電路及檢測(cè)維修方法；一、發(fā)電機(jī)的功用圖1.發(fā)電機(jī)功用圖二、發(fā)電機(jī)的分類

汽車用發(fā)電機(jī)可分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，由于交流發(fā)電機(jī)在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)按照不同的分類方法分為以下幾類：1.按總體結(jié)構(gòu)分五類普通交流發(fā)電機(jī)(使用時(shí)需要配裝電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī))例JF132（EQ140用）整體式交流發(fā)電機(jī)(發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器制成一個(gè)整體的發(fā)電機(jī))例別克轎車的發(fā)動(dòng)機(jī)上裝配的是CS型發(fā)電機(jī)帶泵交流發(fā)電機(jī)(和汽車制動(dòng)系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一起的發(fā)電機(jī))例JFZB292發(fā)電機(jī)。無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)(不需要電刷的發(fā)電機(jī))例JFW1913永磁交流發(fā)電機(jī)(磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機(jī))2.按整流器結(jié)構(gòu)分四類六管交流發(fā)電機(jī)例JF1522（東風(fēng)汽車用）八管交流發(fā)電機(jī)例JFZ1542（天津夏利汽車用）九管交流發(fā)電機(jī)例（日本日立、三凌、馬自達(dá)汽車用）十一管交流發(fā)電機(jī)例JFZ1913Z（奧迪、桑塔納汽車用）3.按磁場(chǎng)繞組搭鐵形式兩分類內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組的一端（負(fù)極）直接搭鐵（和殼體相聯(lián)）外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組的一端（負(fù)極）接入調(diào)節(jié)器，通過(guò)調(diào)節(jié)器后再搭鐵。三、交流發(fā)電機(jī)的型號(hào)根據(jù)中華人民共和國(guó)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T73-93《汽車電器設(shè)備產(chǎn)品型號(hào)編制方法》的規(guī)定，汽車交流發(fā)電機(jī)型號(hào)組成如下：圖2交流發(fā)電機(jī)型號(hào)四、交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流發(fā)電機(jī)一般由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、端蓋四部分組成。JF132型交流發(fā)電機(jī)組件圖見(jiàn)圖1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的功用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由爪極、磁軛、磁場(chǎng)繞組、集電環(huán)、轉(zhuǎn)子軸組成，見(jiàn)圖。2、定子定子的功用是產(chǎn)生交流電。定子由定子鐵心和定子繞組成。見(jiàn)圖3、整流器交流發(fā)電機(jī)整流器的作用是將定子繞組的三相交流電變?yōu)橹绷麟?管交流發(fā)電機(jī)的整流器是由6只硅整流二極管組成三相全波橋式整流電路6只整流管分別壓裝（或焊裝）在兩塊板上。整流器電路汽車用硅整流二極管特點(diǎn)工作電流大，正向平均電流50A，浪涌電流600A；反向電壓高，反向重復(fù)峰值電壓270V，反向不重復(fù)峰值電壓300V；只有一根引線見(jiàn)圖。并且有的二極管引線是正極，有的二極管引線是負(fù)極，引出線為正極的管子叫正極管，引出線為負(fù)極的管子叫負(fù)極管，所以說(shuō)整流二極管有正二極管和負(fù)二極管之分。汽車用二極管結(jié)構(gòu)二極管安裝示意圖4、端蓋端蓋一般分兩部分（前端蓋和后端蓋），起固定轉(zhuǎn)子、定子、整流器和電刷組件的作用。端蓋一般用鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。后端蓋上裝有電刷組件，有電刷、電刷架和電刷彈簧組成。電刷的作用是將電源通過(guò)集電環(huán)引入磁場(chǎng)繞組。五、交流發(fā)電機(jī)工作原理交流發(fā)電原理整流原理交流發(fā)電機(jī)發(fā)電原理圖1.交流發(fā)電原理1.在發(fā)電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）2.磁場(chǎng)外有一個(gè)定子繞組,繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度3.當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說(shuō)使電樞繞組中通過(guò)的磁通量發(fā)生變化）而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。定子3相繞組感生電動(dòng)勢(shì)的大小：其中：Em-每相電動(dòng)勢(shì)的最大值

ω-電角速度

f-交流電動(dòng)勢(shì)的頻率（為轉(zhuǎn)速的函數(shù)）

p-磁極對(duì)數(shù)

n-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）Eφ-每相電動(dòng)勢(shì)的有效值

定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值K-繞組系數(shù)(和發(fā)電機(jī)定子繞組的繞線方法有關(guān))N-每項(xiàng)匝數(shù)（匝）φm-每極磁通（Wb）定子三相繞組的接法定子三相繞組的接法有兩種星形接法三角形接法2.整流原理交流發(fā)電機(jī)定子的三相繞組中，感應(yīng)產(chǎn)生的是交流電是靠六只二極管組成的三相橋式整流電路變?yōu)橹绷麟姷摹６O管具有單項(xiàng)導(dǎo)電性,當(dāng)給二極管加上正向電壓時(shí),二極管導(dǎo)通,當(dāng)給二極管加上反向電壓時(shí),二極管截止,二極管的導(dǎo)通原則如下:二極管的導(dǎo)通原則當(dāng)三只二極管負(fù)極端相連時(shí)，正極端電位最高者導(dǎo)通；當(dāng)三只二極管正極端相連時(shí)，負(fù)極端電位最低者導(dǎo)通。整流過(guò)程分析整流時(shí)二極管導(dǎo)通條件對(duì)于三個(gè)正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最高一相的正極管導(dǎo)通。對(duì)于三個(gè)負(fù)極管子（D2、D4、D6負(fù)極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最低一相的負(fù)極管導(dǎo)通。但同時(shí)導(dǎo)通的管子總是兩個(gè)，正、負(fù)管子各一個(gè)。整流過(guò)程三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導(dǎo)通,使得負(fù)載RL兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓。發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓平均值為：

U=1.35UL=2.34UΦ3．中性點(diǎn)電壓有的發(fā)電機(jī)具有中性點(diǎn)接線柱，如圖2-4，是從三相繞組的中性點(diǎn)引出來(lái)的，標(biāo)記為“N”。輸出電壓為UN，稱為中性點(diǎn)電壓圖2-4帶中心抽頭的交流發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓的瞬時(shí)值是一個(gè)三次諧波電壓，中性點(diǎn)電壓的平均值為發(fā)電機(jī)輸出電壓（平均值）的一半中性點(diǎn)電壓1、2中性點(diǎn)作用帶有中性點(diǎn)接線柱的發(fā)電機(jī)可用中性點(diǎn)電壓來(lái)控制各種用途的繼電器。有的發(fā)電機(jī)沒(méi)有中性點(diǎn)接線柱，但是也把中性點(diǎn)電壓充分的利用了（如夏利、桑塔納發(fā)電機(jī)），這些發(fā)電機(jī)在中性點(diǎn)處接上兩只整流二極管，和三相繞組的六只整流二極管一道輸出，可提高發(fā)電機(jī)功率。九管交流發(fā)電機(jī)電源系電路在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)期間，發(fā)電機(jī)電壓(為0)UD+＜蓄電池電壓時(shí)，整流二極管截止，發(fā)電機(jī)不能對(duì)外輸出，由蓄電池供給磁場(chǎng)電流。路徑：蓄電池+→點(diǎn)火開(kāi)關(guān)→充電指示燈→調(diào)節(jié)器→磁場(chǎng)繞組→搭鐵→蓄電池-。充電指示燈亮六、交流發(fā)電機(jī)的工作特性交流發(fā)電機(jī)的工作特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速變化范圍大，對(duì)于一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，其轉(zhuǎn)速變化約為1：8，柴油機(jī)約為1：5，因此分析汽車用交流發(fā)電機(jī)的特性必須以轉(zhuǎn)速的變化為基礎(chǔ)。交流發(fā)電機(jī)的特性有輸出特性、空載特性和外特性，其中以輸出特性最為重要。1、輸出特性輸出特性是指在發(fā)電機(jī)端電壓U不變（對(duì)12V系列的交流發(fā)電機(jī)規(guī)定為14V，對(duì)24V為28V。輸出電流與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，即U=常數(shù)時(shí)，I＝f（n）的函數(shù)關(guān)系。由特性曲線I=f（n）可以看出（1）空載轉(zhuǎn)速n1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于一定值n1時(shí)，對(duì)外輸出電流為零。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到額定電壓并能對(duì)外輸出電流時(shí)的最小轉(zhuǎn)速為n1，稱n1為空載轉(zhuǎn)速?？蛰d轉(zhuǎn)速常用來(lái)作為測(cè)試發(fā)電機(jī)性能的參數(shù)之一。由特性曲線I=f（n）可以看出（2）最大電流Imax發(fā)電機(jī)輸出電流能力隨轉(zhuǎn)速的升高而增大，但曲線越來(lái)越平坦，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，無(wú)論轉(zhuǎn)速增加多少電流都不再增加，即一定結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)輸出最大電流Imax有一定限制。由此可見(jiàn)，交流發(fā)電機(jī)自身具有限制輸出電流防止過(guò)載的能力，又稱為自我保護(hù)能力。