第1章-汽車電源系統(tǒng)

汽車電器與電子技術鹽城工學院汽車工程學院授課教師：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）蓄電池的作用起動供電：短時（5-10s）提供起動電流為200－600A,有的柴油機起動電流達1000A。備用供電協(xié)助供電儲存能量（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蓄電池免維護蓄電池。（3）蓄電池的構造（鉛酸蓄電池）*極板*隔板*外殼*電解液即是6個單格電池額定電壓12伏額定容量100A·h起動型干荷蓄電池（4）蓄電池的型號比如：6-QA-100按照原機械工業(yè)部部頒標準JB2599－1993的規(guī)定，鉛蓄電池產品型號分為三段定義：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

蓄電池的化學反應方程式為:A.電勢的建立B.放電過程將蓄電池的化學能轉換成電能的過程稱為放電過程。C、充電過程將電能轉換成蓄電池化學能的過程稱為充電過程，它是放電反應的逆過程。D.蓄電池充放電過程結論

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

蓄電池的靜止電動勢及基本電特性（蓄電池的內阻）蓄電池的充電特性蓄電池的放電特性

A.蓄電池的靜止電動勢、內阻及端電壓a.蓄電池處于靜止狀態(tài)時，正負極板之間的電位差（即開路電壓）稱為靜止電動勢。一般規(guī)定鉛蓄電池的額定開路電壓為2.0V。開路電壓（靜止電動勢）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）實測電解液的密度換算成15℃時的密度為：b.內阻：極板、電解液、隔板、聯(lián)條和極樁c.端電壓

放電時：u=E-IfR0If—放電電流充電時：u=E+IcR0Ic—充電電流B.蓄電池的充電特性充電開始階段:端電壓迅速上升。開始充電時，孔隙內迅速生成硫酸，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?？紫秲壬傻牧蛩嵯蚩紫锻鈹U散，當硫酸生成的速度與擴散速度達到平衡時，端電壓隨整個容器內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|還原反應結束后的充電稱為過充電，充電電流用于電解水，應避免長時間過充電。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內不在增加。電解液相對密度上升到最大值1.27g/cm蓄電池內產生大量氣泡。C.蓄電池的放電特性開始放電階段:端電壓由2.14V迅速下降至2.1V極板孔隙內硫酸迅速消耗，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擴散的硫酸與孔隙內消耗的硫酸達到動態(tài)平衡，孔內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，電化學極化、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（一）三抓1.抓及時、正確充電裝車使用電池定期補充充電，放電程度，冬季不超過25%，夏季不超過50%；帶電液存放的蓄電池定期補充充電。2.抓正確使用操作每次啟動時間不超過5s，啟動間隔時間15s，最多連續(xù)啟動3次；3.抓清潔保養(yǎng)及時清除蓄電池表面的酸液，經常疏通通氣孔五防1.防止過充和充電電流過大2.防止過度放電3.防止電解液液面過低4.防止電解液密度過大5.防止電解液內混入雜質。（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新蓄電池或更換極板后的蓄電池進行的首次充電?；謴托铍姵卦诖娣牌陂g，極板上部分活性物質緩慢放電和硫化而失去的電量。初充電的特點：充電電流小，充電時間長，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）連接蓄電池補充充電蓄電池使用后的充電。需補充充電情況：1）啟動無力時（非機械故障）；2）前照燈燈光暗淡，表示電力不足時；3）電解液密度下降到1.20g/cm3以下時；4）冬季放電超過25%，夏季放電超過50%時；補充充電與初充電的不同點（1）充電前不需要加注電解液；（2）蓄電池補充充電電流的選擇；IC1=C20/10（A）IC2=C20/20（A）（3）充電時間約為13～16h1.2新型蓄電池干荷電蓄電池（極板干燥、2年）膠體電解質鉛蓄電池免維護蓄電池1、干荷電蓄電池（極板干燥、2年）極板完全干燥，長期保存（2年）電量的電池。負極板上加入抗氧化劑，在表面形成保護膜；正極板較穩(wěn)定。儲存過2年的電池應充電5—10h后使用。2、膠體電解質鉛蓄電池電解質采用凈化的硅酸鈉溶液和硫酸水溶液混合后，凝結成膠狀物質。優(yōu)點：不流動、使用時加蒸餾水，安全方便。缺點：內阻大、啟動容量較小，自放電程度較高。3、免維護蓄電池使用中無需加水，可用3.5—4年不必加水有足夠的電力起動汽車自放電少，不需補充充電。1.4智慧型蓄電池電池負載有兩種：起動機，輔助用電（照明、風扇、加熱器、音響、電動窗的起動機）啟動電池的結構特點（P37）:低密度活性物質，正極板低銻合金、負極板鉛鈣錫合金，內阻低，可靠性高，壽命長。輔助電池的結構特點（P37）：長時間、中小強度供電。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.汽車電器設備有幾部分組成？2.汽車電器設備有哪些特點？3.簡述蓄電池結構及其功用。4.什么是蓄電池的容量？其影響因素有哪些？5.簡述電動汽車對蓄電池的要求。6.簡述氫氧燃料電池的工作原理。7.簡述不同充電方法的優(yōu)缺點。8.簡述各種不同充電種類的特點。9.簡述蓄電池有哪些常見故障及相應的排除方法。10.如何正確的使用和維護蓄電池？1.6交流發(fā)電機概述交流發(fā)電機的工作原理交流發(fā)電機的結構交流發(fā)電機的工作特性學習目標

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

汽車用發(fā)電機可分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機，由于交流發(fā)電機在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機，直流發(fā)電機已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發(fā)電機，交流發(fā)電機按照不同的分類方法分為以下幾類：1.按總體結構分五類普通交流發(fā)電機(使用時需要配裝電壓調節(jié)器的發(fā)電機)例JF132（EQ140用）整體式交流發(fā)電機(發(fā)電機和調節(jié)器制成一個整體的發(fā)電機)例別克轎車的發(fā)動機上裝配的是CS型發(fā)電機帶泵交流發(fā)電機(和汽車制動系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一起的發(fā)電機)例JFZB292發(fā)電機。無刷交流發(fā)電機(不需要電刷的發(fā)電機)例JFW1913永磁交流發(fā)電機(磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機)2.按整流器結構分四類六管交流發(fā)電機例JF1522（東風汽車用）八管交流發(fā)電機例JFZ1542（天津夏利汽車用）九管交流發(fā)電機例（日本日立、三凌、馬自達汽車用）十一管交流發(fā)電機例JFZ1913Z（奧迪、桑塔納汽車用）3.按磁場繞組搭鐵形式兩分類內搭鐵型交流發(fā)電機磁場繞組的一端（負極）直接搭鐵（和殼體相聯(lián)）外搭鐵型交流發(fā)電機磁場繞組的一端（負極）接入調節(jié)器，通過調節(jié)器后再搭鐵。三、交流發(fā)電機的型號根據(jù)中華人民共和國汽車行業(yè)標準QC/T73-93《汽車電器設備產品型號編制方法》的規(guī)定，汽車交流發(fā)電機型號組成如下：圖2交流發(fā)電機型號四、交流發(fā)電機的結構交流發(fā)電機一般由轉子、定子、整流器、端蓋四部分組成。JF132型交流發(fā)電機組件圖見圖1、轉子轉子的功用是產生旋轉磁場。轉子由爪極、磁軛、磁場繞組、集電環(huán)、轉子軸組成，見圖。2、定子定子的功用是產生交流電。定子由定子鐵心和定子繞組成。見圖3、整流器交流發(fā)電機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，反向重復峰值電壓270V，反向不重復峰值電壓300V；只有一根引線見圖。并且有的二極管引線是正極，有的二極管引線是負極，引出線為正極的管子叫正極管，引出線為負極的管子叫負極管，所以說整流二極管有正二極管和負二極管之分。汽車用二極管結構二極管安裝示意圖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集電環(huán)引入磁場繞組。五、交流發(fā)電機工作原理交流發(fā)電原理整流原理交流發(fā)電機發(fā)電原理圖1.交流發(fā)電原理1.在發(fā)電機內部有一個由發(fā)動機帶動轉子（旋轉磁場）2.磁場外有一個定子繞組,繞組有3組線圈(3相繞組)，3相繞組彼此相隔120度3.當轉子旋轉時，旋轉的磁場使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發(fā)生變化）而產生電動勢。定子3相繞組感生電動勢的大?。浩渲校篍m-每相電動勢的最大值

ω-電角速度

f-交流電動勢的頻率（為轉速的函數(shù)）

p-磁極對數(shù)

n-發(fā)電機轉速（r/min）Eφ-每相電動勢的有效值

定子每相電動勢的有效值K-繞組系數(shù)(和發(fā)電機定子繞組的繞線方法有關)N-每項匝數(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)電機定子的三相繞組中，感應產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?。二極管具有單項導電性,當給二極管加上正向電壓時,二極管導通,當給二極管加上反向電壓時,二極管截止,二極管的導通原則如下:二極管的導通原則當三只二極管負極端相連時，正極端電位最高者導通；當三只二極管正極端相連時，負極端電位最低者導通。整流過程分析整流時二極管導通條件對于三個正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時，電壓最高一相的正極管導通。對于三個負極管子（D2、D4、D6負極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時，電壓最低一相的負極管導通。但同時導通的管子總是兩個，正、負管子各一個。整流過程三相橋式整流電路中二極管的依次循環(huán)導通,使得負載RL兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動直流電壓。發(fā)電機輸出的直流電壓平均值為：

U=1.35UL=2.34UΦ3．中性點電壓有的發(fā)電機具有中性點接線柱，如圖2-4，是從三相繞組的中性點引出來的，標記為“N”。輸出電壓為UN，稱為中性點電壓圖2-4帶中心抽頭的交流發(fā)電機中性點電壓的瞬時值是一個三次諧波電壓，中性點電壓的平均值為發(fā)電機輸出電壓（平均值）的一半中性點電壓1、2中性點作用帶有中性點接線柱的發(fā)電機可用中性點電壓來控制各種用途的繼電器。有的發(fā)電機沒有中性點接線柱，但是也把中性點電壓充分的利用了（如夏利、桑塔納發(fā)電機），這些發(fā)電機在中性點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)電機功率。九管交流發(fā)電機電源系電路在發(fā)動機起動期間，發(fā)電機電壓(為0)UD+＜蓄電池電壓時，整流二極管截止，發(fā)電機不能對外輸出，由蓄電池供給磁場電流。路徑：蓄電池+→點火開關→充電指示燈→調節(jié)器→磁場繞組→搭鐵→蓄電池-。充電指示燈亮六、交流發(fā)電機的工作特性交流發(fā)電機的工作特點是轉速變化范圍大，對于一般汽油發(fā)動機來說，其轉速變化約為1：8，柴油機約為1：5，因此分析汽車用交流發(fā)電機的特性必須以轉速的變化為基礎。交流發(fā)電機的特性有輸出特性、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)電機端電壓U不變（對12V系列的交流發(fā)電機規(guī)定為14V，對24V為28V。輸出電流與轉速之間的關系，即U=常數(shù)時，I＝f（n）的函數(shù)關系。由特性曲線I=f（n）可以看出（1）空載轉速n1發(fā)電機轉速小于一定值n1時，對外輸出電流為零。當發(fā)電機達到額定電壓并能對外輸出電流時的最小轉速為n1，稱n1為空載轉速?？蛰d轉速常用來作為測試發(fā)電機性能的參數(shù)之一。由特性曲線I=f（n）可以看出（2）最大電流Imax發(fā)電機輸出電流能力隨轉速的升高而增大，但曲線越來越平坦，當轉速達到一定值時，無論轉速增加多少電流都不再增加，即一定結構的發(fā)電機輸出最大電流Imax有一定限制。由此可見，交流發(fā)電機自身具有限制輸出電流防止過載的能力，又稱為自我保護能力。