《新能源汽車電氣設(shè)備》課件-3.充電系統(tǒng)

交流發(fā)電機的作用、型號和分類《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——交流發(fā)電機發(fā)電機在發(fā)動機上的安裝位置

交流發(fā)電機是汽車的主要電源，通常安裝在發(fā)動機左側(cè)偏下的位置，如圖所示。發(fā)電機由曲軸通過皮帶驅(qū)動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，從而發(fā)電。

交流發(fā)電機主要任務(wù)是在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時向所有的用電設(shè)備（起動機除外）供電，同時向蓄電池充電。

交流發(fā)電機必須配裝電壓調(diào)節(jié)器一起工作，以保證在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，發(fā)電機的輸出電壓保持恒定，以滿足汽車電器的需求。發(fā)電機JF產(chǎn)品代號：JF—表示普通交流發(fā)電機JFZ—表示整體式交流發(fā)電機JFB—表示帶泵交流發(fā)電機JFW—表示無刷交流發(fā)電機

JFY—表示永磁交流發(fā)電機電壓等級代號：1—表示12V系統(tǒng)2—表示24V系統(tǒng)6—表示6V系統(tǒng)QC/T73-1993《汽車電氣設(shè)備產(chǎn)品型號編制方法》中規(guī)定，發(fā)電機的型號為：產(chǎn)品代號電壓等級代號電流等級代號123456789發(fā)電機額定電流(A)~1920~2930~3940~4950~5960~6970~7980~89≥90變形代號：從驅(qū)動端看調(diào)整臂的位置，Z—左側(cè)Y—右側(cè)

無字母—在中間例：JFZ1913Z表示額定電壓12V，額定電流≥90A，左調(diào)整臂的整體式交流發(fā)電機。電流等級代號：QC/T73-1993《汽車電氣設(shè)備產(chǎn)品型號編制方法》中規(guī)定，發(fā)電機的型號為：JF產(chǎn)品代號電壓等級代號電流等級代號設(shè)計序號變形代號(1)按總體結(jié)構(gòu)分普通交流發(fā)電機

如：JF132整體式交流發(fā)電機

如：JFZ2743帶泵交流發(fā)電機

如：JFB168D無刷交流發(fā)電機

如：JFW152永磁交流發(fā)電機

如：JFY161ZJFW152JFB168DJF132JFZ2743（3）按整流器結(jié)構(gòu)劃分六管交流發(fā)電機

八管交流發(fā)電機

九管交流發(fā)電機

十一管交流發(fā)電機

（2）按磁場繞組搭鐵形式劃分內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機外搭鐵型交流發(fā)電機（4）按冷卻方式劃分風冷式交流發(fā)電機水冷式交流發(fā)電機風冷式交流發(fā)電機水冷式交流發(fā)電機（寶馬）交流發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——交流發(fā)電機目前汽車上裝備的交流發(fā)電機，結(jié)構(gòu)基本相同。主要由轉(zhuǎn)子、定子、整流器、電刷組件、電壓調(diào)節(jié)器、端蓋、風扇和帶輪等組成。交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子主要由兩塊爪極、磁軛及磁場繞組、滑環(huán)及軸等組成。兩塊爪極被壓裝在轉(zhuǎn)軸上且內(nèi)腔裝有繞有磁場繞組的磁軛，磁場繞組兩端的引線分別焊在與軸絕緣的兩個滑環(huán)上，兩個電刷通過彈簧力使其與滑環(huán)保持接觸。發(fā)電機轉(zhuǎn)子組成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的作用是用來建立旋轉(zhuǎn)的磁場。當發(fā)電機工作時，兩電刷與直流電源連通，向磁場繞組提供定向電流并產(chǎn)生磁通，使兩塊爪極分別被磁化為N極和S極，從而形成犬牙交錯的磁極對。由于爪極凸緣的外形極像鳥嘴，故當發(fā)電機工作時，可在定子鐵芯內(nèi)部形成近似正弦變化的交變磁場。勵磁電路原理圖用電刷、滑環(huán)導入激磁電流轉(zhuǎn)子磁場的磁力線分布轉(zhuǎn)子定子由定子鐵芯和三相定子繞組組成，用來產(chǎn)生交流電。定子鐵芯一般由一組相互絕緣且內(nèi)圓帶槽的環(huán)狀硅鋼片疊成，鐵芯槽內(nèi)嵌有三相對稱、且彼此間隔120°電角度的繞組。工作時，在三相繞組中將產(chǎn)生同幅、同頻、且相位相差120°的對稱的正弦交流電壓。

定子鐵芯定子三相交流電波形定子定子繞組連接方式三相繞組的連接方法可分星形接法及三角形接法，如圖所示。定子作用：將定子內(nèi)產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)變成直流電對外輸出。組成：由2塊相互絕緣的鋁合金散熱板和壓裝（或焊裝）在散熱板上的6~11只整流二極管構(gòu)成。整流器整流二極管的連接方式：正二極管負二極管B+EF1F2中性點二極管N磁場二極管D+整流器作用：將電源通過滑環(huán)引入磁場繞組給磁場繞組供電。組成：電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成。

類型：目前國產(chǎn)交流發(fā)電機的電刷架有外裝式和內(nèi)裝式兩種結(jié)構(gòu)。電刷與彈簧外裝式電刷組件內(nèi)裝式電刷組件電刷組件發(fā)電機的搭鐵類型：電刷組件電刷與滑環(huán)工作時會由于相對運動產(chǎn)生磨損，為解決這個問題，產(chǎn)生了無刷交流發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)如圖所示。無刷交流發(fā)電機在轉(zhuǎn)子軸上壓裝有磁軛及一塊爪極，另一塊爪極中間加工成一個較大的圓孔，兩塊爪極由非導磁材料焊接在一起，磁軛托架固定在一側(cè)端蓋上，磁軛托架上繞有磁場繞組之后深入爪極的空腔中。爪極式無刷交流發(fā)電機無刷交流發(fā)電機與普通發(fā)電機相比，無刷交流發(fā)電機磁路中增加了2個氣隙，因此相同發(fā)電機輸出功率的條件下需增大勵磁電流。當給磁場繞組通電時，爪極被磁化，形成旋轉(zhuǎn)的磁場，其磁路如圖所示。爪極式無刷交流發(fā)電機的磁路無刷交流發(fā)電機當發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時，電壓調(diào)節(jié)器通過控制發(fā)電機的激磁電流來調(diào)節(jié)磁場的強弱，從而使發(fā)電機的輸出電壓U保持恒定不變，以滿足用電設(shè)備的需要。集成電路式電壓調(diào)節(jié)器晶體管式電壓調(diào)節(jié)器電壓調(diào)節(jié)器端蓋前、后端蓋起著支撐轉(zhuǎn)子、定子、整流器和電刷組件的作用，一般由鋁合金鑄造，即可防止漏磁，又有良好的散熱性。發(fā)電機的前端裝有皮帶輪，其后面裝有葉片式風扇，前后端蓋上分別有出風口和進風口。當發(fā)動機的曲軸驅(qū)動皮帶輪旋轉(zhuǎn)時，可使空氣高速流經(jīng)發(fā)電機內(nèi)部進行冷卻。皮帶輪發(fā)電機風扇風扇和帶輪（b）雙向軸向進風、徑向排風(桑塔納2000轎車的交流發(fā)電機)

風扇和帶輪發(fā)電機的通風（a）單面軸向通風交流發(fā)電機的整流原理《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——交流發(fā)電機整流器交流發(fā)電機的整流是利用二極管的單向?qū)щ娦?，通過6-11只二極管組成的三相橋式全波整流電路實現(xiàn)的。交流發(fā)電機

二極管的導通原則：

+2V+8V+5V-3V-7V-9V負二極管正二極管D1D3D5D2D4D6+7.3V-8.3V當給二極管加正向電壓時二極管導通，加反向電壓時則截止。當3只二極管的負極端連接在一起時，稱為正二極管，其正極電位最高者導通。當3只二極管的正極端連接在一起時，稱為負二極管，其負極電位最低者導通。整流過程分析：0～t1時段

三相橋式整流電路的特點是每個時刻導通的二極管有兩個，即該時刻正極電位最高的正二極管和負極電位最低的負二極管導通。

在

0~t1

時段內(nèi)，W相電壓最高，與其相連的正二極管VD5導通，V相電壓最低，與其相連的負二極管VD4導通，其余二極管截止。W、V相繞組電壓疊加后向負載供電。電流方向如下圖所示。交流發(fā)電機三相電動勢波形及整流后波形

0～t1時段電流方向

t1~t2時段內(nèi)，U相電壓最高，V相電壓最低，此時VD1、VD4導通，其余二極管截止。U、V相繞組電壓疊加后向負載供電，如右下圖所示。

三相橋式整流電路中的二極管依次導通，即在負載兩端得到一個比較平穩(wěn)的脈動電壓。整流過程分析：t1～t2時段

交流發(fā)電機三相電動勢波形及整流后波形

t1～t2時段電流方向交流發(fā)電機的調(diào)壓原理《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——交流發(fā)電機由于交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是由發(fā)動機通過皮帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的，因此發(fā)電機的轉(zhuǎn)速變化范圍非常大，將引起發(fā)電機的輸出電壓發(fā)生較大變化，無法滿足汽車用電設(shè)備的工作要求。為了滿足用電設(shè)備恒定電壓的要求，交流發(fā)電機必須配用電壓調(diào)節(jié)器，使其輸出電壓在發(fā)動機所有工況下基本保持恒定。

為什么要調(diào)壓？

由上式可知，交流發(fā)電機所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和磁極磁通成正比。因此，基本的調(diào)壓方法是：當發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化時，電壓調(diào)節(jié)器通過改變勵磁電流的大小來控制發(fā)電機的輸出電壓UB保持不變。調(diào)壓的基本方法

定子繞組內(nèi)感生電動勢有效值

由于交流發(fā)電機有內(nèi)搭鐵、外搭鐵之分，調(diào)節(jié)器也有內(nèi)搭鐵、外搭鐵之分，如圖所示。使用過程中，發(fā)電機和調(diào)節(jié)器的搭鐵類型必須相同，否則發(fā)電機將由于勵磁電路不通而不能正常工作。外搭鐵型電壓調(diào)節(jié)器基本電路內(nèi)搭鐵型電壓調(diào)節(jié)器基本電路電壓調(diào)節(jié)器的類型外搭鐵型電壓調(diào)節(jié)器基本電路(1)閉合SW，發(fā)電機不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速較低，U發(fā)電機＜U蓄電池時，VT1截止，VT2導通，發(fā)電機他勵。調(diào)壓過程分析外搭鐵型電壓調(diào)節(jié)器基本電路(2)升高轉(zhuǎn)速，當U蓄電池＜U發(fā)電機＜U2時，VT1仍然截止，VT2繼續(xù)導通，發(fā)電機自勵，同時對蓄電池充電。調(diào)壓過程分析外搭鐵型電壓調(diào)節(jié)器基本電路(3)當U發(fā)電機

升高至調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)上限U2時，VS、VT1導通，VT2截止，磁場電流被切斷，發(fā)電機電壓下降。調(diào)壓過程分析當發(fā)電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，VT2交替截止、導通，周而復(fù)始。由于三極管VT2的開關(guān)頻率很高，所以發(fā)電機的輸出電壓UB波動非常小，再加上電容的濾波，從而使發(fā)電機輸出穩(wěn)定的電壓。調(diào)壓過程分析充電系統(tǒng)典型電路分析《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——交流發(fā)電機的維護與檢測2011年別克君威轎車充電系統(tǒng)電路2011年別克君威轎車充電系統(tǒng)電路車載電能管理系統(tǒng)的主要功能及基本原理《汽車電氣設(shè)備原理與檢修》充電系統(tǒng)——車載電能管理系統(tǒng)

現(xiàn)代電控汽車安裝的用電設(shè)備越來越多，耗電量也越來越大。另外，即便在發(fā)動機熄火期間，電子控制單元、電子防盜系統(tǒng)以及電子時鐘等仍然需要蓄電池提供電能，因此現(xiàn)代汽車對整車電能的管理和控制提出了非常高的要求。為確保全車電能供應(yīng)，保證汽車能夠順利啟動和正常使用，又降低燃油消耗，現(xiàn)代電控汽車裝備了新型的電能管理系統(tǒng)。速騰轎車中央電器控制單元

電源管理系統(tǒng)的主要功能如下：(1)全面監(jiān)測蓄電池各項參數(shù):充放電的電流、端電壓、電容量、電解液溫度等。(2)保證蓄電池至少具備能起動發(fā)動機的電容量，對用電負荷采取分級放電管理方式。(3)實現(xiàn)最佳充電，提高整車的燃油經(jīng)濟性，如當蓄電池電壓較低時調(diào)節(jié)發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速，高效控制發(fā)電機的輸出電壓。(4)在延長蓄電池壽命前提下，根據(jù)蓄電池充電狀態(tài)和電解液的溫度，控制合理充電電流，實現(xiàn)蓄電池的快速充電。(5)在儀表盤上即時發(fā)出蓄電池診斷和監(jiān)控等信息，以及時提醒駕駛?cè)?。車載電能管理系統(tǒng)基本原理：G3～發(fā)動機控制模塊（ECM)車身控制模塊（BCM)硅整流發(fā)電機電流傳感器端電壓檢測交流相電壓檢測磁場電流占空比控制向外供電電源管理系統(tǒng)基本電路1.監(jiān)控蓄電池的性能參數(shù)放電電流(I)、端電壓(V)、電解液溫度(T)、電容量以及充電電流等2.車載電能管理系統(tǒng)對發(fā)電機的控制⑴如果ECM監(jiān)測到蓄電池的電壓過低，會自動提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，以此來提高發(fā)電機的輸出電壓，為蓄電池提供足夠的電量。⑵車載電能管理系統(tǒng)對發(fā)電機的控制，主要通過控制進入勵磁線圈電流的占空比，調(diào)節(jié)勵磁電流的大小，從而控制發(fā)電機的輸出電壓。3.車載電能管理系統(tǒng)對用電設(shè)備的棄用和集中控制車載電能管理系統(tǒng)對用電負荷采取分級放電管理方式，當檢測到蓄電池的容量小于一定值時，系統(tǒng)將采取“棄用集中控制”方式，適時關(guān)閉可以暫時停用的舒適系統(tǒng)的用電，保證蓄電池至少具備啟動發(fā)動機的電量，滿足車輛急加速工況的需求，從而提高整車的燃油經(jīng)濟性。4.車載電能管理系統(tǒng)的其他控制⑴控制發(fā)動機的啟動/停止系統(tǒng)，如果蓄電池的SOC(荷電狀態(tài))值顯示蓄電池的電量不足，使發(fā)動機的智能啟動/停止系統(tǒng)暫時不工作。⑵在儀表盤上即時顯示對電源(蓄電池和發(fā)電機)系統(tǒng)的診斷和監(jiān)控信息，以提醒相關(guān)人員注意。一汽大眾速騰轎車車載電網(wǎng)管理系統(tǒng)中央電器控制單元J519速騰轎車車載電網(wǎng)管理系統(tǒng)組成中央電器控制單元J519實現(xiàn)電能管理的功能電路主要管理功能用電負荷管理外部燈光控制及燈光缺陷的檢測內(nèi)部燈光的控制后風窗加熱控制舒適燈光控制（離家、回家功能）轉(zhuǎn)向信號控制供電端子控制（30、15、75）燃油泵預(yù)工作控制照明指示燈的控制（58d）發(fā)電機勵磁功能雨刷電機為了確保蓄電池有足夠的電能使發(fā)動機順利起動和正常