第二章汽车供电系统(改)

第2章汽车供电系统汽车供电系统的功用是向车载各用电设备提供电能，由蓄电池与发电机并联组成。发动机工作时，由发动机带动发电机向汽车用电设备提供电能，并向蓄电池充电。

蓄电池的功用1.发动机启动时，向启动机和点火系统供电2.发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。3.发动机运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来；4.发电机过载时，协助发电机向用电设备供电5.蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压稳定。对蓄电池的要求启动发动机时，蓄电池在5～10S内，要向启动机连续供给强大电流（汽油机200～600A，柴油机800～1000A）。因此，对蓄电池的要求是：容量大、内阻小、有足够的启动能力。能满足发动机起动需要的蓄电池被称之为起动型蓄电池，汽车上使用的就是起动型蓄电池。

对发电机的要求(1)由于发动机工作时的转速变化范围很大，要求发电机在发动机转速变化范围内都能正常发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需求；(2)要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、发电效率高、充电性能良好、维护方便或少维护、使用寿命长等，以确保汽车使用性能要求。

2.1蓄电池的构造及工作原理2.1.1蓄电池的构造蓄电池是一种可逆的低压直流电源，既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能。汽车起动用铅酸蓄电池(简称蓄电池)按性能可分为干式荷电蓄电池和免维护蓄电池两类。

蓄电池的基本构造图1、

极板与极板组极板：是蓄电池的基本部件，由它接受充入的电能和向外释放电能。极板分正极板和负极板两种。正极板上的活性物质是二氧化铅，呈棕红色；负极板上的活性物质是海绵状纯铅，呈青灰色。

为了增大蓄电池的容量，将多片正极板和负极板各自用横板焊接并联起来，组成正极板组和负极板组。一个12V的蓄电池就需用6个单格电池串联而成，如右图，12V电系汽车选用一只电池，24V电系汽车选用两只电池。

2.2.2蓄电池的使用与维护

1、蓄电池的正确使用（1）正确使用起动机；（2）定期补充充电；（3）安装固定牢靠；（4）新蓄电池首次使用之前，需要合理选择电解液相对密度。

2、蓄电池的维护1.检查蓄电池外壳表面有无电解液漏出或渗出，擦去电池盖上的电解液；2.检查蓄电池在车上安装是否牢靠，导线接头与极柱的连接是否紧固；3.经常性的清除蓄电池盖上的灰尘、泥土和酸垢，清除极柱和导线接头上的氧化物；4.检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅通；5.定期检查并调整电解液的密度及液面高度。2.3新型蓄电池钠硫电池燃料电池锌-空气电池镉-镍电池

1、

钠硫电池在钠硫电池中，阴极的反应物质是溶融的钠，阳极反应物质是带有一定导电物质的硫，电解质为β-氧化铝（NaAl11O7）固体电解质，它既是绝缘体，又能自由传导钠离子。钠硫电池的工作原理

这种电池理论上的比能量可达660Wh/kg，效率可达100％（即放电量等于充电量），且充电时间短、无污染、原材料丰富，缺点是硫化钠易燃烧、工作温度高(高达250~300℃)、使用寿命短。

2、

燃料电池燃料电池由燃料(氢、煤气、天然气等)、氧化剂(氧气、空气、氯气)、电极(多孔烧结镍电极、多孔银电极等)和电解质KOH溶液等组成，利用燃料的氧化反应，将化学能直接转变为电能，只要不断地加入燃料和氧气，就会不断地产生电能，故称燃料电池。氢-氧燃料电池是一种最普通的燃料电池，先把燃料转化为氢气，然后与氧气分别在电池的两极发生氧化和还原反应，从而产生电能。燃料电池的比能量已经达到200~350Wh/kg，为铅蓄电池的4~7倍，且不需充电，只要不断供应燃料就可继续使用，因此适合作为电动汽车的动力源。其缺点是需要贵重金属作催化剂，成本高，且燃料的贮藏和运输都有一定困难，因此有待进一步解决。

氢氧燃料电池结构示意图

3、

锌-空气电池锌-空气电池的比能量可达150～400Wh／kg，正极板是由金属网集电器、活性层等组成的薄空气电极，负极板由纯锌组成，电解液为氢氧化钾水溶液。化学反应过程锌-空气电池具有放电电压稳定、无污染等优点。但工作时用于清除空气中的二氧化碳、滤清、通风等需要消耗一定能量，还要限制放电电流等缺点，尚需进一步研究解决。

4、

镉-镍电池镉镍电池正极板的活性物质是氢氧化镍Ni（OH）和片状纯镍的混合物，混合纯镍的目的是增强导电能力。负极板的活性物质是海绵状镉，为增强其导电能力和化学活性，将5％~6％的水银与其混合。电解液为化学纯净的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。镉镍电池充放电时的化学反应与相同特性的铅蓄电池相比，镉镍电池的体积小30％、质量轻35%左右，可以输出几百安培的电流。试验证明，镉镍电池的起动性能良好，使用寿命为铅蓄电池的5~7倍。其缺点是成本价格比相同容量的铅蓄电池要贵3~4倍。

2.4交流发电机构造、工作原理及特性发电机是汽车的主要电源，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向所有用电设备（起动机除外）供电，同时向蓄电池充电。汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机。2.4.1交流发电机的构造交流发电机一般由转子、定子、整流器、端盖四部分组成。交流发电机基本零部件组成与整体结构如下图所示。

整体式交流发电机零部件组成

1—抗干扰电容器2—集成电路调节器与电刷组件总成3—电刷端盖4—整流器总成5—转子总成6—定子总成7—驱动端盖8—风扇9—驱动带轮2.5交流发电机的调节器交流发电机调节器是把交流发电机的输出电压控制在规定范围内的控制装置，又称为电压调节器，简称调节器。汽车采用的调节器有触点式和电子式两大类。触点式调节器存在体积大、结构复杂、触点振动频率低、触点易烧蚀及故障率高等缺点，故因不适应现代汽车对电源系统的要求已被淘汰，本节只介绍电子调节器。

2.5.1交流发电机调节器的作用从发电机各电枢绕组电动势与发动机的转速和磁极的磁通成正比可推出：

发电机输出电压必然随转速的变化而变化。汽车用交流发电机工作时其转速很不稳定且变化范围很大，若对发电机不加以调节，其端电压将随发动机转速的变化而变化，这与汽车用电设备要求电压恒定相矛盾。交流发电机调节器的作用就是当发动机转速变化时，自动对发电机的电压进行调节，使发电机的电压稳定，以满足汽车用电设备的要求。2.5.2电压调节原理与调节方法调节器的调节原理就是：通过调节磁场电流使磁极磁通改变来使发电机输出电压保持恒定。汽车用发电机电压调节器电压调节的方法如下图a所示。当发电机的电压达设定的上限值U2时，调节器动作，使磁场绕组的励磁电流If下降或断流，从而减弱磁极磁通量，致使发电机电压下降；当发电机电压下降至设定的下限值U1时，调节器又动作，使If增大，磁通量加强，发电机电压又上升。

2.5.5调节器信号电压取样方式

集成电路电压调节器根据电压信号输入的方式不同，可分为：

1.蓄电池电压检测方式

2.发电机电压检测方式思考题与习题1.汽车用蓄电池的功用有哪些，其主要功用是什么，对汽车用蓄电池有何要求?2.铅酸蓄电池的主要组成部件及其功用是什么?3.蓄电池的电动势如何建立?充电和放电时蓄电池极板及电解液有何变化?4.什么是蓄电池的充电和放电?在充放电过程中，蓄电池内部物质如何变化?5.什么是蓄电池的额定容量和储备容量?6.为什么工业用硫酸和普通水不能用于蓄电池?7.如何正确使用与维护蓄电池才能提高其容量及使用寿命。8.汽车交流发电机的功用是什么?由哪几部分组成?各起什么作用?9.何谓交流