第1章車載電源2015

第1章車載電源主講：贠海濤院系：汽車與交通學(xué)院Email：yunht@163.com汽車電器與電子技術(shù)8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院本章主要內(nèi)容掌握汽車電源的組成及要求掌握蓄電池的功用、分類了解蓄電池的結(jié)構(gòu)、工作原理了解蓄電池的使用和維護(hù)的基本方法掌握交流發(fā)電機(jī)的作用了解交流發(fā)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理了解交流發(fā)電機(jī)的整流原理掌握交流發(fā)電機(jī)的厲磁方式掌握電子式電壓調(diào)節(jié)器的作用及工作原理8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院學(xué)習(xí)重點(diǎn)及難點(diǎn)1、重點(diǎn)：汽車電源的組成蓄電池、交流發(fā)電機(jī)的作用電子式電壓調(diào)節(jié)器的作用及工作原理2、難點(diǎn)鉛酸蓄電池的基本原理交流發(fā)電機(jī)的整流原理交流發(fā)電機(jī)的厲磁方式電子式電壓調(diào)節(jié)器的工作原理8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1、汽車電源的組成

1.1汽車電源的組成與要求8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院2、對(duì)汽車電源的要求

要求蓄電池的內(nèi)阻要小，大電流輸出時(shí)的電壓穩(wěn)定，以保證有良好的起動(dòng)性能。要求蓄電池的充電性能良好、使用壽命長、維護(hù)方便或少維護(hù)，以滿足汽車使用性能要求。要求發(fā)電機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)都能正常發(fā)電且電壓穩(wěn)定，以滿足用電設(shè)備的用電需求。要求發(fā)電機(jī)的體積小、重量輕、故障率低、發(fā)電效率高、使用壽命長等，以確保汽車使用性能要求。1.1汽車電源的組成與要求8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2車載蓄電池1.2.1蓄電池主要作用1.2.2車載蓄電池的分類1.2.3車用蓄電池類型及其特點(diǎn)1.2.4鉛蓄電池的分類及其特點(diǎn)1.2.5蓄電池的構(gòu)造1.2.6蓄電池的基本原理1.2.7蓄電池的型號(hào)1.2.8蓄電池的容量1.2.9蓄電池的使用與維護(hù)1.2.10免維護(hù)鉛酸蓄電池1.2.11蓄電池常見的故障8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.1、蓄電池主要作用1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2車載蓄電池在發(fā)電機(jī)電壓低或不發(fā)電(發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)、停轉(zhuǎn)狀態(tài))時(shí)，向車載用電設(shè)備供電。當(dāng)汽車上同時(shí)啟用的用電設(shè)備功率超過了發(fā)電機(jī)的額定功率時(shí)，協(xié)助發(fā)電機(jī)供電。在其存電不足及發(fā)電機(jī)負(fù)載不多時(shí)，將發(fā)電機(jī)的電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲(chǔ)存起來。蓄電池相當(dāng)于一個(gè)大電容，可以吸收電路中的瞬變電壓脈沖，對(duì)汽車上的電氣設(shè)備及電子元件起到了保護(hù)作用。對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)來說，蓄電池也是電子控制裝置內(nèi)存的不間斷電源。1.2.1、蓄電池主要作用8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.2車載蓄電池的分類（1）酸性蓄電池鉛酸蓄電池。（2）堿性蓄電池鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅空氣蓄電池、鐵鎳蓄電池、鐵空氣蓄電池、鐵電池等。

1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.3車用蓄電池類型及其特點(diǎn)類

型優(yōu)

點(diǎn)缺

點(diǎn)適

用車輛鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)簡單；價(jià)格便宜；內(nèi)阻小；電壓穩(wěn)定；可以短時(shí)間供給起動(dòng)機(jī)強(qiáng)大的起動(dòng)電流比容量、比能量小；使用壽命相對(duì)較短一般車輛堿性蓄電池容量大；使用壽命長；維護(hù)簡單；能承受大電流放電而不易損壞活性物質(zhì)導(dǎo)電性差；價(jià)格較高使用時(shí)間長、可靠性高的車輛鋰離子蓄電池比容量大；無污染；充、放電性能好；使用壽命長結(jié)構(gòu)復(fù)雜；成本高電動(dòng)汽車1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院類

型特

點(diǎn)普通鉛蓄電池新蓄電池的極板不帶電，使用前需按規(guī)定加注電解液并進(jìn)行初充電，初充電的時(shí)間較長，使用中需要定期維護(hù)。干荷電鉛蓄電池新蓄電池的極板處于干燥的已充電狀態(tài)，電池內(nèi)部無電解液。在規(guī)定的保存期內(nèi)，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置20～30min即可使用，使用中需要定期維護(hù)。濕荷電鉛蓄電池新蓄電池的極板處于已充電狀態(tài)，蓄電池內(nèi)部帶有少量電解液。在規(guī)定的保存期內(nèi)，如需使用，只需按規(guī)定加入電解液，靜置20～30min即可使用，使用中需要定期維護(hù)。免維護(hù)蓄電池使用中不需維護(hù)，可用3～4年不需補(bǔ)加蒸餾水，極樁腐蝕極少，自放電少。1.2.4鉛蓄電池的分類及其特點(diǎn)1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.5蓄電池的構(gòu)造鉛蓄電池一般由3個(gè)或6個(gè)單格電池串聯(lián)而成，外形結(jié)構(gòu)如圖所示。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.5蓄電池的構(gòu)造1.2車載蓄電池1－負(fù)極柱2－加液孔蓋3－正極柱4－穿壁連接5－匯流條6－外殼7－負(fù)極板8－隔板9－正極板8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1．靜止電動(dòng)勢的建立將鉛蓄電池的正、負(fù)極板浸入電解液中，正、負(fù)極板與電解液相互作用，在正、負(fù)極板間就會(huì)產(chǎn)生約2.1V的靜止電動(dòng)勢。正極板處PbO2溶解、電離后有四價(jià)的鉛離子(Pb4+)沉附于正極板：

PbO2+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4→Pb4++OH負(fù)極板處Pb溶解后有電子e留在負(fù)極板：

Pb→Pb2++2e1.2.6蓄電池的基本原理1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.6蓄電池的基本原理2．蓄電池的放電過程1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.6蓄電池的基本原理3．蓄電池的充電過程1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.7蓄電池的型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：機(jī)械工業(yè)部《鉛蓄電池產(chǎn)品型號(hào)編制方法》，1993例：6－QA－60第一部分第二部分第三部分串聯(lián)的單格電池?cái)?shù)蓄電池的類型蓄電池的特征蓄電池的額定容量蓄電池的特殊性能用阿拉伯?dāng)?shù)字表示用大寫的漢語拼音字母表示如：Q--起動(dòng)用鉛蓄電池N--內(nèi)燃機(jī)車用蓄電池M--摩托車用蓄電池用大寫的漢語拼音字母表示如：A--干荷電鉛蓄電池H--濕荷電鉛蓄電池W--免維護(hù)鉛蓄電池B--薄型極板無字母--普通鉛蓄電池20h率放電率的額定容量，單位為A·h，單位略去不寫。用大寫的漢語拼音字母表示如：G--高起動(dòng)率D--低溫性能好S--塑料槽蓄電池1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.8蓄電池的容量1.蓄電池的容量蓄電池容量C等于放電電流If與放電時(shí)間tf的乘積：C＝If·tf

（1）額定容量據(jù)國標(biāo)GB5008.1－91《起動(dòng)用鉛酸蓄電池技術(shù)條件》規(guī)定，將充足電的新蓄電池，在電解液溫度為25±5℃的條件下，以20小時(shí)率的放電電流（即0.05C20安培）連續(xù)放電至單池平均電壓降到1.75V時(shí)，輸出的電量稱為蓄電池的額定容量，用C20表示。單位為A·h。6-Q-60型蓄電池以3A（0.05C20＝0.05×60＝3A）的電流連續(xù)放電至單電池平均電壓降到1.75V時(shí)，若放電時(shí)間大于等于20h，則其容量C＝If·tf≥60A·h，達(dá)到了額定容量，為合格產(chǎn)品；若放電時(shí)間小于20h，則其容量低于額定容量，為不合格產(chǎn)品。1.2車載蓄電池蓄電池的放電特性

蓄電池的放電特性是指以恒定的電流If放電時(shí)，蓄電池端電壓Uf、電動(dòng)勢E和電解液密度隨放電時(shí)間的變化規(guī)律。1.2車載蓄電池1.2.9蓄電池工作特性蓄電池的充電特性蓄電池的充電特性是指以恒定的電流Ic充電時(shí)，蓄電池充電電壓Uc、電動(dòng)勢E及電解液密度等隨充電時(shí)間變化的規(guī)律。右圖以20h充電率(Ic=0.05C20)恒電流充電時(shí)的特性曲線。

1.2車載蓄電池1.2.9蓄電池工作特性8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.10蓄電池的使用與維護(hù)1.2車載蓄電池（1）定期進(jìn)行蓄電池的外部檢查（2）及時(shí)檢查電解液的液面高度（3）定期檢查蓄電池的放電程度（4）定期對(duì)蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充充電8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.11免維護(hù)鉛酸蓄電池在蓄電池的使用壽命期內(nèi)無需進(jìn)行日常維護(hù)的蓄電池稱之為免維護(hù)蓄電池。免維護(hù)蓄電池的突出優(yōu)點(diǎn)是：在汽車合理使用過程中無需添加蒸餾水，蓄電池自放電小，僅為普通蓄電池的1／6～1／8，在使用期內(nèi)一般無需進(jìn)行補(bǔ)充充電；極樁腐蝕小或無腐蝕，使用壽命長，內(nèi)阻小，起動(dòng)性能好。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.11免維護(hù)鉛酸蓄電池1－綠色（充電程度為65％或更高）2－黑色（充電程度低于65％）3－淺黃色（蓄電池有故障）4－蓄電池蓋5－觀察窗6－光學(xué)的荷電狀況指示器7－綠色小球1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障

1.極板硫化故障特征極板上生成一層白色粗晶粒的PbSO4，在正常充電時(shí)不能轉(zhuǎn)化為PbO2和Pb的現(xiàn)象。（1）硫化的電池放電時(shí)，電壓急劇降低，過早降至終止電壓，電池容量減小。（2）蓄電池充電時(shí)單格電壓上升過快，電解液溫度迅速升高，但密度增加緩慢，過早產(chǎn)生氣泡，甚至一充電就有氣泡。故障原因（1）蓄電池長期充電不足或放電后沒有及時(shí)充電，導(dǎo)致極板上的PbSO4有一部分溶解于電解液中，環(huán)境溫度越高，溶解度越大。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，溶解度減小，溶解的PbSO4就會(huì)重新析出，在極板上再次結(jié)晶，形成硫化。（2）電解液液面過低，使極板上部與空氣接觸而被氧化，在行車中，電解液上下波動(dòng)與極板的氧化部分接觸，會(huì)生成大晶粒PbSO4硬化層，使極板上部硫化。（3）長期過量放電或小電流深度放電，使極板深處活性物質(zhì)的孔隙內(nèi)生成PbSO4。（4）新蓄電池初充電不徹底，活性物質(zhì)未得到充分還原。（5）電解液密度過高、成分不純，外部氣溫變化劇烈。排除方法輕度硫化的蓄電池，可用小電流長時(shí)間充電的方法予以排除；硫化較嚴(yán)重者采用去硫化充電方法消除硫化；硫化特別嚴(yán)重的蓄電池應(yīng)報(bào)廢。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障2.活性物質(zhì)脫落

故障特征主要指正極板上的活性物質(zhì)PbO2的脫落。蓄電池容量減小，充電時(shí)從加液孔中可看到有褐色物質(zhì)，電解液渾濁。故障原因（1）蓄電池充電電流過大，電解液溫度過高，使活性物質(zhì)膨脹、松軟而易于脫落。（2）蓄電池經(jīng)常過充電，極板孔隙中逸出大量氣體，在極板孔隙中造成壓力，而使活性物質(zhì)脫落。（3）經(jīng)常低溫大電流放電使極板彎曲變形，導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落。（4）汽車行駛中的顛簸振動(dòng)。排除方法對(duì)于活性物質(zhì)脫落的鉛蓄電池，若沉積物較少時(shí)，可清除后繼續(xù)使用；若沉積物較多時(shí)，應(yīng)更換新極板和電解液。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障3.極板柵架腐蝕故障特征主要是正極板柵架腐蝕，極板呈腐爛狀態(tài)，活性物質(zhì)以塊狀堆積在隔板之間，蓄電池輸出容量降低。故障原因（1）蓄電池經(jīng)常過充電，正極板處產(chǎn)生的O2使柵架氧化。（2）電解液密度、溫度過高、充電時(shí)間過長，會(huì)加速極板腐蝕。（3）電解液不純。排除方法腐蝕較輕的蓄電池，電解液中如果有雜質(zhì)，應(yīng)倒出電解液，并反復(fù)用蒸餾水清洗，然后加入新的電解液，充電后即可使用；腐蝕較嚴(yán)重的蓄電池，如果是電解液密度過高，可將其調(diào)整到規(guī)定值，在不充電的情況下繼續(xù)使用；腐蝕嚴(yán)重的蓄電池，如柵架斷裂、活性物質(zhì)成塊脫落等，則需更換極板。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障4.極板短路故障特征蓄電池正、負(fù)極板直接接觸或被其它導(dǎo)電物質(zhì)搭接稱為極板短路。極板短路的蓄電池充電時(shí)充電電壓很低或?yàn)榱?，電解液溫度迅速升高，密度上升很慢，充電末期氣泡很少。故障原因?）隔板破損使正、負(fù)極板直接接觸。（2）活性物質(zhì)大量脫落，沉積后將正、負(fù)極板連通。（3）極板組彎曲。（4）導(dǎo)電物體落入池內(nèi)。排除方法出現(xiàn)極板短路時(shí)，必須將蓄電池拆開檢查。更換破損的隔板，消除沉積的活性物質(zhì)，校正或更換彎曲的極板組等。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障5.自放電故障特征蓄電池在無負(fù)載的狀態(tài)下，電量自動(dòng)消失的現(xiàn)象稱為自放電。如果充足電的蓄電池在30天之內(nèi)每晝夜容量降低超過2%，稱為故障性自放電。故障原因（1）電解液不純，雜質(zhì)與極板之間以及沉附于極板上的不同雜質(zhì)之間形成電位差，通過電解液產(chǎn)生局部放電。（2）蓄電池長期存放，硫酸下沉，使極板上、下部產(chǎn)生電位差引起自放電。（3）蓄電池溢出的電解液堆積在電池蓋的表面，使正、負(fù)極柱形成通路。（4）極板活性物質(zhì)脫落，下部沉積物過多使極板短路。排除方法自放電較輕的蓄電池，可將其正常放完電后，倒出電解液，用蒸餾水反復(fù)清洗干凈，再加入新電解液，充足電后即可使用；自放電較為嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)將電池完全放電，倒出電解液，取出極板組，抽出隔板，用蒸餾水沖洗之后重新組裝，加入新的電解液重新充電后使用。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.2.12蓄電池常見的故障6.單格電池極性顛倒故障特征單格電池原來的正極板變成負(fù)極板，負(fù)極板變成正極板。此時(shí)，蓄電池電壓迅速下降，不能繼續(xù)使用。故障原因沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)有故障的單格電池（如極板短路、活性物質(zhì)脫落等），當(dāng)蓄電池放電時(shí)，該單格電池由于容量小，首先放電至零，再繼續(xù)放電時(shí)，其他單格電池的放電電流對(duì)它進(jìn)行充電，使其極性顛倒。排除方法對(duì)極性顛倒的單格電池應(yīng)更換新極板。1.2車載蓄電池8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器知識(shí)點(diǎn)及要求：掌握交流發(fā)電機(jī)的作用；了解交流發(fā)電機(jī)的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理了解交流發(fā)電機(jī)的整流原理；掌握交流發(fā)電機(jī)的厲磁方式；掌握電子式電壓調(diào)節(jié)器的作用及工作原理。8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.1交流發(fā)電機(jī)的作用發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，向所有用電設(shè)備（啟動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)給蓄電池充電。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)的性能在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)已被淘汰。目前汽車采用三相交流發(fā)電機(jī)，內(nèi)部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流電，所以，汽車交流發(fā)電機(jī)輸出的是直流電。交流發(fā)電機(jī)必須配裝電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行控制，使其保持基本恒定，以滿足汽車電器的需求。

1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.2交流發(fā)電機(jī)工作原理1.整流原理2.交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.2交流發(fā)電機(jī)工作原理1.整流原理交流發(fā)電機(jī)整流原理

a)整流電路圖b)三相繞組電壓波形圖c)整流后發(fā)電機(jī)輸出波形圖1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院整流原理8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.2交流發(fā)電機(jī)工作原理2.勵(lì)磁方式除了永磁式交流發(fā)電機(jī)不需要?jiǎng)?lì)磁以外，其他形式的交流發(fā)電機(jī)都需要?jiǎng)?lì)磁，因?yàn)樗鼈兊拇艌龆际请姶艌?，必須給勵(lì)磁繞組通電才會(huì)有磁場產(chǎn)生而發(fā)電，否則發(fā)電機(jī)將不能發(fā)電。將電流引入到勵(lì)磁繞組使之產(chǎn)生磁場稱為勵(lì)磁。交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式有自勵(lì)和他勵(lì)兩種。他勵(lì)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)（發(fā)動(dòng)機(jī)未達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速），自身不能發(fā)電，需要蓄電池供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組電流，使勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場來發(fā)電。這種由蓄電池供給磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵(lì)發(fā)電。1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院他勵(lì)8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.2交流發(fā)電機(jī)工作原理（2）自勵(lì)隨著轉(zhuǎn)速的提高（一般在發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到怠速時(shí)），發(fā)電機(jī)定子繞組的電動(dòng)勢逐漸升高并能使整流器二極管導(dǎo)通，當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓UB大于蓄電池電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)就能對(duì)外供電了。當(dāng)發(fā)電機(jī)能對(duì)外供電時(shí)，就可以把自身發(fā)的電供給勵(lì)磁繞組，這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵(lì)發(fā)電。交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁過程是先他勵(lì)后自勵(lì)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到正常怠速轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1～2V以便對(duì)蓄電池充電，此時(shí)，由發(fā)電機(jī)自勵(lì)發(fā)電。1.3交流發(fā)電機(jī)與調(diào)節(jié)器8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院自勵(lì)8/cb/65097564青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院1.3.3交流發(fā)電機(jī)的分類1.按總體結(jié)構(gòu)分（1）普通交流發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)即無特殊裝置，也無特殊功能特點(diǎn)，使用時(shí)需要配裝電壓調(diào)節(jié)器。（2）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)。（3）帶泵的交流發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)和汽車制