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第二模块 汽车电源系统知识目标1、了解蓄电池的作用及类型；2、熟悉蓄电池、发电机及调节器的结构、类型与工作原理；3、了解电源系的常见故障症状，能够分析故障原因。能力目标1、掌握蓄电池技术状况的检查方法，并能进行充电作业；2、熟练拆装发电机，并能对发电机及调节器的性能进行检测；3、能够分析电源系统电路的特征及电路走向；4、在教师指导下，能够检测和排除电源系统的常见故障。汽车电源系统主要由蓄电池、发电机和调节器等组成，作用是向汽车用电设备供电。图2-1所示为汽车电源系统的组成及连接图。 图2-1 汽车电源系统的组成图2.1 蓄电池 蓄电池是一种可逆直流电源，是将化学能转换为电能的一种装置。其在汽车上的主要功用如下：（1）发动机起动时,向起动机提供强大电流。汽油机蓄电池起动电流可达到200600A，柴油机的更高，有的甚至高达成1000A；（2）在发电机不发电或输出电压较低的情况下，由蓄电池向用电设备供电；（3）当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协助发电机供电；（4）当蓄电池存电不足，而发电机负载又较少时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来；（5）蓄电池可以充当一个容量很大的电容器，在发电机转速和用电负载发生较大变化时，可保持汽车电系电压的相对稳定，以保护用电设备尤其是电子元器件不被损坏。重点提示 发动机正常运转时，不允许脱开蓄电池，否则易造成电子元器件的损坏。目前汽车上所用的蓄电池主要有普通铅酸蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池等。2.1.1 普通铅酸蓄电池 铅酸蓄电池主要由壳体、正负极板（组）、隔板、极柱、铅连接条、电解液及加液孔盖等组成。图2-2所示为汽车用12V铅蓄电池的解剖图，它由六个单格电池串联而成，每个单格电池的额定电压为2V。 图2-2 铅蓄电池的结构图（1）极板 极板是蓄电池的核心，分为正极板和负极板两种，由栅架和填充在其上的活性物质组成。正极板上的活性物质是深棕色二氧化铅(Pb02)，负极板上的活性物质是青灰色海绵状铅(Pb)。将正、负极板各一片浸入电解液中，就可获得2V的电动势。为了增大蓄电池的容量，通常将多片正极板和多片负极板分别并联，再用横板焊接便形成正、负极板组，安装时正、负极板组相互嵌合，中间再插入隔板便形成一个完整的单格电池，结构如图2-3b）所示。减小极板的厚度也有利于提高蓄电池的容量，因此极板的厚度应尽量薄一些，一般正极板比负极板厚。目前国内极板的厚度为正极板2.22.4mm，负极板1.61.8mm，而国外已普遍采用1.11.5mm的薄型极板结构。重要提示每个蓄电池总成都是由三个或六个单格电池组合起来的。在每个单格电池中，负极板的数量总比正极板多一片，其目的上为了减轻正极板的翘曲和活性物质的脱落。图2-3 极板组的结构（2）隔板为了尽可能的缩小蓄电池体积，必须使正、负极板最大限度地靠近，但为避免正、负极板相互接触造成短路，中间要用绝缘的隔板隔开。同时隔板还可防止极板弯曲变形和活性物质脱落，阻止正极板栅架上的锑离子向负极板迁移，减少负极板的硫酸盐化和大量的自由放电。隔板的材料有木质、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等。微孔橡胶隔板耐酸、耐高温性能好，寿命长，生产成本日趋降低，故使用逐渐增加。（3）外壳 外壳是用来贮存电解液和正负极板组的，对它的要求是耐酸、耐热、耐寒、耐腐蚀及绝缘性能好等。常用铅蓄电池的外壳材料是硬橡胶或聚丙烯塑料，也有极少数是用玻璃的。由于聚丙烯塑料不仅各种化学性能及机械性能良好，而且外表美观，壳体透明，便于观察电解液液面高度，因此目前已被广泛应用。如图2-4所示，蓄电池壳体的底部有凸筋，它是用来支持极板组的，同时也可防止活性物质脱落后造成正、负极板短路。图2-4 外壳的结构相关知识联条联条也叫铅连接条，其作用是将相邻的两个单格电池串联起来，以提高蓄电池的端电压。老式蓄电池的联条装在电瓶外面，便于拆修检查，但用的材料较多，且易脏污、氧化等使电瓶内阻增加；现在所用的几乎都是装在电瓶内部的穿壁式联条。每个铅蓄电池总成都是由三个或六个单格电池正、负极柱相串联组合起来的，三个单格电池串联起来就是6伏电瓶，六个单格电池串起来就是12伏电瓶。（4）极柱极柱也叫极桩，分为正极柱和负极柱。正极柱用“+”符号表示或涂红颜色；负极柱用“-”符号表示，一般不涂颜色，或涂蓝色。负极柱接电源的总搭铁线，正极柱将电源的电通过火线引到用电设备。在蓄电池使用过程中，极桩易出现腐蚀、氧化等故障，引起接触不良，导致蓄电池不能正常向全车用电设备供电。（5）电解液 电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质,由纯硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成，相对密度一般在1.24g/cm31.30 g/cm3。在不同地区和不同气候条件下，所要求的相对密度是不一样。通常，寒冷地区应使用电解液相对密度较高的电解液，同一地区使用中的蓄电池，冬季的电解液相对密度应较夏季高0.020.04 g/cm3。相关知识 蓄电池产品型号是如何编制的？机械工业部JB2599-1985铅蓄电池产品型号编制方法标准规定，蓄电池 串联的单体电池数 蓄电池类型 蓄电池特征 额定容量 特殊性能 的型号由五部分组成，一般标注在外壳上。蓄电池产品和型号含义为：第一部分用阿拉伯数字表示该蓄电池由几个单格电池组成，蓄电池电压是这个数字的2倍。如：3表示3个单格电池，额定电压为6伏；6表示6个单格电池，额定电压为12伏。第二部分表示蓄电池的类型，主要根据用途来划分，用大写字母表示。如起动用铅蓄电池用Q表示；摩托车用蓄电池用M表示。第三部分为蓄电池的特征代号，其含义如表2-1所示，无字母表示为普通铅酸蓄电池。表2-1 蓄电池特征代号特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征A干荷电J胶体电解液D带液式H湿荷电M密闭式Y液密式W免维护B半密闭式Q气密式S少维护F防酸式I激活式第四部分表示蓄电池的额定容量。我国规定用20h放电率的额定容量来表示，为阿拉伯数字，额定容量越大表示其起动能力越强，单位为Ah（安培小时）。第五部分为特殊性能，特殊性能用字母表示，无字母为一般性能蓄电池。如：G表示高起动率；D表示低温起动性能好。例如：3-Q-90型蓄电池表示是由3只单格电池组成，额定电压为6V，额定容量为90Ah的起动型铅蓄电池。6-QA-60G型蓄电池表示是由6个单格电池串联而成，额定电压为12V，额定容量为60Ah的起动型干荷电高起动率铅蓄电池 铅蓄电池的工作过程就是化学能与电能的转换过程，充电时将电能转化为化学能储存起来，放电时将化学能转换成电能供用电设备使用。当蓄电池将化学能转化为电能而向外供电时，称为放电过程；当蓄电池与外界直流电源相联而将电能转化为化学能储存起来时，称为充电过程。如图2-5所示，在充、放电过程中，蓄电池内电流的形成就是靠正、负离子的反方向运动来实现的。图2-5 蓄电池的工作原理图放电过程的化学反应为：PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O充电过程的化学反应为：2PbSO4+2H2OPbO2+Pb+2H2SO4注意 蓄电池放完电和充满电时各有何特征？放电终期的特点是：单格电池的电压下降到1.75V；电解液密度下降到最小值，相对密度为1.11g/cm3。铅蓄电池充满电的标志：电解液相对密度、端电压均上升到最大值，在2h3h内再不增加，产生大量气泡，呈现“沸腾”状态。相关知识 什么是蓄电池的容量？蓄电池的容量是指在规定的条件下，完全充足电的蓄电池所能够提供的电量。蓄电池的容量是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池优劣以及选用蓄电池的重要指标。蓄电池的容量常用以下两个指标表示：2Oh率额定容量和储备容量。20 h率额定容量是指完全充足电的蓄电池,在电解液温度为25时,以2O h放电率的电流连续放电到12V蓄电池端电压降到10.50V土0.05V；6V蓄电池端电压降到5.25V土 0.02V时所输出的电量,用C20表示,单位是Ah。蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄电池,在电解液温度为252时,以25A电流放电至12V蓄电池端电压达10.50 V土0.05V、6V蓄电池端电压达5.25V0.02V时,放电所持续的时间,用Cr-n表示,单位为min(分钟)。2.1.2 免维护(MF)蓄电池普通铅酸蓄电池在使用中存在自放电严重、失水量大、极柱腐蚀严重等问题，所以现在越来越多的汽车使用免维护铅蓄电池。免维护蓄电池又叫做MF（Maintenance-Free）蓄电池，其含义是在合理的使用期限内不需添加蒸馏水，如短途车可行驶8万km，长途货车可行驶40万km48万km 而不需进行维护,可使用3.54年不需加蒸馏水，在其使用过程中不需作任何维护或只需较少的维护工作。如图2-6所示为免维护蓄电池的外形。（1）免维护蓄电池的结构特征1）通气孔采用新型安全的通气装置和气体收集器，孔塞内装有一个氧化铝过滤器或催化剂。过滤器可以阻止水蒸汽和硫酸气体通过，避免其与外界火花接触而爆炸，催化剂能促使氢氧离子结合生成水，故电解液中蒸馏水的消耗很少。2）正极板装在袋式微孔塑料隔板之中，可以取消壳体的底部凸筋部分，降低极度板组的高度，使极板上部的容积增大33%，电解液的贮存量相对增加。由于正极板装塑料袋中，活性物质不易剥落，极板短路现象大为减少，自放电的可能性也大为减弱。3）单体电池采用穿壁式贯通连接，使内阻减小，输出电流增大。同时采用聚丙烯塑料热压外壳和整体式电池盖，壳体内壁薄，贮液多，与同容量普通铅酸蓄电池相比，重量轻，体积小。4）对于无加液孔的免维护蓄电池，由于不能采用传统的密度计来测量电解液的相对密度以判断其技术状况，在蓄电池顶上常装有一只小型密度计以判断其技术状况。 图2-6 免维护蓄电池的外形重点提示 在其顶部的检视窗口观察，如果看到绿点，表明蓄电池工作情况良好；看不到绿点而显示为淡绿色，说明电解液相对密度降低，蓄电池充电不足，应及时充电；如果检视窗显示浅黄色或无色，说明蓄电池已无法正常工作，必须更换蓄电池。（2）免维护蓄电池的使用特点1）在整个使用过程中不需补充蒸馏水。所谓免维护，主要是指使用中不需补加或少加蒸馏水。铅酸蓄电池电解液中的水分消耗主要在水蒸发（约占10%左右），水的电解（约占90%左右），尤其在过充电的情况下，水的电解更加严重。普通铅酸蓄电池每行驶1000Km，水的消耗量为16 g32g，而免维护铅蓄电池每行驶1000Km，水的消耗量仅是铅蓄电池的1/10，即1.6 g3.2g。2）自由放电少，存放电损失少。免维护铅蓄电池与普通铅蓄电池相比较，自由放电少得多，免维护铅蓄电池湿式贮存可达二年以上。3）使用寿命长。免维护铅蓄电池的使用寿命一般在四年以上，是普通铅蓄电池使用寿命的两倍多。4）接线极柱腐蚀小。5）内阻小，起动性能好。6）主要缺点是极板制造工艺复杂，价格高。2.1.3 干荷电蓄电池即干式荷电铅蓄电池。它与普通铅蓄电池的区别是极板组在干燥状态的条件下能够较长期地保存在制造过程中所得到的电荷。干荷电铅蓄电池在规定保存期内(两年)如需使用，只要灌入符合规定密度的电解液，搁置15min ,调整液面高度规定标准后，不需要进行初充电即可投入使用，且其荷电量可达到蓄电池额定容量的80%以上，是应急的理想电源。干荷电铅蓄电池之所以具有干荷电性能，主要在于负极板的制造工艺与普通铅蓄电池不同。正极板的活性物质Pb02(二氧化铅)化学活性比较稳定，其荷电性能可以较长期的保持。而负极板上的活性物质Pb（海绵状铅）由于表面积大,化学活性高，容易氧化，所以要在负极板的铅膏中加入松香、油酸、硬脂酸等防氧化剂；并且在化成过程中有一次深放电循环或进行反复地充电、放电,使活性物质达到深化。化成后的负极板，先用清水冲洗后，再放入防氧化剂溶液(硼酸、水扬酸混合液)中进行浸渍处理,让负极板表面生成一层保护膜,并采用特殊干燥工艺(干燥灌中充入惰性气体或抽真空)这样即可制成干荷电极板。由于负极板经特殊处理，其抗氧化性能得到提高。因此，与普通铅蓄电池相比，自放电小，贮存期较长。干荷电蓄电池的维护与普通蓄电池基本一样。对于贮存期超过两年的干荷电蓄电池，因极板有部分氧化，使用前应以补充充电的电流充电5hl0h后再用。2.1.4 其它新型蓄电池 在环境、能源危机之下，电动汽车是新世纪汽车工业发展的一个方向。蓄电池是电动汽车的动力源。要使电动汽车能与内燃机汽车相竞争，关键是开发出比能量高、比功率大、使用寿命长、成本低的蓄电池。铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它技术成熟、可靠性好、原材料易得、价格便宜，比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点：一是比能量低，质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短；另一个是使用寿命短，成本高。现在世界各国正在研制各种新型高能电池，包括：镍氢蓄电池、锂电池、钠硫蓄电池、锌空气电池、镉镍蓄电池等。（1）镍氢(NiH)蓄电池镍氢电池具有重量轻、寿命长、能量密度高、无环境污染、充放电速度快等优点，已成为世界各国竞相研制和开发的新能源。镍氢电池是以储氢合金作为活性物质的负极、以氢氧化镍作为活性物质的正极及隔膜组成。这种电池尚未大批量投产，价格很贵。（2）锂电池锂电池,这里主要指二次锂电池，它具有比能量高等一系列优点,受到了美国、欧洲和日本的高度重视，并把电动汽车与燃油机汽车全面竞争的希望寄托于它的成功。锂电池有锂离子电池、高温锂熔盐电池、锂聚合物电池(常温)及锂聚合物固体电解质电池(常温)。（3）镉镍蓄电池镉镍蓄电池，正极板活性物质为氢氧化镍Ni(OH)3,负极为镉(Cd)，电解液是相对密度为1.21.27的氢氧化钾（KOH）溶液。放电后,正极活性物质转变为氢氧化亚镍 Ni(OH)2,负极的活性物质转变为氢氧化亚镉Cd(OH)2。 镉镍蓄电池单体电池电压为1.2V,因此6V蓄电池由5个单体电池组成, 12V蓄电池由10个单体电池组成。与相同性能的铅酸蓄电池相比，重量轻35%、体积小30%、价格约高35倍、但寿命要长46倍。（4）钠硫蓄电池 钠硫电池中，阳极的反应物质是熔融的钠，阴极的反应物质是带有一定导电物质的硫，电解质为-氧化铝钒土的陶瓷管，它既是绝缘体又传导钠离子。这种电池，理论比能量达664Wh/kg，效率可达100%，充电时间短，无污染，且原材料丰富。缺点是NaS易燃烧，工作温度高达250300，且寿命短，使用还有一定的困难。（5）锌-空气电池 正极板（由金属网集电器、活性层等组成）是一个薄空气电极，负极板是纯锌，电解液是氢氧化钾（KOH）溶液，其工作电压为1.0 V1.2V。锌-空气电池放电电压稳定，无污染，但工作时要消耗一定的能量用于清除空气中的二氧化碳、滤清、通风，还要限制放电电流。2.1.5 蓄电池的使用、维护与充电（1）蓄电池的使用与维护1）蓄电池在使用时，须作到以下几点:a、安装和搬运蓄电池时，应轻搬轻放，不可敲打或在地上拖拽。蓄电池在汽车上应固定牢靠、以防行车时振动和移位。B、冬季使用应注意保持其处于充足电状态，以免电解液密度降低而结冰；冬季补加蒸馏水，应在充电前进行，以使蒸馏水较快的与电解液混合而不致结冰；冬季蓄电池容量降低，因此在冷起动前，应进行预热，以减少起动阻力矩。 C、每次接通起动机的时间不超过3s5s ,再次起动时,应在停止5s6s以后进行。2）蓄电池在维护作业时，应做到以下几点:a、经常清除蓄电池表面的灰尘污物，电解液溅到蓄电池表面时，应用抹布蘸10%浓度的苏打水或碱水擦净，电极桩和电线夹头上出现氧化物时应及时清除。b、经常疏通加液孔盖上的通气孔。c、定期检查和调整电解液的相对密度和液面高度。d、放完电的蓄电池在24h内应及时充电。 e、停驶车辆的蓄电池，每两个月应进行一次补充充电。 f、常用车辆的蓄电池，放电程度冬季达25、夏季达50%时即应充电，必要时及时进行补充充电。g、拆卸蓄电池电缆时，应先拆下蓄电池负极，再拆下蓄电池正极；安装蓄电池电缆时，应先安装蓄电池正极，再安装蓄电池负极，以免拆卸过程中造成蓄电池断路。（2）蓄电池的充电 1）电解液相对密度的选择蓄电池在使用过程中密度应根据地区,气候条件和制造厂的要求而定。2）充电方法铅酸蓄电池的充电方法有定流充电、定压充电和脉冲快速充电三种。a、定流充电图2-7 定流充电特性曲线在充电过程中，充电电流将保持恒定的充电方法，称为定流充电，如图2-7为定电流充电特性曲线。在充电过程中，随着铅蓄电池电动势的增高，就必须相应提高充电电压，才能保持充电电流的恒定。当单格电池电压上升到2.4V时，开始出现较多的气泡，应将充电电流减半，到完全充足电为止。采用定流充电法充电，不论6V或12V铅蓄电池均可串联在一起，如图2-8所示。但各个铅蓄电池的容量尽可能相同，否则，充电电流应以小容量的电池来计算。当小容量的铅蓄电池充足电后，应随即摘除，再继续给大容量的铅蓄电池充电。图2-8 定流充电接线定流充电有许多优点，主要是有较大的适应性，充电电流随意选择，有益于延长铅蓄电池的寿命。这种充电方法适用于新电池的启用、补充充电和去硫化充电等。但是充电时间较长，且需要经常调节充电电流。 b、定压充电定压充电是在充电过程中，将充电电压保持恒定的充电方法。汽车、拖拉机上均采用这种方法充电。定压充电中，铅酸蓄电池的电动势E、充电电流Ic变化规律，如图2-9所示。充电时，充电电压不变，随着充电的进行，充电电流将逐渐减小至零。所以在整个充电过程中无需专人照管。但这种充电方法由于开始充电电流较大，充电时间缩短，往往会影响蓄电池的技术性能和使用寿命，定压充电的接线如图2-10所示。 图2-9 定压充电特性曲线 图2-10 定压充电接线从接线的方式可知，所有充电的铅蓄电池与电源均接成并联，故又称并联充电。采用此法充电时，每条支路上铅蓄电池并联后的总电压均应相等，总容量也应相同。重点提示 定压充电电流大小不能调整,所以不能保证蓄电池彻底充足电；也不能用于蓄电池的初充电和去硫化充电。对于就车使用的蓄电池，为了防止产生硫化故障，必须定期（每2个月）拆下定流充电一次。c、脉冲快速充电脉冲快速充电，可克服充电过程中的极化现象，有效提高充电效率。充电时，分段设置充电电流，整个过程为：正脉冲充电-停充（25ms）-负脉冲（瞬间）放电或反充-再停充-再正脉冲充电。该充电方法显著的特点是充电速度快，即充电时间大大缩短。一次初充电只需5h左右，补充充电仅需lh左右。采用这种方法充电，还可以使蓄电池容量增加，使极板“去硫化”明显。但其缺点是充电速度快，析出的气体总量虽减少，可其出气率高，对极板活性物质的冲刷力强，故易使活性物质脱落，因而对蓄电池的使用寿命会有一定影响。3）充电工艺蓄电池的充电工艺很多，主要有初充电、补充充电和去硫化充电等。a、初充电对新电池或更换极板的蓄电池的首次充电，叫做初充电。初充电对于电池的使用性能影响极大。初充电的特点是充电电流小、充电时间长。新极板总避免不了受潮湿空气的氧化，电阻一般较大。采用小电流充电可防止温升过高。初次充电时，先选择密度合适的电解液并注入新电池内，静止68h，再将电解液液面高度调整到高于极板上面1015mm；再接通充电电路，把充电电流调节为额定电流的1/15。当单格电池电压上升至2.32.4V时，将充电电流减半后继续充电，直到电压和相对密度在23h内不再上升，并有大量气泡产生为止；最后调整电解液相对密度到规定数值，可以通过补充相对密度为1.40g/cm3的稀硫酸或蒸馏水来实现。注意初充电中可能出现温度升高的现象，所以要及时测量温度；当温度超过45时，应将充电电流减半，超过50时，应暂停充电，待温度低于40时，方可继续接通电路。初充电的时间大约40h60h。b、补充充电铅蓄电池的使用过程中，如因充电电压低或充电机会少等原因，致使电池的容量下降，应及时充电，称为补充充电。如果出现以下一些迹象时，必须进行补充充电：电解液相对密度下降到1.20 g/cm3以下时；冬季放电超过25%时，夏季放电超过50%时；灯光平时暗淡，表示电力不足时；起动无力时（并非机械故障）。补充充电的步骤是：按定流充电法接好电路，先以额定容量的1/10电流值充电，充到电压升至2.3 V2.4V（单格）；再将电流减半，一直充到单格电池电压达2.5 V2.7V，并在2h3h内保持不变，电解液相对密度也不再增高，同时电解液开始冒出气泡为止。c、去硫化充电铅蓄电池发生硫化故障后，内电阻将显著增大，充电时温度升高也较快。硫化严重的铅蓄电池只能报废，硫化程度较轻时，可用去硫充电，它是一种排故性充电方法。相关知识 铅蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置，在极度板上都会逐渐生成一层白色的粗晶粒的硫酸铅，这种硫酸铅晶粒很难在正常充电时溶解还原，因而导致容量下降，这种现象称为极板硫化。去硫化充电的操作过程是：首先倒出原电解液，并用蒸馏水冲洗两次，然后再加足够的蒸馏水；再接通充电电路，将电流调节到初充电的第二阶段电流值进行充电，当电解液相对密度上升到1.15g/cm3时，倒出电解液，换加蒸馏水，再进行充电，直到相对密度不再增加为止；最后进行一次以10h放电率放电，再将蓄电池充足电，电解液相对密度调整到标准值即可。去硫化充电的铅蓄电池，其容量应恢复到额定容量的80%以上。重点提示 不论是哪一种充电方法，都必须严格遵守以下几点：（1）严格执行充电规范；（2）监控单格电池的电压、电解液相对密度和温度，及时了解充电情况；（3）初充电必须连续进行，不可长时间断开；（4）配制和灌入电解液时，严格遵守安全操作规则和器皿的使用规则；（5）充电时，应经常备有冷水、10%的苏打水溶液或10%的氨水溶液；（6）室内充电时，打开电池的孔盖，使氢气、氧气顺利逸出，以免发生事故；（7）充电室严禁明火，并且通风良好；（8）充电时应先接牢电池线，停止充电时，先切断交流电源，然后拆下其它连接线。4）充电设备充电设备是指某种直流电源，汽车、拖拉机上采用的是由发动机带动的发电机。充电室采用电动机-发电机组、可控硅整流充电机、汽车万能电源等。电动机-发动机组由一台三相交流电动机驱动一台直流发电机发出直流电。电源功率大，充电电压和电流适用范围广，易于调整，但体积大，必须固定安装，不便于移动。因此，适于集中充电的大型充电场所。可控硅整流充电机利用整流元件将三相或单相交流电变为直流电。它体积小，整流特性好，承受反向电压高，反向电流小，同时硅整流器抗老化性强、寿命长，一般可永久性使用（3）蓄电池技术状况的检查为了及时发现蓄电池的故障，汽车每行驶1000km,或冬季行驶1015天，夏季行驶56天，需及时检查蓄电池的技术状况是否良好。1）电解液液面高度的检查如图2-11所示，用内径为4 mm6mm、长度约150mm的玻璃管检测电解液液面高度。要求液面高出隔板上沿10 mm15mm。对于半透明式蓄电池，液面应位于最高和最低液面标记之间。液面过低时，应补加蒸馏水；液面过高时，应用密度计吸出部分电解液。 图2-11 电解液液面高度的检查2）放电程度的检查a、电解液相对密度的检测电解液密相对密度与放电程度的关系是：密度每下降0.Olg/cm3,相当于蓄电池放电6%，当判定蓄电池在夏季放电超过50%，冬季放电超过25%时不宜再使用,应及时进行充电,，则会使蓄电池早期损坏。放电程度可用吸式密度计测量电解液密度来估算，如图2-12所示。 图2-12 电解液密相对密度的检测b、用高率放电计检测放电电压用12V高率放电计或蓄电池测试仪测量蓄电池的端电压，测量时将两个叉尖紧压在单格电池的正负极柱上，并保持3s5s。对于12V蓄电池,若电压稳定，保持在9.6V以上，说明蓄电池性能良好，但存电不足；若稳定在10.6 V11.6V, 说明存电较足；若电压迅速下降，则表示有故障。如图2-13为高率放电计的外形图。 图2-13 高率放电计2.2 交流发电机发电机市汽车电系的主要电源，由汽车发动机驱动。它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。目前，国内外汽车上广泛使用的是硅二极管交流发电机（简称硅整流发电机）。汽车上使用的交流发电机类型多样：按有无电刷可分为有刷式交流发电机和无刷式交流发电机两大类；按总体结构不同交流发电机可分为普通交流发电机、整体式交流发电机、带泵交流发电机和永磁交流发电机等类型；按整流器结构不同，交流发电机可分为六管交流发电机、八管交流发电机、九管交流发电机和十一管交流发电机；按磁场绕组搭铁型式不同，交流发电机可分为内搭铁型交流发电机和外搭铁型交流发电机；按定子绕组的连接型式不同又可分为Y型联接和型联接。2.2.1 六管交流发电机国内外生产的硅整流发电机结构基本相同，多是由一台三相同步交流发电机和一套六只硅二极管组成的整流器所组成。图2-14所示为国产JF132型硅整流发电机的分解图，交流发电机由转子总成、定子总成、皮带轮、风扇、前后端盖、电刷及整流器等部件组成。（1）转子总成 转子总成的作用是产生旋转磁场。它由转子轴、激磁绕组、两块爪形磁极、滑环等组成。如图2-15所示。在转子轴上压装有两爪极，每块爪极上各具有数目相同的鸟嘴形磁极，其空腔内装有导磁用的铁芯，称为磁轭。其上装有激磁绕组，激磁绕组的二根引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖内的两个电刷相接触。当电刷与直流电源相接时，便有电流流过激磁绕组，从而产生磁场，使一块爪极被磁化为N极，另一块为S极，形成了相互交错的6对磁极。图2-14 JF132型硅整流发电机的分解图图2-15 转子总成 激磁绕组的检测方法如图2-16所示，用万用表R1档检测两滑环之间电阻，应与标准相符。若阻值为“”，说明断路；若阻值过小，说明短路。用万用表电阻最大档检测滑环与转子轴之间的电阻，应为“”，否则为搭铁故障。图2-16 激磁绕组的检修（2）定子总成 定子总成的作用是产生三相交流电动势，它由定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成，定子铁芯槽内嵌入三相对称绕组。三相绕组的接法有星形、三角形两种方式，现在一般采用星形连接，图230所示为定子结构与三相绕组的星形联接。图2-17 定子总成检测定子总成时，可用万用表R1档检测定子绕组三个接线端，两两相测，如图2-18所示，阻值应小于1。若阻值为，说明断路。用万用表电阻最大档检测定子绕组接线端与定子铁芯间的电阻，应为，否则说明有搭铁故障。有搭铁故障应更换定子绕组或定子总成。 图2-18 定子绕组的检修（3）前、后端盖 端盖的作用是支承转子总成并封闭内部构造。它由铝合金制成，铝合金为非导磁性材料，可以减小漏磁，并且轻便、散热性好。在后端盖内装有整流器。（4）电刷与电刷架 两只电刷装在电刷的孔内，借弹簧的压力与滑环保持接触。目前，国产硅整流发电机的电刷有两种结构，如图2-19所示：一种电刷的更换在发电机外部进行，称为外装式；另一种电刷的更换在电机内部进行，称内装式。两个电刷中的一个与外壳绝缘称为绝缘电刷，其引线接到发电机后盖外部的接线柱上，成为发电机的磁场（F）接线柱。另一个电刷是搭铁的，称为搭铁电刷。图2-19 电刷与电刷架注意 根据激磁绕组搭铁位置的不同，发电机有内搭铁和外搭铁两种类型。内搭铁式交流发电机，其磁场绕组一端引线用镙钉固定在发电机后端盖上（标记“-”或“搭铁”）直接搭铁；外搭铁式交流发电机搭铁引线与机壳绝缘，通过所配的调节器而搭铁。外搭铁时，两个电刷接线柱分别用“F+”和“F-”（有时用“DF+”和“DF-”表示）。（5）风扇 风扇在发电机工作时，强制通风冷却发电机的内部，一般是用1.5mm的钢板冲制或用铝合金压铸而成，并用半圆键装在前端盖外侧的转轴上。（6）皮带轮 皮带轮是利用皮带将发动机的转矩传给发电机的转子，通常用铝合金制成，分单槽和双槽两种，利用风扇的半圆键装在风扇外侧的转轴上，再用弹簧垫和螺母紧固。（7）整流器 整流器的作用是把三相同步发电机产生的三相交流电变成直流电输出，以满足汽车电系的要求。它一般由散热板和六只汽车用硅二极管接成的三相桥式整流电路所组成。硅二极管的外形与表示符号如图2-20所示。 图2-20 硅二极管的外形与表示符号六只硅二极管的引线和外壳分别是它们的两个电极，分为两种类型：1）正极管子 正极管子中心引线为二极管的正极，外壳为负极，在管壳底上一般标有红字标记。在负极搭铁的硅整流发电机中，三个正极管子的外壳压装在散热板的三个孔中，这三只正极管子的外壳和散热板一起成为发电机的正极，由固定散热板的螺栓（此螺栓与后端盖绝缘）通至机壳外，作为发电机的火线接线柱“B”（“”、“A”或“电枢”接线柱）。2）负极管子负极管子中心引线为二极管的负极，外壳为正极，管壳底上一般有黑字标记。三个负极管子的外壳压装在后端盖的三个孔中，它们的三个外壳和发电机的外壳一起成为负极，如图2-21为硅二极管的安装示意图。 图2-21 硅二极管及散热板结构散热板形状为月牙形，它用铝合金制成，以利于硅二极管的散热，散热板与后盖之间用尼龙或其它绝缘材料制成的垫片隔开，并由螺栓固定在后端盖上。 CA1091型汽车用硅整流发电机（属外搭铁发电机）把整流器单独装在后端盖外。上海桑塔纳轿车用JFZ1813Z型硅整流发电机整流器也安装在后端盖外侧，只要打开塑料防尖罩，即可取出，不需将硅整流发电机解体，维修较方便。整流器的检查包括两个方面: 硅二极管性能检查和二极管的极性判别硅二极管性能检查时，将万用表的两测试笔接于二极管的两极测其电阻，正、反各测一次，若电阻值一大（10k）一小（810），差异很大，说明二极管良好。若两次测量阻值均为，则为断路；若两次测得阻值均为0，则为短路。判别二极管极性时，主要是利用万用表检测判定。检测时，将万用表的正测试笔（红色）接二极管引出极，负测试笔（黑色）接二极管的另一极，测其电阻。若阻值大于10K，则该二极管为正极管；若阻值为810，则该二极管为负极管。 相关知识 汽车交流发电机的型号是如何编制的？根据中华人民共和国汽车行业标准QC/T73-1993汽车电器设备产品型号编制方法的规定，国产汽车交流发电机型号组成如下：JF产品代号电压等级电流等级设计序号变型代号其中产品代号用字母表示，例：JF普通交流发电机、JFZ整体式（调节器内置）交流发电机、JFB带泵的交流发电机、JFW无刷交流发电机；电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例：1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统；电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示，其含义如表2-2所示；设计序号用12位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序；交流发电机以调整臂位置作为变型代号，从驱动端看，调整臂在左边用表示，调整臂在右端用表示，调整臂在中间不加标记。 表2-2 电流等级代号代号1234566789电流等级（A）19202930394049505960697079808990注：进口发电机不符合上述标准。硅整流发电机的工作原理如图2-22所示。发电机三相定子绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，彼此相差120电角度。当激磁绕组接通直流电时即被激磁，一块爪极形成N极，另一块爪极形成S极，两块爪极相互交错形成6对磁极。转子旋转时，激磁绕组所产生的磁场也随之旋转，形成旋转磁场，它与固定不动的定子绕组之间产生三个频率相同、幅值相等、相位互差120电角度的正弦电动势eA、eB和eC，其瞬时值分别为：eA=Emsinwt=Esinwt (2-1) eB=Emsin(wt-120)=Esin(wt-120) (2-2) eC=Emsin(wt+120)=Esin(wt+120) (2-3) 式中：Em- 每相电动势的最大值（V）； E- 每相电动势的有效值（V）； w-角频率（r/s）。发电机每相绕组中产生电动势的有效值：E=pKPNFn/60 式中：K- 绕组系数；P- 磁极对数；N- 每相绕组的匝数；n- 发电机转速(r/min)；F- 每极磁通(Wb)。图2-22 硅整流发电机的工作原理对于某一个发电机来说, pKPN/60是一个常量。由此可知，硅整流发电机每相绕组中产生的电动势的有效值与发电机转速和磁场的磁通量成正比。三相交流电动势是对称的，当外壳对称负载时，三相交流电压UA、UB和UC也是对称的，如图2-23所示。 图2-23 三相桥式整流电路和电压波形 硅整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电。在硅整流发电机中，六只硅二极管连接成三相桥式全波整流电器，如图2-23所示。图中三个正管子D1、D3和D5的负极连接在一起，正极分别接在发电机的三相绕组的首端。另外，三个负极管子D2、D4和D6的正极连接在一起，负极分别接在三相绕组的首端。根据导通原则，连接在一起的几个二极管子中，正极电位最高的二极管总是优先导通，即在某一时间内，只有正极电位最高或负极电位最低的管子才能导通。依据这一原则，可以从图2-23中的电压波形来分析整流过程。在t0时UA0，UC为正值，UB为负值，D1、D3和D5负极电位相同，而A、B、C三点中C电位最高，D5优先导通，使三个正极管子负极的电位等于C点电位，这时D1、D3因承受反向电压而截止。而D2、D4和D6的正极电位相同，A、B、C三点中B点电位最低，D4优先导通，使三个负极管子的正极电位等于B点电位，这时D2和D6承受反向电压而截止。这样，C、B两点之间的线电压的瞬时值加在负载RL上。在t1t2时间内，A相电位最高，B相电位最低，D1和D4导通，其余4只二极管截止，A、B两点之间线电压加在负载RL上。在t2t3时间内，D1和D6导通，其余4管截止依此类推，循环反复，六只二极管轮流导通，在负载RL两端得到一个较平稳的脉动直流电压。经整流后负载RL两端的直流电压即是硅整流发电机的直流输出电压，数值为三相交流电线电压的1.35倍，即U1.35U线2.34U相（星形连接） （2-4）每个硅二极管在一个周期内只导通13的时间，流过每个管子的平均电流亦为负载电流的13。每只硅二极管承受的最高反向电压等于线电压的最大值，即 UdmaxU线1.05U （2-5） 相关知识 三相定子绕组的接法有哪两种类型？ 三相定子绕组的接法有以下两种：一种是三角形接法。采用三角形接法时，三组线圈首尾相接，如图2-24所示。这种接法使高速时发电量大，低速时发电量小。由于汽车发电机必须在低速下也能保证发出足够的电，所以三角形接法很少使用。一种是星形（Y）接法。采用这种接法时，只是将三组线圈尾部相接。由于星形接法即使在低速下也能发出足够的电来，所以广泛地用在汽车交流发电机上。图2-24 定子绕组的两种接法注意 中性点当三相定子绕组采用星形连接时，三相绕组末端的公共接点称为中性点，标注为“N”，如图2-25所示 ，中性点对发电机外壳（即搭铁）之间的电压叫做中性点电压，它是通过三个负极管子整流后得到的直流电压，等于发电机直流输出电压的一半，即：UNU/2 （2-6） 中性点电压一般用来控制各种用途的继电器，如磁场继电器、充电指示继电器等。图2-25 中性点电压硅整流发电机刚开始发电时采取他励方式，即由蓄电池供给激磁电流；当发电机电压达到蓄电池电压时转为自励，即由发电机自身供给激磁电流。交流发电机的激磁电路如图2-26所示。图2-26 交流发电机激磁回路在硅整流发电机中，转子的爪极有一定的剩磁，当转子以一定的转速旋转时， 在三相绕组中产生感应电动势，经整流器整流后通过电刷和滑环加到激磁绕组上，激磁绕组有电流通过，使磁场加强，三相绕组中的感应电动势进下提高，促使磁场进一步增强，如此反复，使硅整流发电机电动势逐渐升高。上述过程存在的问题是，当加在硅二极管上的正向电压小于其死区电压时（约0.6V左右），二极管处于截止状态不导通，由于发电机剩磁较弱，所以发电机在低速运转时，不能建立电压，而只有在较高转速时（n1200min），发电机的电压才能很快上升，完成自励过程。为了克服硅整流发电机在低速时，不能建立电压的缺点，在发电机转速较低、发电机的端电压低于蓄电池端电压时，由蓄电池向发电机供给激磁电流（即他励），使发电机在较强的磁场下很快地建立起电压。这就使硅整流发电机的低速充电性能较好， 当发电机的端电压大于蓄电池电压时，由于发电机是与蓄电池并联供电的，因此，就自动地转为由发电机输出的电压向用电设备供电，同时还向自身的激磁绕组供给激磁电流。相关知识 硅整流发电机的工作特性硅整流发电机的工作特性主要是指硅整流发电机经整流后输出的直流电压、电流和转速之间的关系，一般包括输出特性、空载特性和外特性。输出特性是指发电机输出电压一定时（对12V的发电机规定为14V，对24V的发电机规定为28V，对内装电子调节器的12V及24V的整体式硅整流发电机，分别规定为13.5V和27V），发电机的输出电流与转速之间的关系，即输出电压U为常数时，I-n曲线，如图2-27所示。 图2-27 硅整流发电机的输出特性其中，n1为发电机空载时，输出电压达到额定电压的转速，称为空载转速，n2为发电机达到额定功率时的转速，称为满载转速，n1和n2是汽车硅整流发电机的主要指标。从输出特性曲线可知：a.硅整流发电机只需在较低的空载转速n1时，就能达到额定电压值，具有低速充电性能的优点。b.当转速达到一定值后，发动机的输出电流几乎不再继续增加，具有自身限制输出电流的能力，这是由于硅整流发电机的定子绕阻具有一定的阻抗，当转速升高时，尽管定子绕组中的感应电动势增加，但此定子绕组的阻抗也随转速的升高而增加，同时，定子绕组电流增加时，由于电枢反应的增强会使感应电动势下降，所以当发电机转速达到一定值时，发电机的输出电流几乎不变。使用这样的使用这样的发电机除特殊情况外，一般不需限流器。空载特性是指硅整流发电机空载时，输出电压与转速之间的关系，如图2-28所示。从曲线可以看出，随着转速的升高端电压上升较快，在较低转速下发电机就能从他励转入自励发电，即能向铅蓄电池进行补充充电。因此，从空载特性可以判定发电机充电性能是否良好。图2-28 空载特性曲线外特性是指转速一定时，发电机的转速的端电压与输出电流的关系，即n=常数时，U-I曲线，如图2-29所示。图2-29 外特性曲线从外特性曲线可看出，发电机的转速越高，输出电压也越高，转速对输出电压的影响较大，在汽车上，发电机是由发动机通过风扇皮带驱动旋转的，由于发动机工作时转速有很宽的范围内变化，而使发电机的转速也随之在较大范围内变化，而汽车用设备工作电压是恒定的（一般为6V或12V），因此，要求发电机工作时，输出电压应保持恒定。以使用电设备正常工作。所以，汽车上使用的硅整流发电机必须配用电压调节器，在发电机转速变化时，能保持发电机输出电压恒定。从外特性曲线还可以看出，随着输出电流的增加，发电机的端电压下降，因此，当发电机在高速运转时，如果突然失去负载，端电压会急剧升高，这时，发电机中的二极管以及调节器中的电子元件将有被击穿的危险。2.2.2 八管交流发电机图2-30 八管交流发电机原理图八管交流发电机与六管交流发电机结构基本相同，不同的是整流器有8只硅整流二极管，如图2-30所示，其中6只组成三相全波桥式整流电路，还有2只是中性点二极管，对中性点电压进行全波整流。试验表明：加装中性点二极管的交流发电机在结构不变的情况下可以提高发电机的功率10%15%。夏利轿车用的交流发电机就采用这种结构。2.2.3 九管交流发电机 九管交流发电机的基本结构和六管交流发电机相同，所不同的是整流器是由6只大功率整流二极管和3只小功率激磁二极管组成的交流发电机，如图2-31其中6只大功率整流二极管组成三相全波桥式整流电路，对外负载供电。3只小功率管二极管与三只大功率负极管也组成三相全波桥式整流电路专门为发电机磁场供电，所以称3只小功率管为激磁二极管。这种接法与内置式调节器相结合，可以使发电机的结构更为紧凑，对外接线更少。而且，仅用简单的充电指示灯即可指示发电机发电情况。丰田、通用公司的许多汽车就采用这种发电机