汽车电气系统的组成与特点

电气一、汽车电气系统的组成现代汽车所装备的电气系统，按其用途可大致归纳并划分为下面四部分：1. 电源系统电源系统包括蓄电池、发电机及其调节器。前两者是并联工 作，发电机是主电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器的作用是在发电机转速升高时，自动调节发电机的输出电压使之保持稳定。2. 用电系统汽车上用电系统大致可分为以下几类：(1) 起动系：主要机件是启动机，其任务是起动发动机。(2) 点火系：它是汽油发动机的组成部分，包括电子点火系统或传统点火系统的全部组件。其任务是产生高压电火花，按发动机的工作顺序点燃气缸内的可燃混合气。(3) 照明系统：包括车内外各种照明灯以及保证夜间安全行车 所必须的灯光， 其中以前照明灯最为重要。军用车辆还增设了防空照明。(4) 信号系统： 包括电喇叭、 蜂鸣器、 闪光器及各种信号灯等， 主要用来保证安全行车所必要的信号。(5) 电子控制系统：主要指由微机控制的装置，包括：电子控 制点火装置、电子控制燃油喷射装置、电子控制防抱死制动装置、-可编辑修改 -电子控制自动变速装置等，分别用来提高汽车的动力性、经济性、安全性、排气净化和操纵自动化等性能。(6) 辅助电器： 包括电动刮水器、低温起动预热装置、空调器、收录机、点烟器、防盗装置、玻璃升降器、座椅调节器等。辅助电器有日益增多的趋势，主要向舒适、 娱乐、保障安全方面发展。3. 检测系统包括各种检测仪表如电压表、电流表、水温表、油压表、燃油表、车速里程表、发动机转速表和各种报警灯，用来监测发动机和其它装置的工作情况。4. 配电系统配电系统包括中央接线盒、电路开关、保险装置、插接件和导线等，以保证线路工作的可靠性和安全性。二、汽车电气系统电系的特点汽车电气系统具有以下四个特点：1. 低压汽车电系的额定电压有12伏（ v ）、24v两种，汽油车普遍采用12v 电系，而柴油车多采用24v电系。电器产品额定运行端电压，对发电装置12v电系为14v ；对24v 电 系为28v 。对用电设备电压在0.9 1.25 倍额定电压范围内变动时应能正常工作。2. 直流汽车电系采用直流是因为起动发动机的启动机，为直流串激式电动机， 其工作时必须由蓄电池供电，而蓄电池消耗电能后又必须用直流电来充电。3. 单线制是指从电源到用电设备只用一根电线连接，而另一根导线则由金属部分如车体、发动机等代替作为电器回路的接线方式，具有节省导线、简化线路、方便安装检修、电器元件不需与车体绝缘等优点而得到广泛采用。但在个别情况下，也采用双线制。4. 负极搭铁采用单线制时，蓄电池的负极必须用导线接到车体上，称为 负极搭铁， 这是国家标准规定的，也是交流发电机正常工作的必要条件。第二节蓄电池的构造与识别一、蓄电池的与类型（一） 功用蓄电池是一种可逆的低压直流电源， 是汽车电源的重要组成部分。蓄电池既能将化学能转换为电能， 也能将电能转换为化学能。它的作用是：1. 起动发动机时， 供给起动机大电流， 故称为起动型蓄电池。2. 在发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。3. 当用电设备短时间耗电超过发电机供电能力时，协助发电机向用电设备供电。4. 蓄电池存电不足，而发电机负载又较小时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来(即充电 )。另外，蓄电池相当于一个大电容器，它可随时将发电机产生的过电压吸收掉，起到保护晶体管、延长其使用寿命的作用。（二）类型按其外部结构可分为：橡胶槽和塑料槽蓄电池。按其性能可分为：湿荷电、干荷电和免维护蓄电池等。目前汽车上广泛采用 干荷电、免维护塑料槽的铅酸蓄电池。二、蓄电池的结构和识别铅酸蓄电池的构造如图4-1所示。它主要有极板、隔板、电解液和外壳等部分组成。1. 极板极板分正极板和负极板，每片极板均由栅架和活性物质构 成。制成正极板上的活性物质为二氧化铅，呈棕红色；负极板上 的活性物质为海绵状纯铅，呈青灰色。为了增大蓄电池的容量， 需要把正、 负极板分别焊成极板组，且负极板组比正极板组多一片。图 4-1干荷电蓄电池的结构1- 外壳2-正极板3-加液孔螺塞4- 电池盖5- 负极柱6- 负极板组7- 正极板组8-隔板 9- 负极板10- 正极板2. 隔板隔板通常用木质、微孔橡胶、微孔塑料或玻璃纤维制成。隔 板安装在正负极板之间，防止正负极板相碰而短路。隔板一面制有沟槽，装配时有沟槽面应竖直面向正极板。3. 电解液电解液由纯净硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。其密度大小可用密度计测量，一般为1.23 1.30g cm 3 之间。4. 外壳蓄电池外壳用橡胶或塑料制成整体，用以储存电解液和支承极板。相邻两单格之间有隔壁，把每个外壳分成三个或六个单格。5. 极柱与穿壁式联条每个单格电池都有正、 负两个极柱， 分别连接正、 负极板组，连接正极板组的叫正极柱， 连接负极板组的叫负极柱。 正极柱接起动机开关接柱，负极柱接车架 (接铁)。穿壁式联条用来连接相邻单格电池的正、 负极柱， 使单格电池相互串联成多伏的电池。如一只 12v 的蓄电池由 6 个单格电池串联而成。三、蓄电池的型号标志根据原机械工业部标准jb2599-1985铅蓄电池产品型号编制方法规定，蓄电池型号由三部分组成，各部分之间用破折 号分开，其内容及排列如下：（ 1）（ 2）（ 3）（ 4）（ 5）串联单格电 池 数蓄 电 池蓄 电 池类型类型额 定容 量特 殊性 能(1) 串联单格电池数。指一个整体壳体内所包含的单格电池数目，用阿拉伯数字表示。(2) 电池类型。根据蓄电池主要用途划分。启动型蓄电池用“q” 表示，代号“q”是汉字“起”的第一个拼音字母。(3) 电池特征。为附加部分，仅在同类用途的产品具有某种特征，而在型号中又必须加以区别时采用。如用干荷电蓄电池，则用汉字“干”的第二个拼音字母“a”表示；如为无需(免)维护蓄电池，则用“无”字的第一个拼音字母“w ”来表示。当产品同时具有两种特征时，原则上应按表 4-1 顺序用两个代号并列表示。(4) 额定容量。是指20h率额定容量，用阿拉伯数字表示， 单位为安培 小时 (a h)，在型号中可略去不写。蓄电池容量通常以正极板的片数n 来估算，每片标准正极板额定容量cs为 15 ah ，则蓄电池额定容量c20 = cs n。(5) 特殊性能。在产品具有某些特殊性能时，可用相应的代号加在型号末尾表示。如“g”表示薄型极板的高启动率电池， “s”表示采用工程塑料外壳与热封合工艺的蓄电池。表 4-1蓄电池产品特征代号序号产品特征代号序号产品特征代号1干荷电a7半密封式b2湿荷电h8液密式y3免维护w9气密式q4少维护s10激活式i5防酸式f11带液式d6密封式m12胶质电解液式j例 1： 东风eq2102型越野汽车用6-qw-180型蓄电池： 表示由6 个单格电池组成，额定电压为12v ，额定容量为180a h的启动型免维护蓄电池。例 2：解放cq1121j载货汽车用6-qaw-180型蓄电池： 表示由6 个单格电池组成， 额定电压为12v ，额定容量为180a h的启动型干荷电免维护蓄电池。例 3： 北京bj2020型吉普车用6-qa-60型蓄电池： 表示由6 个单格电池组成，额定电压为12v ，额定容量为60a h 的启动型干荷电蓄电池。四、铅酸蓄电池工作原理铅酸蓄电池的充、放电是由正极板上的活性物质二氧化铅（ pbo 2）和负极板上的活性物质海绵状的纯铅（pb ）与电解液中的硫酸（ h 2so 4）发生化学反应来完成的。(一)电动势的建立当正、负极板浸入电解液后，在单格蓄电池的正负极柱间产生电动势。在正极板处，少量pbo 2 溶入电解液，与水（h2o） 生成pb （ oh ） 4，再分解成四价铅离子（pb 4+）和氢氧根离子（ oh ）。即：pbo 2 2h 2opb （ oh） 4pb （ oh ）4pb 4+ 4oh pb 4+沉附于极板的表面，oh 留在电解液中，使正极板相对于电解液具有正电位。当达到平衡时，约为2.0v 。在负极板处金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向， 因而有少量铅进入溶解，生成二价铅离子（pb 2），在极板上留下两个电子（2e ），使极板带负电；另一方面，由于正、负电荷的吸引，pb 2 有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便停止，负极板相对于电解液具有负电位，约为 0.1v 。因此，在外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的电动势为：2.0 （ 0.1 ） 2.1v这是单格蓄电池正负极间的电动势，对于6 个单格串联而成的一块蓄电池，则其电动势为2.1 6 12.6v 。(二)放电过程将蓄电池的化学能转换为电能的过程称为放电过程，如图4-2 a 所示。图 4-2蓄电池充放电过程(a) 放电过程(b) 放电终了(c)充电过程蓄电池接上负载，在电动势的作用下，电流从正极经过负载 流向负极（即电子从负极流向正极），使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。4电解液中h2so 4 的电离过程为：h 2so 42h so 2 4在正极板处， pb 4+ 与电子结合变成 pb 2，pb 2 与电解液中的硫酸根离子（ so 2 ）结合生成 pbso 4 沉附于极板上，即： pb 4+4 2e pb 2；pb 2so 2 pbso 4。44在负极板处， pb 2 与电解液中的 so 2 结合也生成 pbso 4 沉附于负极板上，而极板上的金属铅继续溶解，生成pb 2 和电子，即： pb 2epb2； pb 2 so 2 pbso 4。在电解液中， h 和 oh 结合生成水，即： 4h 4oh 2h2o。如果电路不中断，上述的化学反应继续进行，使正极板上的pbo 2 和负极板上的pb 都逐渐转变为pbso 4，电解液中的h2so 4含量逐渐减少而水含量增多，故电解液的相对密度下降。同时因pbso 4 的导电性比pbo 2 和 pb差，随其含量的逐渐增加其内阻 增大，使供电能力下降。蓄 电池 在放 电过 程 中总 的化 学反 应 方程 式为 ： pbo 2 2h2so 4pb 2pbso 4 2h 2o(三)充电过程将电能转换成蓄电池的化学能的过程称为充电过程，如图4-2c所示。充电时，蓄电池应接直流电源，蓄电池的正极接电源正极，蓄电池负极接到电源负极。当电源电压高于蓄电池的电动势时，在电场力作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出（即驱使电子从正极经外电路流入负极）。这时在正负极发生的化学反应正好与放电过程相反。在电场力的作用下，正、负极板上的硫酸铅和电解液中的水均发生电离。即：4pbso 4pb 2so 2 ； h 2oh oh 在正极板处，pb 2失去两个电子2e 变成 pb 4，与电解液中的 oh 结合生成pb（oh ）4。它又分解为pbo 2 和 h2o， pbo 2 附着在正极板上，即：pb 2 2e pb 4+；pb 4+ 4oh pb（oh ）4；pb（ oh ）4pbo 2h2o。在负极板处，pb 2在电场力的作用下获得两个电子2e变成金属铅，并附着在负极板上。即：pb 2 2e pb 。在电解液中，h和 so 2 结合生成pbso 4，即： 2h so 244h2so 4。可见，在充电过程中，正、负极板上的pbso 4 将逐渐恢复为pbo 2 和 pb ，电解液中的硫酸含量逐渐增多，水含量逐渐减少。当 pbs