汽车电器-电源系.doc

、导入新课 自汽车问世一百多年来，汽车的发展给整个人类社会的生活带来了巨大的变化，汽车技术也取得了令人瞩目的进步。汽车电器设备是汽车的重要组成部分，汽车技术的发展，在汽车电器设备上的表现尤为突出，特别是电子技术在汽车上的广泛应用，在解决汽车节能降耗、行车安全、减少排放污染等方面起着越来越重要的作用。、新课讲授理论部分绪 论一、汽车电器主要组成部分 1电源系统包括蓄电池、发电机、调节器。其中发电机为主电源，发电机正常工作时，由发电机向全车用电设备供电，同时给蓄电池充电。蓄电池的主要作用是发动机启动时向启动机供电，同时辅助发电机向用电设备供电。调节器的作用是使发电机的输出电压保持恒定。2用电设备（1）起动系统包括直流电动机、传动机构、控制装置。其作用是用于启动发动机。（2）点火系统包括电源、点火线圈、分电器、火花塞。其任务是产生高压电火花，点燃汽油机发动机汽缸内的混合气。（3）照明系统包括汽车内外各种照明灯及其控制装置。用来保证夜间行车安全。（4）信号系统包括喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种行车信号标识灯。用来保证车辆运行时的人车安全。（5）仪表系统包括各种电器仪表（电流表、电压表、机油压力表、温度表、燃油表、车速及里程表、发动机转速表等）。用来显示发动机和汽车行驶中有关装置的工作状况。（6）辅助电器系统包括电动刮水器、空调器、低温启动预热装置、收录机、点烟器、玻璃升降器等。（7）电子控制系统包括电控燃油喷射装置、电子点火装置、制动防抱死装置、自动变速器。二、汽车电器系统的基本特点1双电源供电汽车电源系统由蓄电池和发电机并联供电。2.低压直流汽油车多采用12V，柴油车多采用24V。优点是安全性好。3单线制单线制即从电源到用电设备使用一根导线连接，而另一根导线则用汽车车体或发动机机体的金属部分代替。单线制可节省导线，使线路简化、清晰，便于安装与检修。4负极搭铁将蓄电池的负极与车体相连接，称为负极搭铁。电源系统汽车电源系统主要由发电机及与发电机相匹配的电压调节器、蓄电池、电流表等组成，由绪论的学习中，我们得知蓄电池、发电机和用电设备都是并联的，起动时，蓄电池向起动机供电，达到电起动的目的。下面我们学习蓄电池。蓄电池是一种可逆的化学电源，一旦连接外部负载或接通充电电路，便开始进行能量转换过程。汽车常用蓄电池有湿荷电蓄电池、干荷电蓄电池。少维护蓄电池、免维护蓄电池等蓄电池的功用是：发电机启动时，给起动机、点火系统和电子燃油喷射系统供电，其起动电流可达200-600A。在发电机刚起动和怠速状态下，发电机电压低于蓄电池供电电压，这时，蓄电池向用电设备和发电机的励磁绕组供电。当用电设备同时接入过多致使发电机过载时，蓄电池协助发电机供电。当发电机处于中高速运转、发电机的端电压高于蓄电池的电动势时，蓄电池将一部分电能转化成化学能储存起来，即充电。蓄电池充当一个大电容器，吸收电路中的瞬时过电压，保护汽车上的电子设备。一、蓄电池的结构 蓄电池由3只或6只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为2V，串联成6V或12V以供汽车选用。蓄电池主要由极板、隔板、电解液和外壳组成。其结构如图1-2。（一）极板1.功用极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充放电过程中，电能与化学能的相互转换依靠极板上的活性物质与电解液中的硫酸的化学反应来实现。极板分正、负极板两种。2.组成由栅架和活性物质组成。结构见图1-3。 （1）栅架由铅锑合金浇铸而成。结构见图1-4。锑可以提高机械强度和浇铸性能。但是锑会加速氢的析出而加速电解液的消耗，还会引起蓄电池自放电和栅架腐烂，缩短蓄电池使用寿命。目前，多采用铅低锑合金栅架或铅钙锡合金栅架。（2）活性物质正极板上的活性物质为二氧化铅（PbO2），深棕色（2.2mm）负极板上的活性物质为海绵状纯铅（Pb），青灰色（1.8mm）3.极板组一片正极板和一片负极板浸入电解液中，可得到2V左右的电动势，为增大蓄电池容量，常将多片正、负极板分别并联组成正、负极板组。注意：因为正极板的强度较低，所以在单格电池中，负极板总比正极板多一片。是每一片正极板都处于两片负极板之间，保持其放电均匀，防止变形。（正极板N、负极板N+1、隔板2N）（二）隔板1.功用：在正负极板间起绝缘作用，使电池结构紧凑。2.特征（1）隔板有许多微孔，可使电解液畅通无阻。（2）隔板一面平整，一面有沟槽，沟槽面对着正极板，且与底部垂直，使充放电时，电解液能通过沟槽及时供给正极板，当正极板上的活性物质PbO2脱落时能迅速通过沟槽沉入容器底部。（三）电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配置而成，加入每个单格电池中。40的硫酸+60蒸馏水配制而成。电解液密度一般为1.241.28g/。（四）外壳壳体用于盛装电解液和极板组。外壳应耐酸、耐热、耐振动冲击。外壳由橡胶外壳和聚丙烯塑料两种，普遍采用的是塑料外壳，其有壳壁薄、质量轻、易于热封合、生产效率高等优点。外壳为整体式结构，壳内间壁分成3个或6个互不相通的单格。蓄电池单格电池之间均用铅质联条串联，见图1-7。每个单格电池设有一个液孔，可以加注电解液或检测电解液密度。孔盖上设有通气孔，便于排出蓄电池内部气体，防止外壳涨裂，发生事故。二、蓄电池的型号机械工业部JB2599-85铅蓄电池产品型号编制方法标准规定，蓄电池的型号为： 第部分表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字表示，蓄电池的标准电压是该数字的2倍。第部分表示电池类型和特征，用两个汉语拼音字母表示。第一个字母为“Q” 表示启动型铅蓄电池。第二个字母表示电池结构特征。如：干荷蓄电池用“A”表示；薄型极板用“B”表示；免（无）维护蓄电池用“W”表示。第部分表示额定容量，指20h率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为Ah，单位略去不写。在其后用一个字母表示特殊性能，如：高启动率用“G”表示；塑料槽用“S”不是；用“D”表示低温启动性好。例：6-Q-105：6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为105Ah 的起动型蓄电池。6-QA-60：？三、蓄电池的工作原理和工作特性（一）工作原理 蓄电池属于二次电池，其充电过程和放电过程是一种可逆的电化学反应。1、 充电过程的电化学反应所谓充电过程，就是电能转化为化学能的过程。具体来说，就是在外加电场的作用下，正极板上的硫酸铅被氧化为二氧化铅；负极板上的硫酸铅被还原成海绵状铅，电解液中的水转变为硫酸的过程。 充电时，蓄电池的两极板接通直流电源，其电压高于蓄电池的电动势，于是充电电流从正极进入，负极流出。充电时，水被消耗，而硫酸增多，电解液密度逐渐上升。2、 放电过程的电化学反应蓄电池的放电过程就是化学能转变为电能的过程。化学反应式见下。外电路接通后，则电动势使电路内产生电流，电子从负极板通过外电路流往正极板，生成难熔于稀硫酸的硫酸铅PbSO4 沉附在正极板上。在放电过程中，正、负极板的活性物质PbO2和Pb都不断地转变为PbSO4，电解液中硫酸逐渐减少，而水逐渐增多，因此电解液密度不断下降。 蓄电池的化学反应方程式为:由蓄电池充放电时的电化学反应过程可得出以下结论：蓄电池充电时，由于正极板的活性物质产生反应，产生氧气逸出；负极板发生化学反应，产生氢气，形成气泡。蓄电池在放电时，电解液中的硫酸逐渐减少而水增多，电解液密度下降；充电时则相反，电解液密度增加。因此我们可通过测量电解液密度的方法来判断蓄电池充放电的程度。（二）蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性包括：静止电动势、内阻、充电特性和放电特性1静止电动势ES蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。在密度为1.051.30g/cm3范围内ES=0.85+25C（V）其中，25C（V）为25C时电解液的相对密度25C=T+0.0007（T-25）汽车用蓄电池的电解液密度一般在1.12-1.30g/cm3之间，因此ES=1.972.15（V）2内阻电流流过蓄电池时所受到的阻力称为蓄电池的内阻。蓄电池的内阻包括以下几部分：（1）极板内阻 很小，随活性物质的变化而变化，充电时变小，放电时变大。（2）隔板内阻 与材料有关（3）电解液内阻 温度升高，内阻下降；内阻与密度关系密度见图1-11。（4）联条内阻 很小，为定值3放电特性恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf 和电解液密度25 随时间f而变化的规律。放电特性曲线图1-1225按直线规律下降。恒流放电，电流值一定，化学反应速度一定，单位时间消耗的硫酸量一定。Uf 变化规律：Uf =EIf Ri（1）开始放电阶段端电压由2.14V迅速下降至2.1V极板孔隙内硫酸迅速消耗，电解液密度迅速下降，浓差极化增大，端电压迅速下降。（2）相对稳定阶段 端电压由缓慢下降至1.85V极板孔隙外向孔隙内扩散的硫酸与孔隙内消耗的硫酸达到动态平衡，孔内外电解液密度一起缓慢下降，所以端电压缓慢下降。（3）迅速下降阶段端电压由1.85V迅速下降至1.75V。放电接近终了时，电化学极化、浓差极化、欧姆极化显著增大，端电压迅速下降。蓄电池放电终了的特征（1）单个电压降到放电终止电压(单池终止电压和放电电流有关)（2）电解液密度降到最小终止值，约为1.114充电特性在恒流充电过程中，蓄电池的端电压UC 和电解液密度25 随时间C而变化的规律。恒流充电特性曲线见图1-13。25按直线规律上升。恒流放电，电流值一定，化学反应速度一定，单位时间生成的硫酸量一定。UC 变化规律：UC = E + IC Ri（1）充电开始阶段端电压迅速上升。开始充电时，孔隙内迅速生成硫酸，浓差极化增大，端电压迅速上升。（2）稳定上升阶段端电压缓慢上升至2.4V左右。孔隙内生成的硫酸向孔隙外扩散，当硫酸生成的速度与扩散速度达到平衡时，端电压随整个容器内电解液密度变化而缓慢上升。（3）充电末期电压迅速上升到2.7V左右，且稳定不变，电解液呈沸腾状态。活性物质还原反应结束后的充电称为过充电，充电电流用于电解水，应避免长时间过充电。（4）充电停止后，端电压逐渐下降至静止电动势。蓄电池充电终了的特征（1）端电压和电解液密度上升到最大值（2.7V），且在2h小时内不上升。（2）电解液中剧烈冒汽泡，呈沸腾现象。(电解水)常用维修工具与测试仪器的使用一、 跨接线跨接线是一段多股导线，两端分别接有鳄鱼夹或插头。其作用是用来检查部件的工作情况。在电控发动机中，可以用来进行人工调码。二、 测试灯 测试灯主要是用于汽车线路故障的检查，根据灯的亮熄及明暗程度可判断线路有无断路、短路和搭铁故障以及被测线路电压的大小。三、 万用表常用的万用表有指针式和数字式两种. 汽车专用万用表高阻抗数字式万用表四、 密度计 密度计是用来测量蓄电池电解液的相对密度，从而判断蓄电池的存电量。实操部分一、 蓄电池的使用 蓄电池的正负接线柱的识别 新电池一般铸有“+”的接线柱为正，有“-”的接线柱为负； 使用过的铅蓄电池，观察接线柱自然颜色，呈深褐色的为正极，浅灰色的为负极 根据接线柱表面硬度判断。用螺丝刀在接线柱表面轻划，较坚硬的为正极，反之为负极。 也可以用万用表电压档检测。将万用表置于相应的电压档位，测蓄电池电压：当指针偏摆正常时，红表笔对应的为正极，黑表笔对应的为负极。2、正确安装蓄电池安装蓄电池时，必须将其牢固地放置在尺寸合适的地方，并塞好防震垫，以免汽车行驶时蓄电池在汽车上振动。联条和极桩上应涂上凡士林，以防腐、防锈。电池引线夹头上紧固，接触应良好。拆装移动蓄电池时，应注意轻搬轻放，严禁在地上拖拽。 搭铁极性必须与发电机一致，不得接错。 拆蓄电池的时候，应先拆负极，后拆正极；拆卸时相反。3、 蓄电池的维护检查清理蓄电池外部的脏物及渗漏电解液，经常保持其清洁干燥；及时清除极桩和引线夹头上的氧化物，应予以紧固。保持加液孔螺塞上的通气孔畅通，通气孔不通时，应及时予以畅通。定期检查并调整电解液液面高度，普通型铅蓄电池的电解液液面应高出防护板1015mm，干荷电和免维护蓄电池液面高度应达到液面指示的高度。液面不足时，一般应补加蒸馏水，切记勿乱加自来水、井水、河水、稀硫酸等。汽车每行驶1000Km或夏季行驶56天，冬季行驶1015天，应用密度计或高率放电计检查一次蓄电池的放电程度，当冬季放电超过25，夏季放电超过50，应及时将蓄电池从车上拆下进行补充充电。根据季节和地区的变化及时调整电解液的密度。蓄电池在冬季的使用与维护工作： 冬季应经常保持蓄电池处于充足电的状态，以防电解液密度减低而结冰，引起外壳破裂、极板弯曲和活性物质脱落等故障。 冬季应适量加入密度为1.40的电解液，以调高电解液的密度（一般比夏季高0.020.04为宜） 冬季向蓄电池内补加蒸馏水时，必须在发电机运转，发电机向蓄电池充电的情况下进行，以免水和电解液混合不均而引起结冰。 起动发动机时，每次接通起动机的时间不应超过5s；如须重复起动，应间隔15s后再进行，以使得电解液充分渗入极板。二、 蓄电池的检查 1、蓄电池的外观检查：检查外壳是否破裂、封口胶是否开裂、连接条有无断裂、极桩有无损坏。外壳破裂可直接从外部观察。2、用高电率放电计检查：高率放电计由一个3V电压表和一个具有一定电阻值的负载电阻组成。测量时应将其两个尖端禁压在蓄电池的正、负极桩上，保持5s左右，观察电压表所保持的电压值，即可判断该蓄电池的放电程度。测量的电压值放电程度（）1.71.801.61.7251.51.6501.41.5751.31.4100用高率放电计判断蓄电池有无故障高率放电计测量时的现象技术状态5s内电压稳定在1.7V以上良好电压稳定在1.51.7V，5s内保持稳定存电不足，需充电电压低于1.5V且迅速下降有故障3、用密度计测量电解液的密度值，估算放电程度电解液密度可用吸式密度计测量。首先旋下加液孔螺塞，并将密度计的下端插入加液孔内，轻捏橡皮球，吸入少量电解液，使密度计中的浮子浮起，电解液液面所在的浮子上的刻度值即为电解液的密度值。经验表明，电解液密度值每降低0.01，相当于蓄电池放电6，这样便可估算出蓄电池的放电情况。三、 铅蓄电池的充电1、 充电方法（串联）铅蓄电池的充电方法主要有定流充电法、定压充电法和脉冲快速充电法几种。定流充电法是指在充电全过程中，保持充电电流始终恒定不变的充电方法，其充电电流值一般为额定容量值的1020。它广泛应用于初充电、补充充电、去硫化充电等。每单格电池充足电时需2.7V，故被充蓄电池串联的个数由充电机的额定电压确定，一般可按下式计算：串联12V铅蓄电池的个数充电机额定电压值/62.7特点：充电电流的大小可以根据被充蓄电池的不同容量加以控制，充电过程符合电化学反应要求，有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命。充电时间长。被充电池的容量最好一样。定压充电法（并联）是指在充电过程中，加在被充蓄电池两极桩的电压保持恒定的充电方法。汽车上的蓄电池采用的就是这种充电方法。被充电池与电源均结成并联，每条支路上的蓄电池并联后的总电压均应相等。对12V蓄电池充电时，电源电压应为14.80.05V。定压充电时，最大充电电流不得超过额定容量的1/3。特点：充电时间短，且充电过程中不需专人看管。因为定压充电时开始充电电流较大，所以充电较快，一般只需45h就能使蓄电池获得9095的容量。并且由于充电电压不变，随着充电的进行，蓄电池电动势增高，使充电电流会逐渐减小至零。不能调节充电电流的大小，不适于对蓄电池的初充电，也不能用于消除硫化，一般适用于对蓄电池的补充充电，以及免维护型蓄电池的充电。2、 充电种类初充电是指对新启用的或极板换新检修后的蓄电池，进行的第一次充电。初充电的特点是充电电流小，充电时间长，化学反应充分。操作步骤如下： 加注电解液 检查蓄电池的外壳有无破裂，通气孔是否堵塞。加注一定密度的电解液，液面应高出极板上沿15mm。放置46h，使极板浸透。 按定流充电法将被充电池串联起来，然后将蓄电池的正极桩接充电机正极，蓄电池的负极桩接充电机输出端负极。 进行充电：分两个阶段进行，第一阶段用蓄电池额定容量的1/15的充电电流充电，直至电解液由气泡冒出，单格电池的端电压达到2.4V以上。第二阶段，改用蓄电池额定容量的1/30的充电电流充电，直至电解液中剧烈冒出气泡，密度和端电压连续23h稳定不变时为止，整个充电时间约为6070h。补充充电是指对使用中的电池在无故障的情况下，为保持或恢复其额定容