汽车电器与电子控制系统第一章

1、汽车电器与电子控制系统第一章课程总体介绍 1.1.汽车电器与电子控制系统的组成、构造、汽车电器与电子控制系统的组成、构造、原理、特性、使用和维护等知识。原理、特性、使用和维护等知识。 2.2.本课程共本课程共8080学时，理论课学时，理论课6060学时，实验学时，实验课课2020学时。学时。= =卷面（卷面（70%70%）+30%+30%）主要参考教材：主要参考教材： 李涵武李涵武.汽车电器与电子技术汽车电器与电子技术.哈尔滨工业大哈尔滨工业大学出版社学出版社 冯冯 渊渊.汽车电器与电子控制技术汽车电器与电子控制技术.机械工业机械工业出版社出版社汽车电器汽车电器 第第1 1章章 车载电源车载电

2、源 概述概述 蓄电池蓄电池 交流发电机及调节器交流发电机及调节器1.1 1.1 概概 述述（1 1）低压：汽车电源的额定电压主要有）低压：汽车电源的额定电压主要有1212、 24V 24V 二种，二种，42V42V系统研发后期。系统研发后期。（2 2）直流：主要由起动机的电能来源）直流：主要由起动机的电能来源蓄电蓄电 池的充电来考虑的。池的充电来考虑的。（3 3）单线制：用汽车底盘、发动机等金属机体）单线制：用汽车底盘、发动机等金属机体 作为另一公共作为另一公共“导线导线”。（4 4）负极搭铁：汽车电器系统已统一定为负极搭铁。）负极搭铁：汽车电器系统已统一定为负极搭铁。 1.1.特点特点2.2

3、.汽车电源的组成汽车电源的组成3.3.蓄电池在下列情况下工作：蓄电池在下列情况下工作： （1 1）起动时供电）起动时供电 （2 2）发电不足时供电）发电不足时供电 （3 3）电网过载时供电）电网过载时供电 （4 4）充电）充电 （5 5）吸收瞬变过电压，稳定电网电压）吸收瞬变过电压，稳定电网电压 蓄电池的种类很多，在汽车上广泛采用铅酸蓄电池。蓄电池的种类很多，在汽车上广泛采用铅酸蓄电池。1.2 1.2 蓄电池蓄电池蓄电池一般由蓄电池一般由6个单格个单格电池串联而成，每个单格电电池串联而成，每个单格电池电压为池电压为2V一一. . 铅蓄电池构造铅蓄电池构造（1）蓄电池的结构）蓄电池的结构 （2）

4、极板和极板组）极板和极板组 极板是蓄电池的核心部分，极板分为正极板是蓄电池的核心部分，极板分为正极板和负极板两种。极板由栅架和活性物质极板和负极板两种。极板由栅架和活性物质组成。组成。 （3）隔板）隔板 为了减少蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内为了减少蓄电池的内阻和尺寸，蓄电池内部正负极板应尽可能地靠近，但为了避免部正负极板应尽可能地靠近，但为了避免彼此接触而短路，正负极板之间要用隔板彼此接触而短路，正负极板之间要用隔板隔开。隔开。（4）电解液）电解液 电解液是硫酸的水溶液，由纯硫酸和蒸电解液是硫酸的水溶液，由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配置而成，密度一馏水按一定比例配置而成，密度一3_3（5）壳体）

5、壳体（6） 蓄电池的规格型号蓄电池的规格型号串联单格数电池类型和特征额定容量串联单格数电池类型和特征额定容量二二. .蓄电池工作原理蓄电池工作原理4PbOHPbOHPbOHPbOHPbO44422)()(2（1 1）电动势的建立）电动势的建立(2)(2)蓄电池放电过程蓄电池放电过程OHPbSOPbSOSOHPbPbO24442222(3)(3)蓄电池充电过程蓄电池充电过程OHPbSOPbSOSOHPbPbO24442222三三. .蓄电池工作特性蓄电池工作特性1 1、静止电动势、静止电动势 静止电动势静止电动势Ej是蓄电池在静止状态下（不充电、是蓄电池在静止状态下（不充电、不放电）正负极板的电

6、位差（即开路电压），其不放电）正负极板的电位差（即开路电压），其大小取决于电解液的相对密度和温度。大小取决于电解液的相对密度和温度。 Ej=0.84+r25 C，r25 C=rt + (t 25)2 2、内电阻、内电阻 蓄电池的内电阻包括极板、隔板、电解液、铅蓄电池的内电阻包括极板、隔板、电解液、铅连接条的内阻。铅蓄电池的内电阻一般很小，这连接条的内阻。铅蓄电池的内电阻一般很小，这样可以获得较大的放电电流。样可以获得较大的放电电流。3 3、蓄电池放电特性、蓄电池放电特性 以以20h的放电率恒流的放电率恒流If放电，其端电压放电，其端电压Uf、电动势、电动势E、电解液密度、电解液密度r的变化规律

7、的变化规律。4 4、蓄电池充电特性、蓄电池充电特性 以以20h的充电率恒流的充电率恒流Ic放电，其充电电压放电，其充电电压Uc、电、电动势动势E、电解液密度、电解液密度r的变化规律的变化规律。四四. .蓄电池容量蓄电池容量1.铅蓄电池的容量：铅蓄电池的容量： 蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电能力，一只蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电能力，一只完全充足电的蓄电池所能够输出的电量称为蓄电池完全充足电的蓄电池所能够输出的电量称为蓄电池的容量，单位：的容量，单位：Ah。C= If t（1）额定容量：是指完全充足的蓄电池在电解液平）额定容量：是指完全充足的蓄电池在电解液平均温度在均温度在30 C情况下，

8、以情况下，以20h放电率放电至单格放电率放电至单格电压降至时所输出的电量。例如：电压降至时所输出的电量。例如：6-Q-105型蓄电型蓄电池在电解液池在电解液30 C以放电电流，连续放电以放电电流，连续放电20h，单格，单格电压降至，它的额定容量：电压降至，它的额定容量：20=105A h 起动容量：它表示蓄电池在发动机起动时的供电起动容量：它表示蓄电池在发动机起动时的供电能力，一般分为常温起动容量和低温起动容量两能力，一般分为常温起动容量和低温起动容量两种。种。 (2)储备容量储备容量Cm 指完全充足电的蓄电池，在指完全充足电的蓄电池，在25oC时以时以25A电流连续放电到单格电池降到持续电流

9、连续放电到单格电池降到持续的时间，单位为的时间，单位为min。3 .1333 .2081777820mCC2.影响蓄电池容量的因素影响蓄电池容量的因素（1）极板的构造等制造因素）极板的构造等制造因素（2）放电电流）放电电流 放电电流越大，容量越小。必须严格放电电流越大，容量越小。必须严格控制起动时间，每次起动的时间不得超过控制起动时间，每次起动的时间不得超过5S，而，而且相临两次起动应有且相临两次起动应有15S的休息。的休息。（3）电解液的温度）电解液的温度 电解液的温度越低，电解液的粘电解液的温度越低，电解液的粘度越大，电解液的渗透能力下降，同时，电解液的度越大，电解液的渗透能力下降，同时，

10、电解液的电离程度也降低，致使蓄电池的容量降低。电离程度也降低，致使蓄电池的容量降低。（4）电解液的密度）电解液的密度 电解液密度适中时，蓄电池的容电解液密度适中时，蓄电池的容量最大。量最大。五五. .蓄电池充电蓄电池充电1.充电方法充电方法（1）定流充电）定流充电 充电：第一阶段是从接上电源到单格电压上升至充电：第一阶段是从接上电源到单格电压上升至时，并且开始冒出气泡。第二阶段是将第一阶段时，并且开始冒出气泡。第二阶段是将第一阶段充电电流减半，单隔上升到。一直至充足为止。充电电流减半，单隔上升到。一直至充足为止。u 采用定流充电的优点是：适应性广，可任选充采用定流充电的优点是：适应性广，可任选

11、充电电流大小，有利于延长蓄电池寿命；缺点是需电电流大小，有利于延长蓄电池寿命；缺点是需经常调节充电电流，同时充电时间长。经常调节充电电流，同时充电时间长。u一般使用于新电池充电和修复后的电池充电。一般使用于新电池充电和修复后的电池充电。（2）定压充电）定压充电u定压充电的优点是：充电时间短，充电过定压充电的优点是：充电时间短，充电过程中不需要有人照管，车上充电。缺点是：程中不需要有人照管，车上充电。缺点是：不适合初充电和去硫化充电；不适合初充电和去硫化充电；u 采用定压充电：对于采用定压充电：对于12V的蓄电池，电源的蓄电池，电源电压调在电压调在15V左右。左右。u充电电流随蓄电池电动势的升高

12、而逐渐减充电电流随蓄电池电动势的升高而逐渐减小。小。（3）快速脉冲充电）快速脉冲充电充电电流大于当时可接受电流，过充电现象。充电电流大于当时可接受电流，过充电现象。极化极化u在充电后期的化学反应过程中，电池两极在充电后期的化学反应过程中，电池两极之间的电位差会高于两极活性物质的平衡之间的电位差会高于两极活性物质的平衡电极电位电极电位(每单格为每单格为2.1V)，这种现象称为，这种现象称为“极化极化”。u极化是阻碍蓄电池充电过程中电化学反应极化是阻碍蓄电池充电过程中电化学反应正常进行的主要因素，也影响充电接受能正常进行的主要因素，也影响充电接受能力。力。u产生极化的原因有：欧姆极化；浓差极化；产

13、生极化的原因有：欧姆极化；浓差极化；电化学极化。电化学极化。2.充电种类及规范充电种类及规范（1）初充电）初充电 初充电的程序如下：配制或选择初充电的程序如下：配制或选择电解液；加注电解液；开始充电；调节电解电解液；加注电解液；开始充电；调节电解液相对密度；进行液相对密度；进行12次充放电循环。次充放电循环。（2）补充充电。）补充充电。（3）锻炼循环充电。）锻炼循环充电。（4）去硫化充电。）去硫化充电。六六. .蓄电池故障蓄电池故障普通铅蓄电池正常使用时，寿命可达两年。普通铅蓄电池正常使用时，寿命可达两年。 1.1.极板硫化极板硫化 极板上生成白色粗晶粒硫酸铅的现象称为极板上生成白色粗晶粒硫酸

14、铅的现象称为“硫化硫化”。这种粗晶粒硫酸铅导电性能很。这种粗晶粒硫酸铅导电性能很差，孔隙变小，阻碍反应。严重硫化后，差，孔隙变小，阻碍反应。严重硫化后，在充电时电压上升快。在充电时电压上升快。“沸腾沸腾”早。密度早。密度达不到规定值。放电时，电压急剧下降。达不到规定值。放电时，电压急剧下降。 硫化原因：硫化原因： 1）长期充不足电或放电后未及时充电，温）长期充不足电或放电后未及时充电，温度变化硫酸铅发生结晶现象。度变化硫酸铅发生结晶现象。 2）电解液液面过低。）电解液液面过低。 3）过放电或小电流深度放电，硫酸铅深入）过放电或小电流深度放电，硫酸铅深入到极板内层，充电不能恢复。到极板内层，充电

15、不能恢复。 4）电解液不纯，相对密度过高和气温剧烈）电解液不纯，相对密度过高和气温剧烈变化等。变化等。 2 2、自行放电、自行放电 无负载状态下，电量自行消失的现象。无负载状态下，电量自行消失的现象。 原因：原因：1）电解液不纯。）电解液不纯。 2）电池顶部不清洁、存有电解液）电池顶部不清洁、存有电解液 3）正、负极板短路。）正、负极板短路。 预防：配制电解液用的硫酸及蒸馏水。预防：配制电解液用的硫酸及蒸馏水。 3 3、活性物质脱落、活性物质脱落 正极板上的二氧化铅脱落。混浊并呈褐正极板上的二氧化铅脱落。混浊并呈褐色。充电时自底部上升、电压上升过快、色。充电时自底部上升、电压上升过快、沸腾过早

16、、密度上升缓慢；放电时，电压沸腾过早、密度上升缓慢；放电时，电压下降过快、容量下降。下降过快、容量下降。 措施：避免过充电和大电流长时间充、措施：避免过充电和大电流长时间充、放电；避免振动；车上安装牢固。放电；避免振动；车上安装牢固。七七. .蓄电池维护蓄电池维护为了使铅蓄电池经常处于完好状态延长其使用寿命，为了使铅蓄电池经常处于完好状态延长其使用寿命，保养工作：保养工作：1、大电流放电时间不宜过长，使用起动机，不超、大电流放电时间不宜过长，使用起动机，不超过过5s，相邻，相邻15s。2、尽量避免蓄电池过放电和长期处于欠充电状态、尽量避免蓄电池过放电和长期处于欠充电状态下工作。下工作。24h内

17、充电。内充电。3、冬季使用铅蓄电池：保温。保持充足电状态，、冬季使用铅蓄电池：保温。保持充足电状态，以免结冰。在不结冰的前提下，尽可能采用偏低以免结冰。在不结冰的前提下，尽可能采用偏低的电解液相对密度，加蒸馏水时只能在充电前进的电解液相对密度，加蒸馏水时只能在充电前进行。冷车起动前，注意发动机的预热。行。冷车起动前，注意发动机的预热。 1、电解液液面高度的检查汽车每行驶汽车每行驶1000km，或冬季或冬季10-15天，夏季天，夏季5-6天天2、蓄电池的放电程度检查 用吸式密度计测量电解液用吸式密度计测量电解液密度密度,每减少，相当于蓄电池每减少，相当于蓄电池放电放电6,还要检测电解液的还要检测

18、电解液的温度。温度。 模拟接入起动机模拟接入起动机负荷，判断蓄电池的负荷，判断蓄电池的放电程度和起动能力。放电程度和起动能力。通过观察孔观察蓄电池容量交流发电机及调节器 一一. .交流发电机结构交流发电机结构 在发电机正常工况下，汽车的用电设备主要靠发电机供电；在发电机正常工况下，汽车的用电设备主要靠发电机供电； 蓄电池存电不足时，发电机是蓄电池的充电电源蓄电池存电不足时，发电机是蓄电池的充电电源。1.1.转子总成转子总成 转子是交流发电机的磁场部分，工作中产生旋转磁场，转子是交流发电机的磁场部分，工作中产生旋转磁场，它主要由转子轴、滑环、爪极、磁轭、磁场绕组等组成。它主要由转子轴、滑环、爪极

19、、磁轭、磁场绕组等组成。如图所示如图所示。2.2.定子总成定子总成 定子的作用是产生三相交变电动势。它由定子铁芯和三定子的作用是产生三相交变电动势。它由定子铁芯和三相电枢绕组组成，如图所示。相电枢绕组组成，如图所示。三相绕组线圈绕法应遵循原则三相绕组线圈绕法应遵循原则（1）每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数）每相绕组的线圈个数和每个线圈的匝数完全相等，线圈节距相等。完全相等，线圈节距相等。（2）每个线圈的两个有效边应相隔）每个线圈的两个有效边应相隔180 电角电角度。线圈的节距度。线圈的节距=极距。极距。（3）三相绕组首端应相隔）三相绕组首端应相隔120 电角度；电角度； 线圈节距：每个线圈的

20、两个有效边间隔的线圈节距：每个线圈的两个有效边间隔的定子槽数。定子槽数。 磁极极距：相邻的异性磁极间隔的定子槽磁极极距：相邻的异性磁极间隔的定子槽数。数。3.3.整流器整流器 由六只硅二极管组成桥式全波整流电路。由六只硅二极管组成桥式全波整流电路。4.4.前后端盖前后端盖交流发电机的前后端盖均由铝合金铸造而交流发电机的前后端盖均由铝合金铸造而成，漏磁少、重量轻、散热性能好。成，漏磁少、重量轻、散热性能好。在后端盖上装有电刷、电刷架及电刷弹簧，在后端盖上装有电刷、电刷架及电刷弹簧，如图所示。如图所示。交流发电机磁场绕组的搭铁形式有内搭铁交流发电机磁场绕组的搭铁形式有内搭铁和外搭铁。和外搭铁。 a

21、)外装式；b)内装式5.5.型号型号二二. .交流发电机原理交流发电机原理1.1.电动势产生电动势产生 当通电的转子旋转时，磁力线和三相绕组有相对当通电的转子旋转时，磁力线和三相绕组有相对运动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、运动，在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差相位相差120 电角度的正弦交流电动势电角度的正弦交流电动势eA、eB、eC，其瞬时值方程式为：其瞬时值方程式为：)sin(2tEeA)120sin(2tEeB)240sin(2tEeC2.2.整流原理整流原理利用硅二极管具有利用硅二极管具有的单向导电性。的单向导电性。 3.3.中性点电压中性点电压 中性点电压通常是指

22、三相中性点电压通常是指三相绕组的中心抽头绕组的中心抽头“N”对外对外壳（即搭铁）的电位之差，壳（即搭铁）的电位之差，一般用来控制各种继电器一般用来控制各种继电器和充电指示灯等。即和充电指示灯等。即UN=1/2U。 实际上发电机工作时，中实际上发电机工作时，中性点电压除了直流成分外，性点电压除了直流成分外，还含有交流成分，当发电还含有交流成分，当发电机高速运转时，可有效利机高速运转时，可有效利用中性点电压来增加发电用中性点电压来增加发电机地输出功率。机地输出功率。 4.4.激磁方式激磁方式 实际激磁过程是先他激后自激。实际激磁过程是先他激后自激。 由于采用了他激，使发电机在低速时可以输由于采用了

23、他激，使发电机在低速时可以输出较高的电压，这也是交流发电机低速充电性能出较高的电压，这也是交流发电机低速充电性能好的原因之一。好的原因之一。 1.1.空载特性空载特性 发电机在空载运行时发电机在空载运行时的端电压随转速的变化的端电压随转速的变化关系。关系。 从曲线可以看出，随着从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上转速的升高，端电压上升较快，由他激转入自升较快，由他激转入自激发电时，即能向蓄电激发电时，即能向蓄电池充电；空载特性是判池充电；空载特性是判定充电性能的重要依据。定充电性能的重要依据。三三. . 交流发电机的特性交流发电机的特性2.2.外特性外特性 转速转速n n一定时，其端一定时

24、，其端电压随输出电流的变电压随输出电流的变化关系。化关系。 突然失去载荷，则端突然失去载荷，则端电压急剧升高，这时电压急剧升高，这时二极管有被击穿的危二极管有被击穿的危险。险。 3.3.输出特性输出特性 输出电压保持一定输出电压保持一定（12V12V系统为系统为14V14V），），其输出电流与转速的其输出电流与转速的关系。关系。 特性分析：特性分析： 转速达到空载转速转速达到空载转速时发电机电压达到额时发电机电压达到额定值；定值；当转速等于当转速等于n2n2时，发电时，发电机输出额定功率。机输出额定功率。当转速达到一定值后，当转速达到一定值后，发电机的输出电流不再发电机的输出电流不再随转速的升

25、高。随转速的升高。输出特性曲线四四. .电压调节器电压调节器发电机的感应电动势为：发电机的感应电动势为：E=C n 汽车发电机的电压是随着发动机的转速、用电电流变化而变汽车发电机的电压是随着发动机的转速、用电电流变化而变化的，因此在转速变化时，发电机电压必须加以限制。化的，因此在转速变化时，发电机电压必须加以限制。电压调节器的作用是：电压调节器的作用是：把发动机电压限制在某一限额值范围内。把发动机电压限制在某一限额值范围内。在发电机转速变化的情况下，只能相应地改变发电机的磁通在发电机转速变化的情况下，只能相应地改变发电机的磁通。 调节原理调节原理触点式电压调节器触点式电压调节器电子式电压调节器电子式电压调节器辅助元件改善及电路保护保护VT2减少通减少通断频率断频率正反馈电路，正反馈电路，加速加速VT2变化变化波形改善效果集成电路调节器集成电路调节器 集成电路调节器是将晶体管、二极管、电阻、电容等元件同集成电路调节器是将晶体管、二极管、电阻、电容等元件同时制在一块硅基片上。可分为全集成电路调节器和混合集成时制在一块硅基片上。可分为全集成电路调节器和混合集成电路调节器两