第1章 概述和蓄电池

1、传统汽车电器传统汽车电器 新型汽车电子控制装置新型汽车电子控制装置汽车电子技术的发展汽车电子技术的发展 汽车电气系统汽车电气系统 电源电源1. 传统汽车电器传统汽车电器蓄电池蓄电池 (6V, 12V,24V)发电机发电机 直流发电机直流发电机交流发电机交流发电机(硅二极管整流硅二极管整流)调节器调节器三联调节器三联调节器 (限流、限压、断流限流、限压、断流)单联调节器单联调节器电磁式电磁式(单、双触电单、双触电)电子式电子式(有、无触点有、无触点)用电器用电器(负载负载)起动机起动机点火装置点火装置(电子点火电子点火) 照明装置照明装置(前照灯、雾灯、顶灯、行李箱灯、牌照灯等前照灯、雾灯、顶灯

2、、行李箱灯、牌照灯等)信号装置信号装置(尾灯、转向灯、制动灯、倒车灯、喇叭等尾灯、转向灯、制动灯、倒车灯、喇叭等)刮水器刮水器、洗涤器、洗涤器暖风与空调器暖风与空调器仪表仪表电流表、水温表、机油压力表、燃油表、车速电流表、水温表、机油压力表、燃油表、车速/里程表里程表线路（线路（线束线束 ）开关、保险开关、保险发动机发动机进气增压控制进气增压控制点火控制点火控制空燃比控制空燃比控制 爆震控制爆震控制怠速控制怠速控制2. 新型电子装置新型电子装置(以计算机为控制核心以计算机为控制核心)燃油喷射控制燃油喷射控制排放控制排放控制底底 盘盘电子自动变速器电子自动变速器动力转向动力转向巡航控制巡航控制制

3、动防抱死制动防抱死2. 新型电子装置新型电子装置(以计算机为控制核心以计算机为控制核心)传动系传动系悬架控制悬架控制防滑差速器防滑差速器四轮转向四轮转向驱动防滑驱动防滑转向系转向系制动系制动系行驶系行驶系车身车身2. 新型电子装置新型电子装置(以计算机为控制核心以计算机为控制核心)电动门锁电动门锁电动车窗电动车窗电动后视镜电动后视镜电动车顶电动车顶(天窗天窗)电动天线电动天线自动空调自动空调自动座椅自动座椅音响、电视音响、电视(视听设备视听设备)安全性安全性2. 新型电子装置新型电子装置(以计算机为控制核心以计算机为控制核心)安全气囊安全气囊自动安全带自动安全带防撞雷达防撞雷达倒车报警倒车报警

4、防盗系统防盗系统导航系统导航系统(基于基于GPS)车载电话车载电话无线上网无线上网信息与通讯信息与通讯电子仪表显示电子仪表显示1. 电子技术在汽车上的应用历程电子技术在汽车上的应用历程1948年发明了晶体管年发明了晶体管,60年代初硅整流二年代初硅整流二极管应用于交流发电机极管应用于交流发电机,(第一次在汽车上采第一次在汽车上采用用),继而用在点火系统和调节器上。继而用在点火系统和调节器上。1958年发明了模拟数字集成电路（年发明了模拟数字集成电路（IC），），历经了历经了1015年。年。1976年模拟计算机控制的年模拟计算机控制的稀混合气燃烧控制系统首次在汽车上使用。稀混合气燃烧控制系统首次

5、在汽车上使用。1. 电子技术在汽车上的应用历程电子技术在汽车上的应用历程1977年数字计算机开始用于点火自动控制系年数字计算机开始用于点火自动控制系统。统。1979年开发了能综合控制点火时刻、排气循年开发了能综合控制点火时刻、排气循环、空燃比和怠速速度，并具有自我诊断功能环、空燃比和怠速速度，并具有自我诊断功能的电子式发动机集中控制系统。的电子式发动机集中控制系统。1980年开发了使用卡尔曼空气流量计的单点年开发了使用卡尔曼空气流量计的单点燃油喷射装置。燃油喷射装置。80年代出现了微机控制的仪表年代出现了微机控制的仪表系统。系统。80年代以后，电子技术在安全、节能、年代以后，电子技术在安全、节

6、能、环保及舒适性方面的应用更广泛。环保及舒适性方面的应用更广泛。2.汽车电子控制系统的分类汽车电子控制系统的分类（日本）（日本）动力传动装置控制动力传动装置控制 发动机发动机： 燃料喷射量控制、点火控制、爆震控制、进气燃料喷射量控制、点火控制、爆震控制、进气控制、怠速控制。控制、怠速控制。 动力传动装置动力传动装置： 自动变速器控制、巡航控制、牵引控制。自动变速器控制、巡航控制、牵引控制。车辆控制车辆控制制动：制动： 防抱死系统防抱死系统转向：转向： 动力转向控制、四轮转向控制。动力转向控制、四轮转向控制。悬架：悬架： 悬架控制悬架控制车身控制车身控制安全装备：安全装备： 安全气囊、防撞系统、

7、自动刮水器系统。安全气囊、防撞系统、自动刮水器系统。舒适性装备：自动空调、导航系统、电子仪表板。舒适性装备：自动空调、导航系统、电子仪表板。3.汽车电子控制系统的发展趋势汽车电子控制系统的发展趋势采用综合控制系统采用综合控制系统 例如：发动机集中控制系统，动力传动装例如：发动机集中控制系统，动力传动装置控制系统置控制系统 智能化控制系统智能化控制系统 例如：智能化自动变速器，安全汽车，智例如：智能化自动变速器，安全汽车，智能交通车辆能交通车辆采用总线技术采用总线技术电子控制装置小型化电子控制装置小型化占整车成本的比重将不断增加占整车成本的比重将不断增加 3.汽车电子控制系统的发展趋势汽车电子控

8、制系统的发展趋势 我国我国80年代生产的普通桑塔纳和捷达轿车年代生产的普通桑塔纳和捷达轿车的的 电子装置的价值只占整车成本的电子装置的价值只占整车成本的2.5%，90年年代初生产的神龙轿车这一比例为代初生产的神龙轿车这一比例为2.6%。2002年年生产的帕萨特这一比例上升到生产的帕萨特这一比例上升到18.7%,上海通用上海通用的别克轿车则高达的别克轿车则高达25%. 据估计据估计,到到2010年年,汽车电子装置占整车的成汽车电子装置占整车的成本从本从2000年的平均年的平均1520%增加到增加到30 40%。采用双电源采用双电源： 发电机和蓄电池发电机和蓄电池单线制单线制： 用电设备通过搭铁线

9、经机体构成回路用电设备通过搭铁线经机体构成回路直流低压电源直流低压电源： 早期：早期： 7伏（发电机）、伏（发电机）、6伏（蓄电池）伏（蓄电池） 50年代中：年代中：14伏（发电机）、伏（发电机）、12伏（蓄电池）伏（蓄电池） 柴油机：柴油机：28伏（发电机）、伏（发电机）、24伏（蓄电池）伏（蓄电池） 未来：未来： 42伏（发电机）、伏（发电机）、36伏（蓄电池）伏（蓄电池）蓄电池的功用蓄电池的功用 铅酸蓄电池铅酸蓄电池燃料电池燃料电池本章介绍本章介绍蓄电池的功用蓄电池的功用1. 发动机起动时，向起动机和点火系统等供电。发动机起动时，向起动机和点火系统等供电。2. 发电机不发电或电压较低的情

10、况下，向用电设发电机不发电或电压较低的情况下，向用电设备供电。备供电。3. 当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协当用电设备同时接入较多，发电机超载时，协助发电机供电。助发电机供电。4. 蓄电池相当于一个容量很大的电容器，可吸收蓄电池相当于一个容量很大的电容器，可吸收电气系统随时出现的瞬间过电压电气系统随时出现的瞬间过电压(浪涌电压），以浪涌电压），以保护电子元器件不被损坏的。保护电子元器件不被损坏的。铅蓄电池的性能特点铅蓄电池的性能特点 内阻小，起动性好，能用作起动型内阻小，起动性好，能用作起动型蓄电池（蓄电池（必须能满足起动发动机起动的需必须能满足起动发动机起动的需要，即短时间内要，即短

11、时间内( (5l0s) )可供给起动机强大可供给起动机强大的电流，一般为的电流，一般为200A一一600 A，有的柴油机，有的柴油机可达可达l000 A) ) 。构造简单，价格低廉。构造简单，价格低廉。 1.1 蓄电池的构造与型号蓄电池的构造与型号图图1-1 1-1 蓄电池的构造蓄电池的构造 1 1蓄电池外壳蓄电池外壳 2 2电极衬套电极衬套 3 3正极接线柱正极接线柱 4 4连接条连接条 5 5加液孔螺塞加液孔螺塞 6 6负极接线柱负极接线柱 7 7负极板负极板 8 8隔板隔板 9 9封料封料 1010护板护板 1111正极板正极板 1212肋条肋条 1 1极板组极板组 极板分正极板和负极板

12、两种。极板分正极板和负极板两种。正极板正极板上上的活性物质是的活性物质是二氧化铅二氧化铅，呈棕红色；，呈棕红色；负极板负极板上的活性物质是海绵状上的活性物质是海绵状纯铅纯铅，呈青灰色。，呈青灰色。 正极板比负极板要厚一些，负极板厚度正极板比负极板要厚一些，负极板厚度一般为正极板厚度的一般为正极板厚度的70708080。正极板厚。正极板厚度为度为2.22.22.4mm2.4mm，负极板厚度，负极板厚度1.61.61.8mm1.8mm。 安装时，将正负极板组相互嵌合，中间插安装时，将正负极板组相互嵌合，中间插入隔板，就成了单格电池。在每个单格电池入隔板，就成了单格电池。在每个单格电池中，中，负极板

13、的数量总是比正极板要多一片负极板的数量总是比正极板要多一片。 2 2隔板隔板 隔板材料应具有多孔性结构，以便电解隔板材料应具有多孔性结构，以便电解液自内渗透，而且化学性能应稳定，具有良液自内渗透，而且化学性能应稳定，具有良好的耐酸性和抗氧化性。好的耐酸性和抗氧化性。 3.3.壳体壳体 蓄电池壳体为一整体式结构的容器，极板、蓄电池壳体为一整体式结构的容器，极板、隔板和电解液均装入外壳内。蓄电池电压一隔板和电解液均装入外壳内。蓄电池电压一般有般有6v和和12v两种规格，因此，外壳内由间壁两种规格，因此，外壳内由间壁分成分成3 3个利个利6 6个互不相通的单格。个互不相通的单格。 外壳应耐酸、耐热、

14、耐寒、抗震动，并外壳应耐酸、耐热、耐寒、抗震动，并具有足够的机械强度。具有足够的机械强度。 4 4电解液电解液 电解液是由相对密度电解液是由相对密度1.841.84的纯硫酸和蒸的纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，一般比重为馏水按一定比例配制而成，一般比重为1.24 1.24 1.301.30。不能用一般工业用硫酸和普。不能用一般工业用硫酸和普通水。通水。 5 5蓄电池的产品型号蓄电池的产品型号 第第段表示串联的单格电池数；段表示串联的单格电池数； 第第段表示蓄电池的类型和特征；段表示蓄电池的类型和特征； 第第段表示蓄电池的额定容量。段表示蓄电池的额定容量。例如，例如，6-Q-1206-Q-12

15、0蓄电池蓄电池，表示由，表示由6 6个单格电池组个单格电池组成，额定电压为成，额定电压为12V12V，额定容量为，额定容量为120Ah 120Ah 的起的起动用蓄电池。动用蓄电池。 1.21.2 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理 1. 放电过程放电过程充电状态充电状态溶解状态溶解状态外电路接通外电路接通放电后生成物放电后生成物 化学反应式化学反应式：PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2OPbO22H2SO4PbPb+ +2SO4- - +2H2OPb+ +2ePb+2eIfPbSO42H2OPbSO4正极板正极板负极板负极板2e 2. 充电过程充电过程放电状态放电状态溶解状态溶解

16、状态外电路接通外电路接通充电后生成物充电后生成物 化学反应式：化学反应式：PbO2+Pb+2H2SO4 2PbSO4+2H2OPbO22H2SO4PbPb+ +SO4- -Pb+2eIcPbSO42H2OPbSO4正极板正极板负极板负极板2e+-SO4- - + Pb+ 2e+Pb（SO4）2 蓄电池在放电时，电解液中的硫酸将逐渐减少，而水将逐蓄电池在放电时，电解液中的硫酸将逐渐减少，而水将逐渐增多，电解液比重下降；蓄电池在充电时，电解液中的硫渐增多，电解液比重下降；蓄电池在充电时，电解液中的硫酸将逐渐增多，而水将逐渐减少，电解液比重增加。酸将逐渐增多，而水将逐渐减少，电解液比重增加。化学反应

17、式：化学反应式：PbOPbO2 2+Pb+2H+Pb+2H2 2SOSO4 4 2PbSO 2PbSO4 4+2H+2H2 2O O 在充放电时，电解液浓度发生变化，主要是由于正极板在充放电时，电解液浓度发生变化，主要是由于正极板的活性物质化学反应的结果，因此要求正极板处的电解液流的活性物质化学反应的结果，因此要求正极板处的电解液流动性要好。动性要好。蓄电池放电终了时，极板上只有蓄电池放电终了时，极板上只有20203030的活性物质转的活性物质转变为硫酸铅。因此，要减轻铅蓄电池的重量，提高供电能力，变为硫酸铅。因此，要减轻铅蓄电池的重量，提高供电能力，应设法提高极板的空隙度，减少极板的厚度，以

18、提高极板活应设法提高极板的空隙度，减少极板的厚度，以提高极板活性物质的利用率。性物质的利用率。小结：小结：充电充电放电放电 1.31.3 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性 1.1.电动势和内阻电动势和内阻 在蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平在蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时，蓄电池的电动势称为静止电动势，其衡状态时，蓄电池的电动势称为静止电动势，其大小取决于电解液的比重和温度，静止电动势大小取决于电解液的比重和温度，静止电动势E Ej j在在15 15 时和电解液的比重关系可近似表示为时和电解液的比重关系可近似表示为: : 蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液、连接条和蓄电池的内

19、阻包括极板、隔板、电解液、连接条和极桩等的电阻。极桩等的电阻。 1.31.3 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性2. 2. 蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性 蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中蓄蓄电池的充电特性是指在恒流充电过程中蓄电池的端电压电池的端电压UcUc、电动势、电动势E E和电解液比重和电解液比重15 15 随随时间的变化规律时间的变化规律: : 1.31.3 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性2. 2. 蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性 蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中蓄蓄电池的放电特性是指在恒流放电过程中蓄电池的端电压电池的端电压U Uf f、电动势、电动势E E和电解液比重

20、和电解液比重15 15 随随时间的变化规律时间的变化规律: :图1-6 蓄电池放电特性1.41.4 蓄电池的容量蓄电池的容量1额定容量额定容量 额定容量是指完全充电的蓄电池，在额定容量是指完全充电的蓄电池，在电解液温度为电解液温度为30时，以时，以20 h放电率的电放电率的电流连续放电到单格电池端电压降到流连续放电到单格电池端电压降到1.75 V时所输出的电量，用时所输出的电量，用C20(Ah)表示。表示。 2额定储备容量额定储备容量 蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄蓄电池的额定储备容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为电池，在电解液温度为30时，以时，以25A电流放电到电流放电到单

21、格电池端电压降到单格电池端电压降到1.75 V时，放电所持续的时间，时，放电所持续的时间，单位为单位为min(分钟分钟)。它说明当汽车充电系统失效时，它说明当汽车充电系统失效时，汽车尚能持续提供汽车尚能持续提供25A电流的能力。用电流的能力。用Cr,n (min)表示。表示。C20=133.3 +nrC,3 .20817778 3影响蓄电池容量的因素影响蓄电池容量的因素 1).1).放电电流放电电流2).2).电解液温度电解液温度3).3).电解液比重电解液比重 1. 免维护蓄电池免维护蓄电池 铅蓄电池在使用时，消耗水的途径一是水的蒸发，二是铅蓄电池在使用时，消耗水的途径一是水的蒸发，二是水的

22、电解。免维护蓄电池在使用中不需加水。水的电解。免维护蓄电池在使用中不需加水。结构特点：结构特点：极板栅架采用铅钙锡合金或低锑合金（含锑极板栅架采用铅钙锡合金或低锑合金（含锑2-3.5%2-3.5%）制）制作，减少了析气量、耗水量；作，减少了析气量、耗水量；隔板采用袋式微孔聚氯乙稀隔板将极板包住，壳体底部隔板采用袋式微孔聚氯乙稀隔板将极板包住，壳体底部不需凸筋，使电解液储存量增多；不需凸筋，使电解液储存量增多；通气孔采用新型安全通气装置，阻止水蒸气和硫酸气体通气孔采用新型安全通气装置，阻止水蒸气和硫酸气体通过；通过； 单格电池间的连接条采用穿壁式贯通连接，减小了内阻。单格电池间的连接条采用穿壁式

23、贯通连接，减小了内阻。 1.51.5 其他的铅蓄电池其他的铅蓄电池2. 智能蓄电池智能蓄电池 智能蓄电池是指由起动用蓄电池（短时大电流，有压降）智能蓄电池是指由起动用蓄电池（短时大电流，有压降）和普通蓄电池（长时小电流，无压降）组成。和普通蓄电池（长时小电流，无压降）组成。LMGS1.起动机起动机 2.充电和隔离模块充电和隔离模块 3.起动蓄电池起动蓄电池 4.交流发电机交流发电机 5.用电设备用电设备 6.发动机管理系统发动机管理系统 7.普通蓄电池普通蓄电池1.6 1.6 氢燃料电池氢燃料电池1. 驱动蓄电池的性能要求驱动蓄电池的性能要求 主要性能指标主要性能指标 比能量比能量 Wh/Kg 能量密度能量密度Wh/L 比功率比功率W/Kg 功率密度功率密度W/L 循环次数循环次数 使用寿命使用寿命 成本成本 性能要求性能要求 比能量比能量140 Wh/Kg以上以上;一次充电行驶里程一次充电行驶里程240Km以上以上;循环充电循环充电800次以上。次以上。 几种电池的比较几种电池的比较(比能量比能量 Wh/Kg) 铅酸铅酸 镍氢镍氢