第2章汽车电气

三亚学院1汽车电器与电子技术第二章汽车供电系统三亚学院2汽车供电系统是整车用电设备的电源，由蓄电池和发动机并联组成。发动机工作时，有发动机带动发电机工作提供整车电能，并向蓄电池充电。蓄电池主要是发动机起动时，给起动电动机供电，并提供点火系统供电。蓄电池其它功用：第二章汽车供电系统1、发电机电压低或不发电（发动机怠速或停机）时向车载用电气设备供电。2、汽车上同时使用的电气设备功率超过发电机功率时，辅助发电机供电。3、将发电机多余的电能转化为化学能存储起来——蓄电池充电。4、防止电子设备受电路动态过程产生高电压冲击，也是电子设备的不间断电源。要求：蓄电池能够提供发动机起动时大电流工作。发电机应在发动机速度变化范围内发出稳定电压供电。三亚学院3第一节蓄电池的构造及工作原理第二节蓄电池的工作特性及使用与维护．第三节新型蓄电池．第四节交流发电机构造、工作原理及特性．第五节交流发电机的调节器第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断第七节42V及14V／42V双电压汽车电气系统简介第二章汽车供电系统三亚学院4第一节蓄电池的构造及工作原理一、蓄电池的结构车用蓄电池为：铅锌酸性（硫酸）蓄电池。可分为干式荷电蓄电池和免维护蓄电池。干式荷电蓄电池：极板在干燥环境下能够在较长时间（2年内）保持制造过程中所得电容量的蓄电池。免维护蓄电池：是指蓄电池能够在有效使用期（一般4年长者8年）内无需进行添加蒸馏水等维护工作的蓄电池。三亚学院5第一节蓄电池的构造及工作原理三亚学院6第一节蓄电池的构造及工作原理正极板:锌极板活性物质——二氧化铅（PbO2）深棕色负极板:活性物质——铅膏，活性铅（Pb）深灰色隔板:木质、微孔橡胶、微孔塑料。耐酸性抗腐蚀。极柱:铜材，外部链接端头。耐酸性抗腐蚀。极板制作:将制作好的极板置于酸性溶液中进行化成，一般充电18~20小时而生成。一片正极板和一片负极板浸入到硫酸溶液中，可以产生2V电压。12V、24V？极板组装:正负极板相互嵌合中间用隔板隔开组装于存有硫酸溶液的容器中，就构成单格电池。每个单格电池的正极板比负极板少一片。极板组装:每个单格电池的正极板比负极板少一片？使得正极板能够两面放电均匀，单面放电容易使得极板变形，易引起二氧化铅脱落。电极厚1.1~1.5mm。三亚学院7第一节蓄电池的构造及工作原理隔板:干式用微孔塑料，免维护用聚氯乙烯袋制作。袋式隔板:保留脱落物质，防止极板间短路，可以取消壳体底部肋条，使得极板上部容积增大，增大电解液存量。三亚学院8第一节蓄电池的构造及工作原理3、电解液：作用使极板活性物质发生溶解电离，产生化学反应。铅锌电池的电解液为纯硫酸与蒸馏水按比例配制，密度为1.24~1.30。电解液纯度会影响蓄电池电气性能和使用寿命。普通工业硫酸和水含有铜铁等其它导电杂质，会加速电池自放电速度，故不能用于铅锌蓄电池。其它种类电池的电解液是不同的，例如磷酸铁锂电池的专用电解液。一般是有有机溶剂和电解质（锂盐）组成锂离子电池一般采用极性非质子溶剂，现阶段广泛应用的为碳酸酯系列（包括环状碳酸酯如EC和PC和链状碳酸酯如DMC、EMC）。通常电解液溶剂为混合溶剂，碳酸乙烯酯（EC）凭借优良的成膜作用，成为绝大多数电解液的主成分，目前锂电池使用的主要溶剂为EC为基础的二元或者三元混合溶剂，如EC+DMC碳酸二甲酯,EC+DEC,EC+DMC+EMC等。电解质是锂电电解液必不可少的组成部分，目前电解质有高氯酸锂（LiClO4）、六氟磷酸锂（LiPF6）、四氟硼酸锂（LIBF4）等，其中六氟磷酸锂具有良好的导电性和电化学稳定性，是目前主流的电解质。但六氟磷酸锂也存在两个缺陷：第一、热稳定性不佳；第二、对水分和氢氟酸（HF）敏感，容易发生分解反应。虽然人们在努力寻找新的电解质，以期达到导电性、热稳定以及抗水性的较好结合，但目前为止仍未找到完全替代六氟磷酸锂的电解质。电解液中还可以少量添加某些添加剂，来提高某些方面的性能。添加剂种类很多，可根据电池用途加以选择使用。EMC:Ethylenemethylcarbonate碳酸甲基乙烯酯三亚学院9第一节蓄电池的构造及工作原理壳体：用于盛放电解液和极板组。壳体：由电池槽和电池盖组成。壳体：隔成3个或6个互不相通的单格，底部的凸棱可以搁置极板组。凸棱间的凹槽可以收集工作过程中的脱落物质，避免引起极板之间短路。聚丙烯制作。单格极板组之间采用铅质连接条连接。蓄电池盖设有通气孔，以便排放充电过程中产生的气体。三亚学院10第一节蓄电池的构造及工作原理蓄电池装配三亚学院11第一节蓄电池的构造及工作原理免维护蓄电池指示器三亚学院12第一节蓄电池的构造及工作原理二、蓄电池工作原理化学反应过程42442222SOPOHSOPPSOHOPbbbb负极正极负极正极充电放电电解液电解液+2e-2e+2e-2e放电+2e-2e充电+2e-2e二氧化铅铅硫酸铅硫酸铅4+H-SO4-2e-SO4蓄电池是能够将电能转化为化学能（充电），又能把化学能转变成电能（放电）的器件。核心部件是极板活性物质和电解液，充电与放电都是通过极板活性物质与电解液的化学反应实现的。正极活性物质为二氧化铅，负极活性物质为海绵状铅。电解液是硫酸。三亚学院13第一节蓄电池的构造及工作原理蓄电池型号：由四部分组成Ⅰ串联单格电池数Ⅱ蓄电池类型蓄电池特征Ⅲ蓄电池额定容量数字量数字量Ah汉语拼音字母特征代号特征代号蓄电池特征A干荷电H湿荷电W免维护S少维护特征代号蓄电池特征J胶体电解液M密封式B半密封式F防酸式特征代号蓄电池特征D带电式Y液密式Q气密式I激活式三亚学院14一、蓄电池的工作特性第二节蓄电池的工作特性及使用与维护1、静止电动势，2、内阻，3、充放电特性和容量。1、静止电动势Ej：ρt=1.23，t=10oC,t=30oC时Ej=0.84+ρ25oC=0.84+1.23+0.00075×(10-25)=2.06V三亚学院152、内阻第二节蓄电池的工作特性及使用与维护内阻由以下几部分电阻构成：极板电阻、隔板电阻、电解液电阻、串联单格连条电阻。极板电阻：极板电阻会随充电和放电程度不同改变。满充电电阻低，放完电电阻高。隔板电阻：隔板材料、多孔性等因素相关。电解液电阻：与电解液温度（高~低——低~高）、密度有关。密度太高太低都不合适，1.208g/cm2最佳。连条电阻：与连条使用材料连接形式有关。三亚学院16第二节蓄电池的工作特性及使用与维护3、电池放电特性用20小时放电容量定义。If=0.05C20三亚学院17第二节蓄电池的工作特性及使用与维护衡量放电终了的方法：1)、电解液密度下降1.11g/cm2，2)、单格电池降至终止电压（20h放电率，单格终止电压为1.75V）.表2-2放电电流与终止电压的关系三亚学院184、蓄电池的充电特性第二节蓄电池的工作特性及使用与维护外加电压：Ux=E+ICRQ蓄电池电压上升至最大值，单格电池2.7V，且2小时内不变。电解液密度最大值，2小时不变。电解液大量冒气泡。三亚学院19第一节蓄电池的构造及工作原理表2-2放电电流与终止电压的关系5、蓄电池容量储备量与额定容量有如下换算关系三亚学院20表2-2放电电流与终止电压的关系二、蓄电池使用与维护1、正确使用注意点：1）、正确使用起动机3~5s2）、定期补充充电。3）、在汽车上安装牢固。4）、新蓄电池使用之前需要选择电解液的相对密度。1）、检查有无电解液渗出，擦去渗出的电解液。2）、检查是否安装牢固，及时固定。3）、擦出外部灰尘，泥土、污垢。4）、检查孔盖或螺塞上的气孔是否通畅。5）、定期调整电解液密度和高液面度。2、蓄电池的维护：汽车行驶6000km~7000km或用30~45天。第二节蓄电池的工作特性及使用与维护三亚学院21第三节新型蓄电池其化学反应过程为新型蓄电池：钠—硫电池、燃料电池、锌—空气电池、镉—镍电池、磷酸铁锂电池1、钠硫电池放电时阴极总的反应阳极：熔融的硫阴极：熔融的钠电解液：氧化铝固体电解液主要优点：放电量等于充电量。主要缺点：寿命短，工作温度高。比能量600w.h/kg三亚学院22第三节新型蓄电池其化学反应过程为放电时正极反应吸收电子1、氢氧燃料电池电池阳极：多空银电极、或镉电极放电时负极反应释放电子放电的总反应优点：不用充电，无污染，比能量大，是铅锌硫酸电池的4~7倍；缺点：需用贵金属做催化剂，成本高。200~300w.h/kg三亚学院23第三节新型蓄电池正极放电过程为：蓄电池的总反应式为；3、锌——空气电池比能量：150~400w.h/kg正极：薄金属网集电器、活性层组成薄空气电极。负极：纯锌组成。OHHOO4e4222负极放电过程为：优点：放电电压稳定：1.0~1.2V，无污染。缺点：工作过程要求清楚空气中的二氧化碳，放电电流有限制。三亚学院24第三节新型蓄电池蓄电池的总反应式为；4、镉——镍电池比能量：150~400w.h/kg正极：活性物质氢氧化镍NiOH，极板由钢制骨架嵌入钢管制成。负极：海绵状镉。电解液氢氧化钾KOH或氢氧化钠Na(OH)2负极放电过程Cd释放2e—Cd(OH)2正极放电过程Ni(OH)3吸收放2e—Ni(OH)2放电过程为：)(2)(e2)(223OHOHNOHNiieKOHCKOHCdd22)(22优点：放电电流大，寿命长5~7硫酸铅锌电池。但成本高。三亚学院25长寿命硫酸铅新电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次磷酸铁锂电池，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就2~2.5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，理论寿命将达到7~8年。综合考虑，性能价格比理论上为铅酸电池的4倍以上。大容量：具有比普通电池（铅酸等）更大的容量。5AH-1000AH（单体）。重量轻：同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3，重量是铅酸电池的1/3。高温性能好：磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。工作温度：宽广（-20C--+75C），有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350℃-500℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。5、磷酸铁锂电池第三节新型蓄电池三亚学院26第四节交流发电机构造、工作原理及特性一、交流发电机的构造三亚学院27第四节交流发电机构造、工作原理及特性三亚学院28第四节交流发电机构造、工作原理及特性1、转子结构三亚学院29第四节交流发电机构造、工作原理及特性2、定子与三相绕组的连接三亚学院30第四节交流发电机构造、工作原理及特性2、定子：定子展开图三亚学院31第四节交流发电机构造、工作原理及特性3、整流器：三相交流转变成直流电，采用三相桥式整流电路。三亚学院32第四节交流发电机构造、工作原理及特性3、整流器：安装图采用三相桥式整流电路。三亚学院33第四节交流发电机构造、工作原理及特性4、端盖与电刷组件：电刷：励磁绕组与激励直流电源连接。三亚学院34第四节交流发电机构造、工作原理及特性图2-21交流发电机的搭铁形式a)内搭铁型交流发电机b)外搭铁型交流发电机。5、发电机绕组的两种连接形式三亚学院35第四节交流发电机构造、工作原理及特性图2-23交流发电机的工作原理a)汽车交流发电机电路b)感应电动势输出波形三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为。二、交流发电机的型号见图2-22，表2—4、5三、交流发电机的工作原理1、电动势产生三亚学院36第四节交流发电机构造、工作原理及特性交流发电机感应电动势输出波形三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为：感应电动势的大小：EΦ=4.44KfNΦ=CeΦn调整方法：改变Φ，即就是励磁电流，改变n，即就是改变转速。三亚学院37第四节交流发电机构造、工作原理及特性三相绕组两种连接（星形、三角形）的电压电流关系三亚学院38第四节交流发电机构造、工作原理及特性2、整流原理三亚学院39第四节交流发电机构造、工作原理及特性2、整流原理U=1.35Ul=2.34UΦtdtUUl