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第一章绪论1.1汽车电气设备的作用1.作用：汽车电气设备（electricaldevice）是汽车的重要组成部分之一，其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排气净化及舒适性。2.组成：蓄电池、发电机（电源部分）、起动机、点火系统、照明信号系统、仪表信息（用电设备）等传统的汽车电气设备是汽车的基础组成部分，也是汽车电子控制系统的基础。1.2汽车电气系统的特点1.双电源：在汽车电气系统中，采用两个电源（蓄电池和交流发电机），两者互相配合，协同工作。即使是在极端条件下（如发电机损坏，不发电），光靠蓄电池供电，汽车也能行驶一定里程。2.低电压：汽车电气系统的额定电压（ratedvoltage）有6V、12V、24V三种。汽油发动机汽车普遍采用12V电源，柴油发动机汽车多采用24V电源（由两个12V蓄电池串联而成），摩托车采用6V电源。汽车运行中的实际工作电压，一般12V系统为14V左右，24V系统为28V左右。3.直流供电：现代汽车发动机是靠电力起动机起动的，起动机由蓄电池供电，而向蓄电池充电又必须用直流电源，所以汽车电气系统为直流系统。4.单线制：单线制（单线连接）是汽车电路的突出特点之一。汽车上所有用电设备都是并联的，电源到用电设备只用一根导线连接，而将汽车的金属机体作为公共回路，这种连接方式称为单线制。由于单线制导线用量少，线路清晰，接线方便，因此广为现代汽车所采用。5.负极搭铁：指汽车上所有电器设备的正极均采用导线相互连接；而负极则直接或间接通过导线与金属车架或车身的金属部分相连，即搭铁（Putupiron，亦称接地，earthing或grounding）。6.并联连接：各用电设备均采用并联连接。由于采用并联连接，所以汽车在使用中，当某一支路用电设备损坏时，并不影响其他支路用电设备的正常工作。7.设有保险装置：为了防止因电源短路（火线搭铁）或电路过载而烧坏线束，电路中一般设有保护装置，如熔断器（短路保护）、易熔线（过载保护）等。8.汽车电线（导线）有颜色和编号特征：为了便于区别各电路的连接，汽车所有低压导线必须选用不同颜色的单色或双色线，并在每根导线上编号，编号由生产厂家统一编定。1.3汽车电气系统的发展趋势——电压升级1.发展趋势：在现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大，这就要求汽车电源系统提供更多的电能，电压升级已经成为汽车电气系统的发展趋势。2.电压方案：42V单电压方案，14V/42V双电压方案。第三章蓄电池汽车电源系统用于向汽车用电设备提供低压直流电能，以保证汽车在行驶中和停车时的用电需要。图2-12.1蓄电池的作用与分类1.蓄电池：Battery，俗称电瓶，是一种可逆的直流电源，有放电和充电两种工作状态。图2-22.蓄电池的作用：（1）发动机起动时，蓄电池向起动机和点火系统以及燃油喷射系统供电。（2）发动机低速运转、发电机电压较低时，蓄电池向用电设备和交流发电机磁场绕组供电。（3）发电机出现故障不发电时，蓄电池向用电设备供电。（4）发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。（5）发动机熄火停机时，蓄电池向电子时钟、汽车电子控制单元（ECU/ECM，亦称计算机、微机、电脑）、音响设备以及汽车防盗系统供电。（6）因为蓄电池相当于一只大容量的电容器，所以不仅能够保持汽车电气系统的电压稳定，而且还能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件不被损坏。3.对蓄电池的要求：容量大、内阻小，以保证蓄电池具有足够的起动能力。起动发动机时，蓄电池必须能在短时间（5～10s）内向起动机连续提供强大的起动电流：汽油发动机一般需要200～600A；柴油发动机一般需要500～1000A，甚至更大。起动型铅酸蓄电池的突出特点是内阻小、起动性能好、电压稳定，此外还有成本低、原料丰富等优点，所以在汽车上广泛应用。4.蓄电池的分类：铅酸蓄电池（Lead-acidBattery）和碱性蓄电池（AlkalineSecondarybattery）两大类。5.蓄电池的安装位置：蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定，原则上离起动机越近越好。大多数轿车的蓄电池装在发动机舱内（图2-4），也有装在行李箱内（图2-5），甚至装在后排乘客座椅下方的；货车蓄电池的安装位置以空载时质量平衡为原则，一般装在车架前部的左侧或右侧；客车的蓄电池多装在车厢内。2.2铅酸蓄电池的构造与型号1.铅酸蓄电池的构造现代汽车用铅酸蓄电池由六只单格电池串联而成，每只单格电池的电压约为2Ⅴ，串联后蓄电池电压为12Ⅴ。其构件主要有极板、隔板、电解液、外壳、联条、接线柱等。a.极板（Plate）：是蓄电池的核心构件，由栅架和活性物质组成。栅架是用铅锑合金浇铸而成的，活性物质就涂覆在栅架上。（加锑的目的是提高栅架的机械强度和改善浇铸性能。但是锑有副作用，会加速氢的析出而加快电解液消耗。锑还易从正极板栅架中解析出来而引起蓄电池自放电和栅架腐蚀，缩短蓄电池的使用寿命。）国内外大都采用低锑合金栅架，含锑量为2％～3％。活性物质，主要由铅粉、添加剂与一定密度的稀硫酸混合形成。为防止龟裂和脱落，铅膏中还掺有玻璃纤维等牵引附着物。b.隔板：为了防止相邻正负极板彼此接触而短路，正、负极板之间要用隔板隔开。c.电解液：俗称电瓶水，是用纯净硫酸和纯净蒸馏水按一定比例配制而成的稀硫酸溶液。d.外壳：用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。e.接线柱f.联条：将单格蓄电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压。2.铅酸蓄电池的型号按机械行业标准JB2599－1985《铅酸蓄电池产品型号编制方法》的规定，铅酸蓄电池型号由三部分组成：串联单格电池数、电池类型与特征、额定容量（A·h）。3.蓄电池的选用首先要选起动型，然后再选电压和容量。主要根据起动机要求的电压和容量来选择蓄电池，一般应满足连续起动三次以上的要求。2.3蓄电池的工作原理与特性1.蓄电池的基本工作原理蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板的Pb都变成了PbSO4，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下降。在蓄电池处于过充电时，会引起水的电解。2.蓄电池的工作特性a.静止电动势：蓄电池处于静止状态（不充电也不放电）时，正、负极板间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。b.内阻：电流流过铅酸蓄电池时所受到的阻力称为铅酸蓄电池的内阻。铅酸蓄电池的内阻包括极板、隔板、电解液和联条的电阻。内阻随温度降低而增大c.放电特性：指在恒流放电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随放电时间而变化的规律。d.充电特性：指在恒流充电过程中，铅酸蓄电池的端电压和电解液密度随充电时间而变化的规律。2.4蓄电池的容量及其影响因素1.蓄电池的容量蓄电池在规定条件（包括放电温度、放电电流和放电终止电压）下放出的电量多少或放电时间长短称为蓄电池的容量，单位为A·h或A·mina.理论容量：假定活性物质全部参加放电反应，由活性物质质量按法拉第电化当量定律计算所得容量称为理论容量。b.实际容量：当恒流放电时，实际容量C等于放电电流If与放电时间tf之积，C=If*tf。c.20h放电率额定容量：国标GB5008.1—1991《起动用铅酸蓄电池技术条件》的规定，以20h放电率的放电电流在电解液初始温度为25℃，电解液密度为1.28g／cm3的条件下，持续放电到单格蓄电池电压下降到终止电压（1.75V）。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的20h放电率额定容量，单位为A·h（安培·小时）。我国采用20h放电率额定容量作为起动用铅酸蓄电池的额定容量。e.额定储备容量：指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为25℃条件下，以25A的电流持续放电，直至单格蓄电池电压下降到1.75Ⅴ。在此过程中，蓄电池的持续放电时间，称为该蓄电池的额定储备容量，单位为min（分钟）。f.起动容量：蓄电池的起动容量有常温起动容量和低温起动容量两种定义方法。常温起动容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为25℃条件下，以5min放电率的电流持续放电5min，直至单格蓄电池电压下降至1.50V。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的常温起动容量。低温起动容量是指完全充足电的蓄电池，在电解液初始温度为-18℃条件下，以5min放电率的电流持续放电2.5min，直至单格蓄电池电压下降至1.00V。在此过程中，蓄电池所输出的总电量，称为该蓄电池的低温起动容量。2.影响蓄电池容量的因素a.构造因素对蓄电池容量的影响：①极板厚度的影响；②极板面积的影响；③同性极板中心距的影响。b.使用因素对蓄电池容量的影响：①放电电流的影响；②电解液温度的影响；③电解液密度的影响。2.5蓄电池的充电1.充电设备是指某种直流电源，汽车上采用的充电设备是由发动机驱动的交流发电机，充电室采用的多为硅整流充电机、晶闸管整流充电机等。a.硅整流充电机的型号：硅整流充电机的型号由五部分组成，第一部分是元件种类代号，硅元件用“G”表示，晶闸管元件用“KG”表示；第二部分是用途代号，“C”表示充电用；第三部分是元件的冷却方式代号，“A”表示自然冷却，“S”表示水冷，“F”表示强迫冷却，“J”表示油冷；第四部分用数字表示额定整流电流值（A）；第五部分用数字表示额定整流电压值（V）。b.硅整流充电机的特点：硅整流充电机主要由交流电源与硅二极管组成，通过整流电路将交流电转变为直流电，以供蓄电池充电之用。图2-3c.可控硅充电机2.充电方法a.定流充电：在充电过程中，保持充电电流恒定的充电方法称为定流充电。b.定压充电：在充电过程中，保持充电电压恒定的充电方法称为定压充电。定压充电电压选择：一般每单格电池约需2.5Ⅴ，即6Ⅴ电池需要充电电压约为7.5Ⅴ，12Ⅴ电池需要充电电压约为15V。定压充电的特点是充电效率高，开始4～5h内，就可获得90％～95％的充电量，可大大缩短充电时间。汽车上的充电系统采用电压调节器实现对充电电压恒定的控制。c.快速脉冲充电：采用自动控制电路对蓄电池进行正反向脉冲充电，可以提高充电效率，使用中的蓄电池补充充电只需0.5～1.5h。正脉冲充电→前停充→负脉冲瞬间放电→后停充→正脉冲充电→充足。3.充电种类a.初充电：对新蓄电池或更换极板的蓄电池在使用前进行的首次充电。初充电一般采用定流充电，全部充电时间约为60～70h。b.补充充电：蓄电池使用后的充电，称为补充充电。蓄电池在汽车上由发电机进行的定压充电，由于不能保证蓄电池彻底充足，而使蓄电池容量下降时，为防止产生硫化，每隔两个月应进行一次补充充电。补充充电一般需要13～17h。c.快速脉冲充电d.去硫充电：蓄电池产生硫化故障后，其内阻将显著增大，开始充电时充电电压较高（严重硫化者高达2.8Ⅴ以上），温升亦较快。对严重硫化的蓄电池，只能报废；对硫化程度较轻的蓄电池，可以通过充电予以消除。这种消除硫化的充电工艺称为去硫充电。4.充电时的注意事项2.6改进型铅酸蓄电池1.干荷电式蓄电池--提高了抗氧化性能普通铅酸蓄电池负极板在储运过程中，活性物质微粒表面易被氧化，这样新电池灌入电解液就会损耗一部分能量。为把这部分物质还原，需进行比较烦琐的初充电。2.免维护蓄电池（Maintenance-FreeBattery，MFBattery）3.螺旋状极板胶体型免维护蓄电池蓄电池极板及隔板呈螺旋紧密捆绑状，使得同样容积极板反应面积增大（比普通蓄电池几乎大一倍），低温起动电流更高，起动性能更好。胶体状电解液粘附于极薄的纤维隔板网材料上，－40℃低温也不会结冰，高温65℃时不会漏液、漏气。可以以任何角度固定电池。4.宝马车用蓄电池新技术a.AGM免维护蓄电池：在宝马车（E46/E60等）上，配装铅-钙合金栅架AGM免维护蓄电池（AbsorbedGlassMat，即采用可吸收玻璃纤维网袋式隔板的免维护蓄电池），安装在行李箱右侧。b.智能蓄电池传感器IBS（IntelligentBatterySensor）：是一个自身带有微型控制器的传感器。IBS持续测量蓄电池端电压、蓄电池充电/放电电流和蓄电池电解液温度，监控蓄电池的工作状态和健康状态。