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1、模块一模块一 汽车电源系统汽车电源系统 1.蓄电池的构造与型号蓄电池的构造与型号2.蓄电池的工作原理和工作特性蓄电池的工作原理和工作特性3.蓄电池的容量及影响因素蓄电池的容量及影响因素4.蓄电池的充电蓄电池的充电5.蓄电池的常见故障及其排除蓄电池的常见故障及其排除.使用和维护使用和维护.6.交流发电机的构造交流发电机的构造.工作原理工作原理.工作特性工作特性7.交流发电机电压调节器交流发电机电压调节器n学习目标学习目标 一一.汽车电源系统作用汽车电源系统作用汽车电源系统用于向汽车用电设备提供低压直流电能，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。以保
2、证汽车在行驶中和停车时的用电需要。蓄电池和发电机共蓄电池和发电机共同构成汽车电源系同构成汽车电源系统。此外，汽车电统。此外，汽车电源系统还包括电压源系统还包括电压调节器（用于动态调节器（用于动态调节交流发电机的调节交流发电机的输出电压）、电流输出电压）、电流表或其他充电状态表或其他充电状态指示装置（电压表指示装置（电压表或充电指示灯）、或充电指示灯）、钥匙开关等，连接钥匙开关等，连接关系如图所示。关系如图所示。 交流发电机、调节器、蓄电池的连接电路交流发电机、调节器、蓄电池的连接电路 准备知识准备知识 在汽车上，蓄电池和发电机并联连接在汽车上，蓄电池和发电机并联连接。 在发电机正常工作时，全车
3、用电设备均由发电机供电，在发电机正常工作时，全车用电设备均由发电机供电，与此同时，蓄电池将发电机多余的电能转变为化学能储存起与此同时，蓄电池将发电机多余的电能转变为化学能储存起来（即蓄电池处于充电状态）。来（即蓄电池处于充电状态）。图图 蓄电池与汽车电气设备并联电路蓄电池与汽车电气设备并联电路（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。）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）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。电机磁场绕组供电。（3）发电机出现故
4、障不发电时，蓄电池向用电设备供电。）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。）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）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，亦称计算机、微机、电脑）、音响设备以及汽车防盗系统供电。供电。（6）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）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，
5、保护电子元件统的电压稳定，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。不被损坏。二、蓄电池的二、蓄电池的作用作用汽车电气系统汽车电气系统,发电机是主要电源发电机是主要电源,蓄电池是辅助电源蓄电池是辅助电源.三三.蓄电池在汽车上的安装位置蓄电池在汽车上的安装位置 蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定，蓄电池在汽车上的安装位置根据车型和结构而定，原则上离原则上离起动机起动机越近越好。越近越好。 大多数轿车的蓄电池装在发动机舱内，也有装在行大多数轿车的蓄电池装在发动机舱内，也有装在行李箱内李箱内,甚至装在后排乘客座椅下方的；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
6、时质量平衡为原则，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；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。客车的蓄电池多装在车厢内。图图 蓄电池装在发动机舱内蓄电池装在发动机舱内 图图 奥迪奥迪A4轿车蓄电池装在行李箱内备胎下面轿车蓄电池装在行李箱内备胎下面 蓄电池都是用特制的金属框架和防振垫固定的。蓄电池都是用特制的金属框架和防振垫固定的。图图 蓄电池的固定方式蓄电池的固定方式 图图 蓄电池的固定方式蓄电池的固定方式 n n1-11-1蓄电池的构造与型号蓄电池的构造与型号n蓄电池（蓄电池（ Battery，俗称，俗称“电瓶电瓶”）是一种将化学能转换
7、成电能）是一种将化学能转换成电能的装置，是可逆的低压直流电源。有放电和充电两种工作状态。的装置，是可逆的低压直流电源。有放电和充电两种工作状态。起动发动机时，蓄电池必须能在短时间（起动发动机时，蓄电池必须能在短时间（510s）内向起动机）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连续提供强大的起动电流：汽油发动机一般需要200600A；柴油发动机一般需要柴油发动机一般需要5001000A，甚至更大。，甚至更大。类类 型型优优 点点缺缺 点点适适 用用 车车 辆辆铅酸蓄电铅酸蓄电池池结结构构简简单单；价价格格便便宜宜；内内阻阻小小；电电压压稳稳定定；可可以以短短时时间间供供给给起起动动
8、机机强强大大的的起起动动电流电流容容量量小小；使使用用寿寿命命相相对较短对较短一般车辆一般车辆镍碱蓄电镍碱蓄电池池容容量量大大；使使用用寿寿命命长长；维维护护简简单单；能能承承受大电流放电而不易损坏受大电流放电而不易损坏活活性性物物质质导导电电性性差差；价格较高价格较高使使用用时时间间长长、可可靠靠性性高的车辆高的车辆电动车蓄电动车蓄电池电池容量大；无污染；充、放电性能好；使容量大；无污染；充、放电性能好；使用寿命长用寿命长结构复杂；成本高结构复杂；成本高电动汽车电动汽车n一、蓄电池的分类一、蓄电池的分类 铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电
9、铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种铅蓄电池的特点见下表。荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种铅蓄电池的特点见下表。 类类 型型特特 点点普通铅蓄电普通铅蓄电池池新蓄电池的极板不带电，使用前需按规定加注电解液并进行初新蓄电池的极板不带电，使用前需按规定加注电解液并进行初充电，初充电的时间较长，使用中需要定期维护。充电，初充电的时间较长，使用中需要定期维护。干荷电铅蓄干荷电铅蓄电池电池新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态，电池内部无电解液。新蓄电池的极板处于干燥的已充电状态，电池内部无电解液。在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电
10、解液，静置2030min即可使用，使用中需要定期维护。即可使用，使用中需要定期维护。湿荷电铅蓄湿荷电铅蓄电池电池新蓄电池的极板处于已充电状态，蓄电池内部带有少量电解液。新蓄电池的极板处于已充电状态，蓄电池内部带有少量电解液。在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置在规定的保存期内，如需使用，只需按规定加入电解液，静置2030min即可使用，使用中需要定期维护。即可使用，使用中需要定期维护。免维护蓄电免维护蓄电池池使用中不需维护，可用使用中不需维护，可用34年不需补加蒸馏水，极桩腐蚀极少，年不需补加蒸馏水，极桩腐蚀极少，自放电少。自放电少。n二、蓄电池的构造 n 汽车常用的蓄电池为
11、铅酸蓄电池，汽车常用的蓄电池为铅酸蓄电池，12V的蓄电池由的蓄电池由6个单格蓄个单格蓄电池串联而成，每个单格蓄电池的标称电压为电池串联而成，每个单格蓄电池的标称电压为2V，充满电时为充满电时为2.1V。 铅酸蓄电池由极铅酸蓄电池由极板、隔板、电解液和板、隔板、电解液和壳体组成。壳体组成。1、极板与极板组蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都以铅蓄电池的极板分为正极板和负极板，它们都以铅锑锑合金浇铸成的栅架为骨架，在栅架上填充活性物质制成极合金浇铸成的栅架为骨架，在栅架上填充活性物质制成极板。板。将涂上铅膏后的生极板先经热风干燥，再放入稀硫酸将涂上铅膏后的生极板先经热风干燥，再放入稀硫酸中进行充
12、电便得正、负极板中进行充电便得正、负极板极板结构活性物质活性物质 正极板上的活性正极板上的活性物质是深棕色的二氧物质是深棕色的二氧化铅化铅(PbO2)， 负极板上的活性负极板上的活性物质是海绵状、青灰物质是海绵状、青灰色的纯铅色的纯铅(Pb)。普通型放射型 目前，蓄电池采用的栅架有二种，一目前，蓄电池采用的栅架有二种，一种为普通型，另一种为放射型。其中放射型种为普通型，另一种为放射型。其中放射型栅架具有输出电流大、内阻小的特点，在新栅架具有输出电流大、内阻小的特点，在新型蓄电池中采用。型蓄电池中采用。极板组单格蓄电池极板组12V蓄电池极板组 为了增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、为了
13、增大蓄电池的容量，每个单格蓄电池都由多个正、负极板组成极板组。负极板组成极板组。每个正极板都处于两片负极板之间，使正极每个正极板都处于两片负极板之间，使正极板两侧充、放电均匀。板两侧充、放电均匀。目前国产蓄电池极板的厚度为目前国产蓄电池极板的厚度为1.82.4 mm，国外大都采用，国外大都采用1.11.5 mm厚的薄型极板（正极板比负厚的薄型极板（正极板比负极板厚）。采用薄型极板可提高蓄电池的容量和起动性能。极板厚）。采用薄型极板可提高蓄电池的容量和起动性能。正、负极板之间装有绝缘隔板，以防止极板之间短路。正、负极板之间装有绝缘隔板，以防止极板之间短路。隔板应具有多孔性，以便电解液的自由渗透。
14、隔板采用耐酸隔板应具有多孔性，以便电解液的自由渗透。隔板采用耐酸性和抗碱性的木质、微孔橡胶、微孔塑料及浸树脂纸质材料制成。性和抗碱性的木质、微孔橡胶、微孔塑料及浸树脂纸质材料制成。 近年来，还将微孔塑料隔板做近年来，还将微孔塑料隔板做成袋状，紧包在正极板的外部，防成袋状，紧包在正极板的外部，防止活性物质的脱落。止活性物质的脱落。2、隔板单格蓄电池极板组单格蓄电池极板组电解液是由化学纯的硫酸化学纯的硫酸（H2SO4）和蒸馏水蒸馏水（H2O）按一定比例配制而成的硫酸水溶液（密度为1.241.31克/立方厘米）。64%蒸馏水H2O+36%硫酸H2SO4=电解液密度：1.000密度：1.835密度：1
15、.265 电解液密度对蓄电池的容量和寿命影响大。密度大可以提高蓄电解液密度对蓄电池的容量和寿命影响大。密度大可以提高蓄电池的容量，减少结冰的危险；但粘度增加，流动性变差，使蓄电电池的容量，减少结冰的危险；但粘度增加，流动性变差，使蓄电池的容量下降，而且腐蚀作用增强，降低极板和隔板的寿命。池的容量下降，而且腐蚀作用增强，降低极板和隔板的寿命。3、电解液(electrolyte，俗称电瓶水。，俗称电瓶水。) 壳体采用耐酸、耐热和壳体采用耐酸、耐热和耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料耐震的硬橡胶或聚丙稀塑料制成整体式结构，壳体内分制成整体式结构，壳体内分成个互不相通的单格，每成个互不相通的单格，每个单格内装有
16、极板组和电解个单格内装有极板组和电解液组成一个单格的蓄电池。液组成一个单格的蓄电池。 壳体的底部有凸起的筋，壳体的底部有凸起的筋，用来支撑极板组，并使极板上用来支撑极板组，并使极板上脱落下来的活性物质落入凹槽脱落下来的活性物质落入凹槽中，防止极板短路。中，防止极板短路。外壳用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。外壳用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。4、壳体壳体 外壳用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。外壳用来盛装电解液和极板组，使蓄电池构成一个整体。外壳材料有硬橡胶和塑料两种。外壳材料有硬橡胶和塑料两种。每个单格的盖板每个单格的盖板中间有加液孔，中间有加液孔，可以
17、用来检查液可以用来检查液面高度和测量电面高度和测量电解液的密度，加解液的密度，加液孔平时用加液液孔平时用加液螺塞拧紧。加液螺塞拧紧。加液螺塞中心的通气螺塞中心的通气孔应保持畅通，孔应保持畅通，使蓄电池在电化使蓄电池在电化学反应中放出的学反应中放出的气体可随时逸出。气体可随时逸出。图图 蓄电池加液孔、加液螺塞及通气孔蓄电池加液孔、加液螺塞及通气孔5.接线柱接线柱 铅酸蓄电池首尾两极板组的横板上焊有接线柱（亦称极桩。铅酸蓄电池首尾两极板组的横板上焊有接线柱（亦称极桩。），接线柱有圆锥形、），接线柱有圆锥形、L形和侧孔形三种，如图所示。形和侧孔形三种，如图所示。 侧孔形侧孔形 圆锥形圆锥形 L形形
18、图图 铅酸蓄电池接线柱外形铅酸蓄电池接线柱外形 如图所示，正接线柱连接去起动机和电流表的如图所示，正接线柱连接去起动机和电流表的电线，负接线柱连接去车身或车架的搭铁电线。电线，负接线柱连接去车身或车架的搭铁电线。图图 大众速腾轿车蓄电池接线柱（极桩）大众速腾轿车蓄电池接线柱（极桩） 为了便于区分，正接线柱附近标有为了便于区分，正接线柱附近标有“”或或“P”记号记号（负接线柱附近标有（负接线柱附近标有“”或或“N”记号记号,有些蓄电池正接线有些蓄电池正接线柱上涂有红色油漆。柱上涂有红色油漆。图图 正接线柱旁边标有正接线柱旁边标有“”记号记号 图图 负接线柱附近标有负接线柱附近标有“”记号记号 三
19、、蓄电池的规格型号 n 蓄电池的型号按蓄电池的型号按JB/T 2599-1993 铅酸铅酸蓄电池产品型号编制方法蓄电池产品型号编制方法的规定，组成如下：的规定，组成如下：额定容量（安额定容量（安时时/Ah）类型和特征类型和特征Q起动型起动型A干荷电式干荷电式W免维护式免维护式单格单格蓄电池个数蓄电池个数铅酸蓄电池产品型号举例。铅酸蓄电池产品型号举例。6Q105：表示由表示由6个单格串联，额定电压为个单格串联，额定电压为12V，额定容量为，额定容量为105Ah的起动型蓄电池。的起动型蓄电池。6QAW100：表示由表示由6个单格串联，额定电压为个单格串联，额定电压为12V，额定容量为，额定容量为1
20、00Ah的起动型干荷电免维护蓄电池。的起动型干荷电免维护蓄电池。6QA40S：表示由表示由6个单格串联，额定电压为个单格串联，额定电压为12，额定容量为，额定容量为40Ah的的起动型干荷电塑料外壳蓄电池。起动型干荷电塑料外壳蓄电池。蓄电池的选用蓄电池的选用 和选用其他汽车外购件一样，要先选和选用其他汽车外购件一样，要先选“型型”，再选，再选“号号”。 选用汽车蓄电池，首先要选起动型，然后再选电压和容选用汽车蓄电池，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。应满足连续起动三
21、次以上的要求。 每车尽量选用一个蓄电池，实在不行，才选用两个蓄电每车尽量选用一个蓄电池，实在不行，才选用两个蓄电池。若电压不够，则两个电池串联，每个蓄电池的电压为总池。若电压不够，则两个电池串联，每个蓄电池的电压为总电压的电压的12，但是新旧蓄电池不可混用。，但是新旧蓄电池不可混用。1-2、蓄电池的工作原理与特性n一、蓄电池的工作原理 n 蓄电池是一个化学电源，其充电与放电过程是一种蓄电池是一个化学电源，其充电与放电过程是一种可逆的化学反应可逆的化学反应。n1 1、电动势电动势的建立的建立 在正极板处，在正极板处，PbO2与硫酸作用与硫酸作用而生成带正电荷而生成带正电荷的铅离子的铅离子(Pb4
22、+)沉沉浮在正极板上，浮在正极板上，使正极板具有约使正极板具有约2V的正电位。的正电位。 在负极板在负极板处，铅电离为处，铅电离为铅离子（铅离子（Pb2+）和电子和电子(2e)，2个电子留在负个电子留在负极板上，使负极板上，使负极板具有约极板具有约 -0.1V的负电位。的负电位。+2V+2V-0-0. .1V1V2.1V2.1V2.1V2.1V正、负极板上生成硫酸铅正、负极板上生成硫酸铅（PbSO4），），电解液中水份增电解液中水份增加。加。随着放电的进行，随着放电的进行，电解液密度减小。电解液密度减小。 接上负载后的化学反应接上负载后的化学反应2、蓄电池的放电极板上的硫酸铅还原成极板上的硫酸
23、铅还原成氧化铅和铅，电解液中的水氧化铅和铅，电解液中的水份还原成硫酸。份还原成硫酸。随着充电的进行，电解随着充电的进行，电解液中硫酸的成份增加，电解液中硫酸的成份增加，电解液密度增大。液密度增大。3、充电过程蓄电池的基本工作原理蓄电池的基本工作原理 铅酸蓄电池在充、放电过程中的化学反应是可逆的，其铅酸蓄电池在充、放电过程中的化学反应是可逆的，其电化学反应方程式可简化为：电化学反应方程式可简化为： 铅酸蓄电池充、放电反应原理如图所示。当接通外电路铅酸蓄电池充、放电反应原理如图所示。当接通外电路负载蓄电池放电时，正极板上的负载蓄电池放电时，正极板上的PbO2和负极板的和负极板的Pb都变成都变成了了
24、PbSO4，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下，电解液中的硫酸减少，水增多，电解液密度下降。降。 （a）放电）放电 （b）充电）充电 （c）过充电）过充电 图图 铅酸蓄电池反应原理铅酸蓄电池反应原理 在蓄电池处于过充电时，会引起水的电解。其反应式为：在蓄电池处于过充电时，会引起水的电解。其反应式为：1.静止电动势静止电动势二、蓄电池的工作特性二、蓄电池的工作特性 蓄电池处于静止状态（不充电也不放电）时，正、负极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。板间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。 n2 2、内阻、内阻n蓄电池的内阻由极板电阻、
25、电解液电阻、隔板电阻蓄电池的内阻由极板电阻、电解液电阻、隔板电阻及联条电阻等四部分组成。在正常状态下，铅酸蓄及联条电阻等四部分组成。在正常状态下，铅酸蓄电池的内阻很小，所以能够供给几百安培甚至上千电池的内阻很小，所以能够供给几百安培甚至上千安培的起动电流。安培的起动电流。n 极板电阻一般很小，但随着放电的进行，正负极板上的极板电阻一般很小，但随着放电的进行，正负极板上的PbSO4增多，极板电阻增大。增多，极板电阻增大。n 电解液电阻与密度和温度有关，密度过高或过低，电阻增大；电解液电阻与密度和温度有关，密度过高或过低，电阻增大；温度低，粘度大，电阻大。温度低，粘度大，电阻大。n隔板电阻和联条电
26、阻与材料、联条形式有关，对一个制造好隔板电阻和联条电阻与材料、联条形式有关，对一个制造好的蓄电池来说是一个定值。的蓄电池来说是一个定值。3、放电特性n 放电特性是将充足电的蓄电池，在以放电特性是将充足电的蓄电池，在以20h放电率的放电率的电流连续放电过程中，端电压电流连续放电过程中，端电压U、电动势电动势E和电解液密度和电解液密度随放电时间的变化规律。随放电时间的变化规律。 密度密度随着放电的进随着放电的进行而直线下降，因此，行而直线下降，因此，在使用中可以根据电解在使用中可以根据电解液的密度液的密度来判断蓄电池来判断蓄电池的放电程度。的放电程度。 静止电动势静止电动势Ej与与电解液的密度变化
27、电解液的密度变化相似，单格蓄电池相似，单格蓄电池的放电终止电压的放电终止电压1.75V（10.5V）。n放电终了的特征：放电终了的特征：n 单格电池电压下降到放电终止电单格电池电压下降到放电终止电压（以压（以20h放电率放电时终止电压放电率放电时终止电压为为1.75）。）。n 电解液密度下降到最小允许值电解液密度下降到最小允许值1.101.12gcm3。4、充电特性n 充电特性是指在恒电流充电过程中，蓄电池充电特性是指在恒电流充电过程中，蓄电池的端电压的端电压U、电动势电动势E和电解液密度和电解液密度随时间变化随时间变化的规律。的规律。 随着充电的进行，随着充电的进行，电动势逐渐升高，电解电动势逐渐升高，电解液密度增大，充满电后，液密度增大，充满电后，单格蓄电池的电压为单格蓄电池的电压为2.1V。n充电终了的特征：充电终了的特征：n蓄电池端电压和电解液密度上升蓄电池端电压和电解液密度上升到最大值且到最大值且23h内不再上升。内不再上升。n蓄电池电解液中产生大量气泡，蓄电池电解液中产生大量气泡，呈现呈现“沸腾沸腾”状态。状态。 我们可以根据蓄电池的开路端电压我们可以根据蓄电池的开路端电压的大小，来判断其充电情况：的大小，来判断其充电情况：n小结小结n作业作业 p21
