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1、第一章汽车电路与电气系统基础,第一节 汽车电路基础 第二节 汽车电路基础元件 第三节 汽车电气系统的组成与特点 第四节 汽车电气系统检修常识 练习与思考题,第一节 汽车电路基础 一、线路与电路的基本概念 在一个供、用电系统中，电源提供电能，用电设备使用电能。必须用导线将电源与用电设备两者合理地连接起来，让电流形成回路，才能使电流在用电器中做功。电工学中将这种电流通过的路径称为电路，而一般的电路都是用导线连接而成的，故又称为线路。汽车电路是汽车电器线路的简称，是用选定的导线将全车所有的电器设备相互连接成电路，构成一个完整的供、用电系统。,电路的概念可通过图1.1来理解。如图1.1(a)所示，把蓄
2、电池的正极、负极与灯泡用导线连接起来即形成了实际电路。如果用符号表示图中的电器，就会得到图1.1(b)所示的电路图，图中R表示灯泡的电阻，箭头表示电流的方向。如果在图1.1(b)电路中增设一个开关，就形成了图1.1(c)所示的电路，该电路可通过开关控制电路的通与断。开关断开时，电路中没有电流通过，灯不亮，这种状态称为开路或断路；开关闭合时，电路中有电流通过，灯亮，这种状态称为通路。,图1.1 电路的概念 (a) 实际电路；(b) 电路图示(无开关)；(c) 电路图示(带开关),二、汽车电路中常用图形符号 汽车电路中的常用图形符号如图1.2所示。,图1.2 汽车电路中常用图形符号,三、常用报警灯
3、和指示灯标志 在汽车上一般采用特定的图形标志或英文字母来表示各种开关、报警灯和指示灯的功能。这些图形标志国际通用，具有形象、简明的特点，一看便知其功能。常用的报警灯和指示灯标志如图1.3所示。,图1.3 常见报警灯和指示灯标志,第二节 汽车电路基础元件 一、保险装置 1. 熔断器 熔断器也称保险丝，在电路中起保护作用。当电路中流过超过规定的电流时，熔断器的熔丝自身发热而熔断，切断电路，防止烧坏电路连接导线和用电设备，并把故障限制在最小范围内。熔断器的主要元件是熔丝(片)，其材料是锌、锡、铅、铜等金属的合金。常见熔断器按外形分可分为熔片式、熔管式、绝缘式、缠丝式、插片式等，如图1.4所示。通常情
4、况下，将很多熔断器组合在一起安装在熔断器盒内，并在熔断器盒盖上注明各熔断器的名称、额定容量和位置，同时用不同的颜色来区别熔断器的容量。,图1.4 常见熔断器,一般情况下，环境温度在1832，流过熔断器的电流为额定电流的1.1倍时，熔丝不熔断；达到额定电流的1.35倍时，熔丝将在60 s以内熔断；达到额定电流的1.5倍时，20 A以内的熔丝将在15 s以内熔断，30 A的熔丝将在30 s以内熔断。 熔断器在使用中应注意以下几点： (1) 熔断器熔断后，必须找到故障的真正原因，彻底排除故障。 (2) 更换熔断器时，一定要与原规格相同；汽车上增加用电设备时，不要随意改用容量大的熔断器，最好另外再安装
5、熔断器。,(3) 熔断器支架与熔断器接触不良会产生电压降和发热现象，安装时要保证良好接触。 行驶途中熔断器熔断后的应急处理：可用其他电路的相同或稍大容量的熔断器替代；如果其他电路也需要工作，可暂时采用细导线代替其他电路的熔断器。一旦到达目的地或有新熔断器时，应及时更换。,2. 易熔线 易熔线是一种大容量的熔断器，用于保护电源电路和大电流电路，如图1.5所示。 注意： (1) 绝对不允许换用比规定容量大的易熔线。 (2) 易熔线熔断，可能是主要电路发生短路，因此必须仔细检查，彻底排除隐患。 (3) 不能将易熔线和其他导线绞合在一起。,图1.5 易熔线实物与连接位置,3. 断路器 电路断路器通过断
6、开电路和截断电流以防止导线和电子元件过热和可能因此造成的火灾，在电路中用于防止有害的过载(额外的电流)。电路断路器是机械装置，它利用两种不同金属(双金属)的热效应断开电路，如图1.6所示。如果额外的电流经过双金属带，双金属带弯曲，触点开路，阻止电流通过；当电路断路器冷却时，触点再次闭合，电路导通；当无电流时，双金属带冷却而使电路重新闭合，电路断路器复位。,图1.6 断路器示意图,二、继电器 继电器是利用电磁或机电原理及其他方法(如热电或电子)实现自动接通或切断一对 或多对触点，以完成用小电流控制大电流的装置。在电路中设置继电器可以减小控制开关的电流负荷，减少烧蚀等现象的产生，保护电路中的控制开
7、关。汽车中大量使用各种继电器，如进气预热继电器、空调继电器、喇叭继电器、雾灯继电器、中间继电器、风窗刮水器/清洗器继电器、危险报警与转向闪光继电器等。继电器外形、电路符号和内部结构如图1.7图1.9所示。继电器的每个插脚都有标号，与中央接线盒正面板的继电器插座的插孔标号相对应，如图1.10所示。,图1.7 继电器外形图,图1.8 继电器的电路符号 (a) 触点常闭的继电器；(b) 触点常开的继电器,图1.9 继电器的内部结构示意图,图1.10 常见继电器的外形、电路、引线标号及颜色,图1.11所示为小型标准通用继电器的外形、插脚布置与内部电路。 汽车上的继电器有很多，常见的有三类：动合继电器、
8、动断继电器和混合型继电器。这三类继电器的动作状态如图1.12所示。,图1.11 小型标准通用继电器的外形、插脚布置与内部电路 (a) 继电器外形；(b) 插脚布置与内部电路,图1.12 继电器的工作状态,动合继电器(常开继电器)平时触点是断开的，继电器动作后触点才接通；动断继电器(常闭继电器)平时触点是闭合的，继电器动作后触点断开；混合型继电器平时动断触点接通，动合触点断开，如果继电器线圈通电，则变成相反状态。 提示：继电器的工作电压分为12 V和24 V两种，分别应用于相应标称电压的汽车上。两种标称电压的继电器不能互换使用。 要想在原车上安装额外的电子附件，简单地接入已有的电路中可能会使保险
9、装置或配线过载。采用继电器扩展可有效解决这一问题，如图1.13所示。,图1.13 用继电器进行电路扩展,三、开关 开关在电路图中的表示方法有多种，常见的有结构图表示法、表格表示法和图形符号表示法等。 下面以柴油车一般采用的点火开关为例，介绍电路中开关的表示方法，如图1.14所示。点火开关的功能主要有：锁住转向盘转轴(LOCK挡)，接通仪表指示灯(ON或IG挡)，起动发动机(ST或START挡)，给附件供电(Acc挡，主要是收放机专用)，给发动机预热(HEAT挡)。其中起动、预热挡工作时消耗电流很大，开关不宜接通过久，所以这两个挡位在操作时必须用手克服弹簧力，扳住钥匙，一松手就会弹回点火挡，不能
10、自行定位；其他各挡位均可自行定位。 几种常见车型点火开关的挡位与接线柱的对应关系见表1.1。,图1.14 点火开关的三种表示方法 (a) 结构图表示法；(b) 表格表示法；(c) 图形符号表示法,四、插接器 1插接器的识别方法 插接器的符号和实物对照如图1.15所示。符号涂黑的表示插头，白色的表示插座，带有倒角的表示的是针式插头。,图1.15 插接器的符号和实物 (a) 插头；(b) 插座,2插接器的连接方法 插接器接合时，应把插接器的导向槽重叠在一起，使插头和插孔对准，然后平行插入即可十分牢固地连接在一起。插接器连接后，其导线的连接如图1.16所示。例如A线的插孔与a线的插头是相配合的，其余
11、以此类推。,图1.16 插接器的连接方法,3插接器的断开方法 断开插接器时，首先要解除闭锁，如图1.17所示。然后把插接器拉开，不允许在未解除闭锁的情况下用力拉导线，这样会损坏闭锁装置或连接导线。有些插接器用钢丝扣锁止，取下钢丝扣后才能将插接器拔开。,图1.17 解除插接器闭锁的方法,4插接器的拆装与检测 在插接器端子有接触不良或断线故障时，可将插接器分解，用小螺丝刀或专用工具从壳体中取出导线及端子，进行修理或更换。 插接器的拆卸方法如下： (1) 断开蓄电池。 (2) 从其配对的另一半元件上断开插接器。 (3) 压下接头上的锁止凸舌，以松开端子，如图1.18所示。 (4) 用专用工具压端子并
12、将导线从插接器上拆下，如图1.19所示。 (5) 修理或更换端子。,图1.18 压下锁止凸舌,图1.19 从插接器上拆下导线,插接器的安装方法如下： (1) 使锁止凸舌复位。 (2) 将拆下的导线插入修理插头原来的插孔中。 (3) 重复插入插接器上的每根导线，确保所有导线都插入正确的插孔中。(插接器引出线的识别参见相关电路图。) (4) 在重新组装插接器时，锁止凸舌必须放到锁定位置，以防端子脱出。 (5) 将插接器连接到其配对的元件中。 (6) 连接蓄电池并测试所有受影响的系统。 插接器的检测：在检查线路的电压或导通情况时，不必脱开插接器，只需用万用表两探针插入插接器尾部的线孔内进行测量即可。
13、 插接器的拆装专用工具可用硬钢丝弯曲磨制，见图1.20。,图1.20 插接器拆装专用工具与使用方法,五、导线 汽车用导线有高压导线和低压导线两种，二者均采用铜质多芯软线。 1低压导线 1) 导线的截面积 导线的截面积主要根据其工作电流选择，但是对于一些工作电流较小的电器，为保证具有一定的机械强度，汽车电器中导线截面积不得小于0.5 mm2。各种低压导线标称截面积所允许的负载电流见表1.2。,所谓标称截面积，是指经过换算而统一规定的线芯截面积，不是实际线芯的几何面积，也不是各股线芯几何面积之和。 汽车12 V电系主要线路导线标称截面积推荐值见表1.3。,2) 导线颜色 各国汽车厂商在电路图上多以
14、字母(主要是英文字母)来表示导线外皮的颜色及其条纹的颜色。日本常用单个字母表示，个别用双字母，其中后一位是小写字母；我国的标准大体上与日本的相同。美国常用23个字母表示一种颜色，如果导线上有条纹，则要书写较多字母。德国汽车导线颜色代号，各厂商甚至各牌号不尽一致。也有的厂商如斯堪尼亚汽车导线采用数字代号表示颜色。导线颜色代号见表1.4。,另外，导线颜色要容易区别。如常用黑、白、红、绿、黄、蓝、灰、棕、紫；其次用粉红、橙、棕褐；再次为深蓝、浅蓝、深绿、浅绿。在导线上采用条纹标志要对比强烈，如黑白、白红双色线的主色所占比例大些，辅助色所占比例小些。辅助色条纹与主色条纹沿圆周表面的比例为1315。双色
15、线的标注第一色为主色，第二色为辅助色。,3) 线束 汽车用低压导线除蓄电池导线外，都用绝缘材料如薄聚氯乙烯带缠绕包扎成束，避免水、油的侵蚀及磨损。在线束布线过程中不许拉得太紧，线束穿过洞口或绕过锐角处都应有套管保护。线束位置确定后，应用卡簧或绊钉固定，以免松动损坏。 4) 导线维修 大多数制造商推荐所有导线应用焊接方式进行维修。维修导线时，正确的操作方法如下： (1) 从每一根需要维修绞接的导线去掉12.7 mm的绝缘层。 (2) 准备一根具有黏性衬的热缩管置于导线一侧。要确保管子足够长以覆盖并封住整个修理区。 (3) 将导线的多股线相互搭叠放在插接器夹内(见图1.21)。 (4) 用压接工具
16、将插接器夹和导线卷缩在一起(见图1.22)。,图1.21 导线在插接器内搭接,图1.22 插接器夹和导线的压线,(5) 用松香心型锡焊丝将连接处焊接在一起(见图1.23)。 注意：不要使用酸性锡焊丝焊接。 (6) 用喷枪加热热缩管的连接处并使连接点处于热缩管的中央位置。加热连接处直到管子紧紧封住并使焊液从管子两端流出(见图1.24)。,图1.23 导线的焊接,图1.24 热缩管的使用,2高压导线 在汽车点火线圈至火花塞之间的电路使用高压点火线，简称高压线。它分为普通铜芯高压线及高压阻尼点火线。带阻尼的高压线可抑制和衰减点火系产生的高频电磁波，降低对无线电设备及电控装置的干扰。,第三节 汽车电气
17、系统的组成与特点 一、汽车电气系统的组成 随着汽车工业的发展，人们对汽车的性能要求也越来越高，传统的汽车电气系统与机械系统已很难满足日趋严格的关于汽车节能、排放与安全法规的要求。作为汽车必不可少的蓄电池、发电机、起动机、照明、信号、仪表、报警等传统意义上的汽车电器也发生着巨大的变化，特别是电子控制技术在汽车工业中的广泛应用，使得汽车电气系统越来越复杂，并朝着电子化、集成化、智能化的方向发展。 图1.25所示为上海桑塔纳2000型轿车电气系统的组成图。这些电气设备可以说是现代轿车的最基本装备。,图1.25 上海桑塔纳2000型轿车电气设备,汽车电气设备按功能可分电源、起动、点火、照明与信号、仪表
18、与报警、电子控制装置、辅助装置等部分，见图1.26。,图1.26 汽车电气设备组成,1. 电源系统 电源系统由蓄电池、发电机、调节器及工作状况指示装置(电流表、充电指示灯)等组成。其作用是向全车用电设备提供低压直流电能。 2. 起动系统 起动系统由起动机、起动继电器、起动开关及起动保护装置组成。其作用是带动飞轮旋转使曲轴达到必要的起动转速。 3. 点火系统(仅限于汽油发动机) 点火系统由点火线圈、分电器、电子点火器、火花塞、点火开关等组成。此外，采用由发动机控制单元进行点火控制时，可以不使用分电器。点火系统的作用是将低压电转变为高压电，适时可靠地点燃气缸中的可燃混合气。,4. 照明与信号系统
19、照明与信号系统由前照灯、雾灯、示廓灯、转向灯、制动灯、倒车灯、电喇叭等及其控制继电器和开关组成。照明系统的作用是确保车辆内外一定范围内合适的照度；信号系统的作用是告示行人车辆引起注意，指示行驶趋向及操纵件的状态。 5. 仪表与警报系统 仪表与警报系统由仪表、传感器、各种报警指示灯及控制器组成。其作用是显示汽车运行参数及交通信息，报警运行性机械故障，以确保行驶和停车的安全性、可靠性。,6. 电子控制装置 电子控制装置由电控燃油喷射系统、自动变速器、制动防抱死系统、恒速控制及悬架平衡控制等组成。 7. 辅助装置 辅助装置由为提高车辆安全性、舒适性、经济性等各种功能的电器装置组成。辅助装置因车型不同
20、而有所差异，一般包括风窗刮水/清洗装置、风窗除霜/防雾装置、起动预热装置、音响装置、车窗电动升降装置、电动座椅调节装置及中央电控门锁等装置。,二、汽车电气系统的特点 现代汽车电器与电子设备虽然种类繁多，功能各异，但其线路都应遵循一定的原则，了解这些原则对进行汽车电路分析是很有帮助的。 汽车电气系统的主要特点如下： 1. 低压 汽车电气系统的额定电压主要有12 V和24 V两种。汽油车普遍采用12 V电源，柴油车多采用24 V电源(由两个12 V蓄电池串联而成)。汽车运行中的电压，一般12 V系统的为14 V，24 V系统的为28 V。,2. 直流 现代汽车发动机是靠电力起动机起动的，起动机由蓄
21、电池供电，而向蓄电池充电又必须用直流电源，所以汽车电系为直流系统。 3. 单线制 单线连接是汽车线路的特殊性，它是指汽车上所有电器设备的正极均采用导线相互连接，而所有的负极则直接或间接通过导线与车架或车身金属部分相连，即搭铁。任何一个电路中的电流都是从电源的正极出发经导线流入用电设备后，再由电器设备自身或负极导线搭铁，通过车架或车身流回电源负极而形成回路，见图1.27。 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。,图1.27 单线制电路,4. 并联连接 各用电设备均采用并联，汽车上的两个电源(蓄电池与发电机)之间以及所有用电设备之间，都是正极接正极，负极接负极，并联连接
22、。 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。,5. 负极搭铁 采用单线制时蓄电池的一个电极需接至车架或车身上，俗称“搭铁”。蓄电池的负极接车架或车身称之为负极搭铁；蓄电池的正极接车架或车身称之为正极搭铁。负极搭铁对车架或车身金属的化学腐蚀较轻，对无线电干扰小。我国标准规定汽车线路统一采用负极搭铁。,6. 设有保险装置 为了防止因短路或搭铁而烧坏线束，电路中一般设有保护装置，如熔断器、易熔线等。 7. 汽车线路有颜色和编号特征 为了便于区别各线路的连接，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。编号是由生产厂家统
23、一编定的。,第四节 汽车电气系统检修常识 一、汽车电气系统故障种类与特点 1. 电器设备故障 电器设备故障是指电器设备自身丧失其原有机能，包括电器设备的机械损坏、烧毁以及电子元件的击穿、老化、性能减退等等。在实际使用和维修中，常常因线路故障而造成电器设备故障。电器设备故障一般是可修复的，但对于一些不可拆的电子设备出现故障后只能更换。,2. 线路故障 线路故障包括断路、短路、接触不良或绝缘不良等。接触不良故障有时会出现一些假象，给故障诊断带来困难。例如，某搭铁线与车身出现接触不良，就有可能造成电器设备开关失控，电器设备工作出现混乱。这是因为有的搭铁线多为几个电器设备共用，一旦该搭铁线出现接触不良
24、，它便把多个电器设备的工作电路联系到一起，就有可能通过其他线路找到搭铁途径，造成一个或多个电器设备工作异常。,二、汽车电气系统故障检修注意事项 在对汽车电气系统进行故障检修时，应注意以下几点： (1) 拆卸和安装电器元件时，应切断电源。 (2) 更换熔断器时，一定要与原规格相同，切勿用导线替代。 (3) 正确拆卸导线插接器(插头与插座)。为了防止插接器在汽车行驶中脱开，所有的插接器均采用了闭锁装置。要拆开插接器，首先要解除闭锁，然后把插接器拉开，不允许在未解除闭锁的情况下用力拉导线，这样会损坏闭锁或连接导线。,(4) 在检修传统汽车电器故障时，往往采用“试火”的办法逐一判断故障部位。在装有电子
25、设备的汽车上，不允许使用这种方法，否则会给某些电路和电子元件造成意想不到的损害。 (5) 在发动机工作时，不要拆下蓄电池接线。对于装有电控装置的车辆也不要采用该办法来判断发电机是否发电。 (6) 不允许使用欧姆表及万用表的R100以下低阻欧姆挡检测小功率晶体管，以免电流过载损坏晶体管。 (7) 更换三极管时，应首先接入基极；拆卸时，最后拆下基极。,三、汽车电气系统故障检修方法 1. 直观诊断法 汽车电路发生故障时，有时会出现冒烟、火花、异响、焦臭、发热等异常现象。这些现象可通过人的眼、耳、鼻、身感觉到，从而可以直接判断出故障所在部位。 例如，汽车行驶中，突然发现转向灯与转向指示灯均不亮，用手一
26、摸，发现闪光器发热烫手，说明闪光器已被烧坏。,2. 断路法 汽车电路设备发生搭铁(短路)故障时，可用断路法判断，即将怀疑有搭铁故障的电路段断路后，根据电器设备中搭铁故障是否还存在，判断电路搭铁的部位和原因。 例如，汽车行驶时，听到电喇叭长鸣，则可以将继电器“按钮”接柱上的导线拆开，此时如果喇叭停鸣，则说明喇叭按钮至继电器这段电路中有搭铁现象。,3. 短路法 汽车电路中出现断路故障，还可以用短路法判断，即用起子或导线将被怀疑有断路故障的电路短接，观察仪表指针变化或电器设备的工作状况，从而判断出该电路中是否存在断路故障。 例如，怀疑汽车电路中的各种开关有故障，可用导线将开关短接来判断开关是好是坏。
27、,4. 试灯法 试灯法是利用试灯对线路故障进行诊断的一种方法，其优点是可迅速地判断出电路中的短路、断路故障。试灯法又分为短路检测法和断路检测法两种方法。短路法主要用于检测线路中的断路故障，而断路法则主要用于检测线路中的短路故障。 断路检测法的测试原理如图1.28所示，当电路出现短路时，电路中的熔断器熔断后可自动切断电路。检查这一类故障时，可将试灯直接接入熔断器的位置，并按图中标注的序号依次打开插接器，直到灯灭为止，便可迅速查找到线路中的短路处。 短路检测法的测试原理如图1.29所示，当线路出现断路时，用电器无法工作。用一个汽车灯泡作试灯，检查汽车电器或电路有无故障。此方法特别适合不允许直接短路
28、(如带有电子元器件)的电器装置。,1试灯；2车用灯(用电器)；3插接器； 4车灯开关；5熔断器；故障部位 图1.28 断路检测法的测试原理,1试灯；2车用灯(用电器)；3插接器； 4车灯开关；5熔断器；故障部位 图1.29 短路检测法的测试原理,5. 仪表法 仪表法即通过观察汽车仪表板上的电流表、水温表、燃油表、机油压力表等的指示情况，来判断电路中有无故障的方法。 例如，发动机冷态，接通点火开关时，水温表指示满刻度位置不动，说明水温表传感器有故障或该线路有搭铁。 6. 高压试火法 高压试火法即对高压电路进行搭铁试火，观察电火花状况，从而判断点火系的工作情况的方法。具体方法是：取下点火线圈或火花
29、塞的高压导线，将其对准火花塞或缸盖等，距离约5 mm，然后接通起动开关，转动发动机，看其跳火情况。如果火花强烈，呈天蓝色，且跳火声较大，则表明点火系工作基本正常；反之，则说明点火系工作不正常。,7低压搭铁试火法 低压搭铁试火法即拆下用电设备接线的某一线端对汽车的金属部分(搭铁)碰试而产生火花来判断故障的方法。这种方法比较简单，是广大汽车电工经常使用的方法。搭铁试火法可分为直接搭铁和间接搭铁两种。 所谓直接搭铁，是指未经过负载而直接搭铁，以是否产生强烈的火花来判断电路有无故障。例如，要判断点火线圈至蓄电池一段电路是否有故障，可拆下点火线圈上连接点火开关的线头，在汽车车身或车架上刮碰，如果有强烈的
30、火花，说明该段电路正常；如果无火花产生，说明该段电路出现了断路。 间接搭铁是指通过汽车电器的某一负载而间接搭铁，以是否产生微弱的火花来判断线路或负载有无故障。例如，将传统点火系断电器连接线搭铁(回路经过点火线圈初级绕组)，如果有火花，说明这段线路正常；如果无火花，则说明这段电路出现了断路。,8. 换件法 换件法在实际故障诊断中经常采用，即使用一个无故障的元件替换怀疑可能出现故障的元件，观察出现故障系统的工作情况，从而判断故障所在。采用换件法必须注意的是，在换件前要对其线路进行必要的检查，确保线路正常方可使用，否则会造成更大的损失。 9. 仪器法 随着汽车电气设备的日趋复杂，在维修中，特别是维修
31、装置电子设备较多的车辆，使用一些专用的仪器是十分必要的。,练习与思考题 1-1 汽车电路基础元件有哪些？在使用与检修时应注意哪些事项？ 1-2 汽车电气系统有何特点？ 1-3 汽车电气系统故障种类大体上有哪些？有何特点？ 1-4 对汽车电气系统的故障检修有哪些常用方法？,第一节 蓄电池 第二节 交流发电机 第三节 电压调节器 第四节 电源系统的故障诊断练习与思考题,第二章电源系统,汽车电源系统主要由蓄电池、交流发电机、电压调节器等组成，见图2.1。蓄电池与发电机并联向用电设备供电。交流发电机与发电机调节器互相配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向蓄电池充电。,图2.1 汽
32、车电源系统的组成,第一节 蓄 电 池 蓄电池是一种将化学能转变为电能的装置，属于可逆的直流电源。用于汽车上的蓄电池，必须满足起动发动机的需要，即在510 s的短时间内，提供汽车起动机足够大的电流。汽油机起动电流为200600 A，有的柴油机起动电流达1000 A。 在发动机工作时，汽车用电设备所需电能主要由发电机供给。,蓄电池在汽车上的功用主要有： (1) 起动发动机时，蓄电池向起动系和点火系供电。 (2) 当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池充电电压时，由蓄电池向用电设备供电。 (3) 当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能储存起来。 (4) 当发电
33、机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。 (5) 蓄电池可以吸收电路中的瞬时过电压，保持汽车电气系统电压的稳定，保护电子元件。,一、蓄电池的结构 铅蓄电池一般由3个或6个单格电池串联而成，结构如图2.2所示，主要由极板、隔板、电解液和外壳等组成。下面以干荷电蓄电池为例加以说明。,1负极柱；2加液孔盖；3正极柱；4穿壁连接； 5汇流条；6外壳；7负极板；8隔板；9正极板 图2.2 铅蓄电池的结构,1. 极板 极板是蓄电池的核心部分，蓄电池充、放电的化学反应主要是依靠极板上的活性物质与电解液进行的。极板分为正极板和负极板，均由栅架和活性物质组成。 栅架的作用是固结活性物质。栅架一般由铅锑合金铸成
34、，具有良好的导电性、耐蚀性和一定的机械强度。栅架的结构如图2.3所示。为了降低蓄电池的内阻，改善蓄电池的起动性能，有些铅蓄电池采用了放射形栅架。图2.4所示为桑塔纳轿车蓄电池放射形栅架的结构。,图2.3 栅架的结构,图2.4 放射形栅架的结构,正极板上的活性物质是二氧化铅(PbO2)，呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵状的纯铅(Pb)，呈青灰色。将活性物质调成糊状填充在栅架的空隙里并进行干燥即形成极板，如图2.5所示。,图2.5 极板的结构,将正、负极板各一片浸入电解液中，可获得2 V左右的电动势。为了增大蓄电池的容量，常将多片正、负极板分别并联，组成正、负极板组，如图2.6所示。在每个单格电
35、池中，正极板的片数要比负极板少一片，这样每片正极板都处于两片负极板之间，可以使正极板两侧放电均匀，避免因放电不均匀造成极板拱曲。,1极板组总成；2负极板；3隔板；4正极板；5连条 图2.6 极板组,2. 隔板 隔板插放在正、负极板之间，以防止正、负极板互相接触造成短路。隔板应耐酸并具有多孔性，以利于电解液的渗透。常用的隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。其中，木质隔板耐酸性较差；微孔橡胶隔板性能最好，但成本较高；微孔塑料隔板孔径小、孔率高、成本低，因此被广泛采用。,3. 电解液 电解液在蓄电池的化学反应中起到离子间导电的作用，并参与蓄电池的化学反应。电解液由纯硫酸(H2SO4)与蒸馏水按一定
36、比例配制而成，其密度一般为1.241.30 g/cm3。 电解液的密度对蓄电池的工作有重要影响，密度大，可减少结冰的危险并提高蓄电池的容量，但密度过大则黏度增加，反而会降低蓄电池的容量，缩短使用寿命。电解液密度应随地区和气候条件而定，表2.1列出了不同地区和气温下电解液的密度。另外，电解液的纯度也是影响蓄电池性能和使用寿命的重要因素之一。,4. 壳体 壳体用于盛放电解液和极板组，应该耐酸、耐热、耐震。壳体多采用硬橡胶或聚丙烯塑料制成，为整体式结构，底部有凸起的肋条以搁置极板组。壳内由间壁分成3个或6个互不相通的单格，各单格之间用铅质连条串联起来，如图2.7所示。壳体上部使用相同材料的电池盖密封
37、，电池盖上设有对应于每个单格电池的加液孔，用于添加电解液和蒸馏水，以及测量电解液密度、温度和液面高度。加液孔盖上的通风孔可使蓄电池化学反应中产生的气体顺利排出。,图2.7 单格电池的穿壁连接,二、蓄电池的种类与型号 1. 蓄电池的种类 铅蓄电池又可以分为普通铅蓄电池、干荷电铅蓄电池、湿荷电铅蓄电池和免维护铅蓄电池。各种蓄电池的特点见表2.2。,2. 蓄电池的型号 铅蓄电池产品型号分为三段，其排列及其含义如下：,第1部分表示串联的单格电池数，用阿拉伯数字组成，其标准电压是这个数字的2倍。 第2部分表示蓄电池的类型和特征，用汉语拼音字母表示。其中，第1部分字母表示蓄电池的类型，如“Q”表示起动用铅
38、蓄电池；第2部分为蓄电池的特征代号，如“A”表示干荷电式，具有两种特征时按表2.3顺序将两个代号并列标志，各代号具体含义见表2.3。,第3部分表示蓄电池的额定容量，我国目前规定采用20 h放电率的容量安培小时数Ah。 此外，有的蓄电池在额定容量后面用一个字母表示其具有的特殊性能，如：Q高起动率；S塑料槽；D低温起动性能好。 例如，CA1170P2K2柴油车用型号为6QAW100S的蓄电池，是由6个单格串联而成，标准电压为12 V，干荷电式免维护蓄电池，它采用了塑料整体式外壳，薄型极板，使用时只需加入规定密度的电解液，静止0.5 h，就可以投入使用。,三、免维护蓄电池的特点 免维护蓄电池又称MF
39、蓄电池。免维护是指在汽车合理使用期间，不需要对蓄电池进行加注蒸馏水、检测电解液液面高度、检测电解液密度等维护作业。与其他铅蓄电池相比，免维护蓄电池具有以下特点： (1) 栅架材料采用铅钙合金，既提高了栅架的机械强度，又减少了蓄电池的耗水量和自放电。 (2) 采用了袋式微孔聚氯乙烯隔板，将正极板装在隔板袋内，既可避免正极板上的活性物质脱落，又能防止极板短路。因此壳体底部不需要凸起的肋条，降低了极板组的高度，增大了极板上方的容积，使电解液储存量增多。,(3) 蓄电池内部安装有电解液密度计(俗称电眼)，如图2.8所示，可自动显示蓄电池的存电状态和电解液液面的高低。如果密度计的观察窗呈绿色，表明蓄电池
40、存电充足，可正常使用；若显示深绿色或黑色，表明蓄电池存电不足，需补充充电；若显示浅黄色，表明蓄电池已接近报废。 (4) 采用了新型安全通气装置和气体收集器，在孔盖内部设置了一个氧化铝过滤器， 可阻止水蒸气和硫酸气体通过，同时又可以使氢气和氧气顺利逸出。通气塞中装有催化剂钯，可促使氢、氧离子重新结合成水回到蓄电池中。,1绿色(充电程度在65%以上)；2黑色(充电程度在65%以下)； 3浅黄色(蓄电池有故障)；4蓄电池盖；5观察窗； 6光学的荷电状况指示器；7绿色小球 图2.8 免维护蓄电池内装式相对密度计,四、蓄电池的工作原理 1. 铅蓄电池的静止电动势 将铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中，正、
41、负极板与电解液相互作用，在正、负极板间就会产生约2.1 V的静止电动势。 铅蓄电池的静止电动势Ej与极板的片数、大小无关，仅与电解液的密度有关，其关系式为 Ej0.8425 式中：Ej蓄电池的静止电动势，单位为V； 2525时电解液的相对密度(g/cm3)。,注意，实测电解液的相对密度应转换成25时电解液的相对密度，转换关系式为 25t(t25) 式中：t实测的电解液相对密度(g/cm3)； t测量时的电解液温度()； 相对密度温度系数，取0.000 75。 因为铅蓄电池工作时电解液密度总是在1.121.30 g/cm3之间变化，所以每个单格电池的电动势也相应地在1.972.15 V之间变化。
42、,2. 铅蓄电池的放电 当铅蓄电池的正、负极板浸入电解液中时，在正、负极板间就会产生约2.1 V的静止电动势，此时若接入负载，在电动势的作用下，电流就会从蓄电池的正极经外电路流向蓄电池的负极，这一过程称为放电。蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。 放电时，正极板上的PbO2和负极板上的Pb都与电解液中的H2SO4发生反应，生成硫酸铅(PbSO4)，沉附在正、负极板上。此时电解液中的H2SO4不断减少，密度也随之下降。,理论上，放电过程可以进行到极板上的活性物质被耗尽为止，但由于生成的PbSO4沉附于极板表面，阻碍电解液向活性物质内层渗透，使得内层活性物质因缺少电解液而不能参加反应，因此在
43、使用中被称为放完电蓄电池的活性物质利用率只有20%30%。因此，采用薄型极板，增加极板的多孔性，可以提高活性物质的利用率，增大蓄电池的容量。 蓄电池放电终了的特征是： (1) 单格电池电压降到放电终止电压； (2) 电解液密度降到最小许可值。 放电终止电压与放电电流的大小有关。放电电流越大，允许的放电时间就越短，放电终止电压也越低，如表2.4所示。,3. 铅蓄电池的充电 充电时，蓄电池的正、负极分别与直流电源的正、负极相连，当充电电源的端电压高于蓄电池的电动势时，在电场的作用下，电流从蓄电池的正极流入，从负极流出，这一过程称为充电。蓄电池的充电过程是电能转换为化学能的过程。 充电时，正、负极板
44、上的PbSO4还原成PbO2和Pb，电解液中的H2SO4不断增多，密度上升。 当充电接近终了时，PbSO4已基本还原成PbO2和Pb，这时过剩的充电电流将电解水，使正极板附近产生的O2从电解液中逸出，负极板附近产生的H2从电解液中逸出，电解液液面高度降低。因此，铅蓄电池需要定期补充蒸馏水。,五、影响蓄电池容量的因素 1. 蓄电池的容量 蓄电池的容量标志着蓄电池对外供电的能力。一只完全充足电的蓄电池，在允许的放电范围内所输出的电量称之为蓄电池的容量。当恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电时间之积，即 CIf tf 式中：C蓄电池的容量，单位为Ah； If放电电流，单位为A； tf放电时间，
45、单位为h。 蓄电池的容量与放电电流的大小以及电解液的温度有关。蓄电池出厂时规定的额定容量是在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下测得的。,1) 额定容量 额定容量是检验蓄电池质量的重要指标之一。GB/T5008.11991标准规定，以20 h放电率的放电电流在电解液初始温度为(255)，相对密度为(1.2800.1)g/cm3(25)的条件下，连续放电到规定的单格终止电压1.75 V，蓄电池所输出的电量，称为蓄电池的额定容量，记为C20。 例如，6QA60型蓄电池，在电解液初始温度为25时，以3 A的放电电流持续放电20 h，单格电压降到1.75 V，其额定容量C2032060
46、Ah。,2) 额定储备容量 额定储备容量是国际上通用的另一种蓄电池容量表示方法。它是指充足电的蓄电池在电解液温度为25的条件下，以25 A电流放电到单格终止电压1.75 V时所能维持的时间。符号为Cm，单位为min。,3) 起动容量 (1) 常温起动容量。常温起动容量为电解液初始温度25时，以5 min放电率的电流放电，放电5 min至单格电池电压降至1.5 V时所输出的电量。5 min放电率的电流在数值上约为其额定容量的3倍。例如，对于6Q100型蓄电池，C20100 Ah，在电解液初始温度为25时，以3C20A3100300 A的电流放电5min，单格电池电压降至1.5 V，蓄电池端电压降
47、至1.569 V，其起动容量为30056025 Ah。 (2) 低温起动容量。低温起动容量为电解液初始温度18时，以5 min放电率的电流放电，放电2.5 min至单格电池电压降至1 V时所输出的电量。,2. 影响蓄电池容量的因素 影响蓄电池容量的因素有结构因素和使用因素两个方面。 1) 结构因素 蓄电池极板的表面积(指活性物质的真实表面积)越大，极板片数越多，参加反应的活性物质就越多，容量就越大。另外，极板越薄，活性物质的多孔性越好，则电解液向极板内部的渗透越容易，活性物质利用率就越高，输出容量也就越大。,2) 使用因素 (1) 放电电流。放电电流越大，蓄电池的容量就越小，如图2.9所示。
48、放电时，正、负极板上的PbO2和Pb逐渐转变成PbSO4，PbSO4的体积比PbO2和Pb大，它将逐渐堵塞极板孔隙，阻碍电解液向极板内部渗透。当放电电流增大时，化学反应速度加快，PbSO4堵塞孔隙的速度也越快，孔隙中电解液密度迅速下降，导致极板内层大量的活性物质不能参与反应，蓄电池的实际输出容量减小。同时，电解液密度迅速下降，导致蓄电池的端电压也迅速下降，因而缩短了放电时间。因此，在实际使用中必须严格控制起动时间，每次起动的时间不应超过5 s，且连续两次起动之间的时间间隔不应少于15 s。,图2.9 蓄电池容量与放电电流的关系,(2) 电解液温度。放电电流一定的条件下，温度降低则容量减小，如图
49、2.10所示。温度降低时，电解液的黏度增加，渗入极板困难，同时内阻增大，使蓄电池端电压降低，容量减小。由于温度对蓄电池容量和端电压影响很大，因此在寒冷地区冬季应当对蓄电池采取保温措施。,图2.10 电解液温度与容量的关系,(3) 电解液密度。适当提高电解液的密度，可加快电解液的渗透速度，提高蓄电池的电动势和容量。但电解液密度过大又将导致黏度增加，内阻增大，反而使蓄电池容量降低。 实践证明，电解液密度偏低有利于提高放电电流和容量，延长蓄电池的使用寿命。冬季在电解液不结冰的前提下，应尽可能采用稍低的电解液密度。,六、蓄电池的充电 1. 充电设备 蓄电池是直流电源，必须用直流电源对其进行充电。充电时，充电电源的正极接蓄电池的正极，充电电源的负极接蓄电池的负极。 汽车上的充电设备是由发动机驱动的交流发电机。车下充电多采用硅整流充电机、晶闸管整流充电机和智能充电机等。,2. 充电方法 蓄电池的充电方法主要有恒压充电、恒流充电和脉冲快速充电三种。 1) 恒压充电 恒压充电是指充电过程中充电电源电压保持恒定的充电方法。在汽车上，蓄电池采用的就是这种充电方法。恒压充电的接线方法见图2.11，充电特性曲线见图2.12。 恒压充电时，根据Ic(UE)/R可知，随着蓄电池电动势E的增加，充电电流Ic逐渐减小。如果充电电压调节适当，则在充满电时充电电流为零，这就是充电终了。,