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1、汽车电气技术（2）2023（秋）第二章汽车供电系统一、汽车供电系统及蓄电池的主要功用汽车供电系统的功用是向车载各用电设备提供电能，由蓄电池与发电机并联组成。蓄电池的主要功用是在起动发动机时向起动机及点火系统（汽油发动机）等提供电能。蓄电池还有以下这些功用：1)在发电机电压低或不发电（发动机怠速、停转）时，向车载用电设备供电。2)汽车上同时启用的用电设备功率超过了发电机的额定功率时，协助发电机供电。3)在其存电缺乏及发电机负载不多时，将发电机的电能转换为化学能储存起来。此外，蓄电池相当于一个大电容，可以汲取电路中的瞬变过电压，对汽车上的电气设备及电子元件起到保护作用。对汽车电子操作系统来说，蓄电
2、池也是电子操作装置的不间断电源。当接通起动开关起动发动机时，蓄电池在3-5s内必须向起动机连续供给强大的电流（汽油发动机汽车一般为200-600A；柴油发动机汽车一般为800A以上）。由此可见，蓄电池的主要功用是起动发动机。根据蓄电池的工作特点，对汽车用蓄电池的主要要求是：容量大、内阻小，以保证蓄电池具有足够的起动能力。能满足发动机起动需要的蓄电池称之为起动型蓄电池，汽车上使用的就是起动型蓄电池。二、蓄电池的构造及工作原理、汽车起动用铅酸蓄电池分类：（）干式荷电蓄电池是指极板在枯燥状态下，能在较长时间（一般为年）内保存制造过程中所得电量的蓄电池，简称干荷电蓄电池。（）免维护蓄电池是指蓄电池在有
3、效使用期（一般为年）内无需进行添加蒸馏水等维护工作的蓄电池，也称为无需维护蓄电池。2、蓄电池的构造1-正极板2-负极板3-肋条4-隔板5-护板6-封料7-负极柱8-加液孔盖9-连条10-正极柱11-极柱衬套12-蓄电池容器1-正极板2-负极板4-隔板（1）极板与极板组a）负极板组b）正极板组c）极板组嵌合情况1-汇流条2-负极板3-正极板4-极柱正极板上的活性物质是二氧化铅（PbO2），负极板上的活性物质是纯铅（Pb），它们均由铅膏（铅粉、稀硫酸及少量添加剂的混合物）填充在用铅锑合金铸成的栅架上，经化成工艺（在蓄电池生产工艺中，对极板进行充电的过程称为“化成”，一般充电18-20h）处理而成的
4、。在充足电的状态下，正极板呈深棕色，负极板呈深灰色。将一片正极板和一片负极板浸入电解液中，便可得到2V左右的电压。为了增大蓄电池的容量，将多片正极板和负极板各自用横板焊接并联起来，组成正极板组和负极板组。将正负极板相互嵌合（中间用隔板隔开）的极板组置于存有电解液的容器中，就构成了单格电池，单格电池的标称电压为2V。因此，一个12V的蓄电池由6个单格电池串联而成。12V电系汽车选用一只电池，24V电系汽车选用两只电池。目前，国内外都已采用厚1.1-1.5mm的薄型极板（正极板比负极板稍厚）。薄型极板对提高蓄电池的比能量（即单位质量所提供的容量）和起动性能都十分有利。12V蓄电池极板组的结构1-极
5、柱2-电池槽3-间壁4-沉淀池壁5-汇流条6-极板组（2）隔板塑料隔板袋式隔板正、负极板应尽可能靠近，以减小蓄电池内阻和尺寸。隔板的功用是将正、负极板隔开，防止相邻正负极板接触而短路。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，还应具有良好的耐酸性和抗氧化性。微孔橡胶和微孔塑料隔板耐酸、耐高温性能好，寿命长，且本钱低，因此目前广泛使用。安装隔板时，带槽一面应面向正极板，且沟槽必须与壳体底部垂直。因为正极板在充、放电过程中的化学反响剧烈，沟槽能使电解液上下直通，也能使气泡沿槽上升，还能使脱落的活性物质沿槽下沉。免维护蓄电池普遍采用了聚氯乙烯袋式隔板，正极板被隔板袋包住，脱落的活性物质保存在袋内，不仅可以防
6、止极板短路，而且可以取消壳体底部凸起的肋条，使极板上部容积增大，从而增大电解液的储存量。（3）电解液电解液的作用是使极板上的活性物质发生溶解和电离，产生电化学反响。电解液由纯洁的硫酸与蒸馏水按一定的比例配制而成，其相对密度一般为1.24-1.30。电解液纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重要因素。由于工业用硫酸和一般水中含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，所以不能用于蓄电池。（4）壳体壳体用于盛放电解液和极板组，蓄电池壳体由电池槽和电池盖两局部组成，壳内用间壁分成3个或6个互不相通的单格，底部的突棱用以搁置极板组，突棱间的凹槽则可积存从极板上脱落下的活性物质，以防止沉积的活性物质连接正、
7、负极板而造成短路。对于采用袋式隔板的免维护蓄电池，因为脱落的活性物质存积在袋内，所以没有设制突棱。蓄电池各单格电池之间采用铅质连条串联连接。干荷电与免维护蓄电池普遍采用穿壁式点焊联接，所用连条尺寸很小，并设制在壳体内部。穿壁式连接结构1-间壁2-穿壁式连条3-蓄电池盖蓄电池壳体应耐酸、耐热、耐振动、耐冲击等。目前使用的干荷电与免维护蓄电池普遍采用聚丙烯透明塑料壳体，电池槽与电池盖之间采用热压工艺粘合为整体结构，不仅耐酸、耐热、耐振动冲击，而且壳壁薄而轻（厚约2mm），易于热封合，外形美观，本钱低廉，生产效率高。单格电池的加液孔盖都设有一通气小孔，用于在蓄电池充电时及时排出因电解水而产生的氢气和
8、氧气，以防止气体集聚而使其内部压力升高，造成胀裂容器甚至产生爆炸事故。如在孔盖上安装氧过滤器，还可以减少水蒸气的溢出，减少水的消耗。+=+=+=+=+（5）蓄电池技术状态指示器目前，装备全密封型免维护蓄电池的轿车越来越多，这种蓄电池盖上没有加液孔，不能用一般密度计测量电解液的相对密度。为此，免维护蓄电池盖上设有一个蓄电 池 技 术 状 态 指 示 器 来 说 明 蓄 电 池 的 技 术 状 况。a）指示器结构b）存电充足c）充电缺乏d）电解液缺乏1-透明塑料管2-指示器底座蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由透明塑料管、底座和颜色、密度不同的蓝、红两只小球组成，通过螺纹安装在蓄电池盖上。
9、两只小球安放在塑料管与底座之间的中心孔中，红色球在上、蓝色球在下。可随电解液相对密度变化而上下浮动。当蓄电池电量充足、电解液相对密度大于1.22时，两只小球向上浮动到极限位置。从指示器顶部进行观察：当中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆环，表示蓄电池技术状态良好。当电解液液面过低时，两只小球都将下移到极限位置，其观察结果为：中心呈无色透明圆点、周围呈红色圆环，表示电解液缺乏，说明蓄电池不能继续使用，必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在于荷电蓄电池上，则表示必须添加蒸馏水。3、蓄电池的工作原理根据双极硫酸盐化理论，蓄电池中参与化学反响的物质，正极板是二氧化铅(PbO2)，负极板上是海绵状铅(Pb)，电解
10、液是硫酸水溶液(H2SO4)。当蓄电池和负载接通放电时，正极板上的二氧化铅和负极板上的铅都将转变成硫酸铅(PbSO4)，电解液中的硫酸成分减少，相对密度下降。当蓄电池接通直流电源充电时，正、负极板上的硫酸铅又将分别恢复成原来的二氧化铅和纯铅，电解液中的硫酸成分增加，相对密度增大。假设不考虑蓄电池化学反响的中间过程，其充、放电时总的化学反响方程式为（二氧化铅）（硫酸）（纯铅）（硫酸铅）（水）（硫酸铅）正极 电解液 负极 正极 电解液 负极4、蓄电池的型号根据机械工业部标准JB2599-1985起动型铅蓄电池标准规定，国产蓄电池型号的含义如下：I.串联单格电池数，指一个整体壳体内所包含的单格电池数
11、，用阿拉伯数字表示。II.蓄电池类型，根据蓄电池的主要用途划分，用汉语拼音字母表示，起动型蓄电池用字母Q表示。III.额定容量，用阿拉伯数字表示，其单位为A-h。串联单格电池数蓄电池类型蓄电池特征蓄电池额定容量有的蓄电池在额定容量后用一字母表示其特征性能：G表示薄型极板，高起动率；S表示塑料外壳；D表示低温起动性能好。表2-1 蓄电池产品特征代号特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征特征代号蓄电池特征A干荷电J胶体电解液D带电式H湿荷电M密闭式Y液密式W免维护B半密闭式Q气密式S少维护F防酸式I激活式蓄电池的特征为附加说明，在同类用途的产品中具有某种特征需要在型号中加以区别时采用，特征以拼音字母
12、表示。具有两种特征时，按下面顺序并列表示。例如：东风EQ2102型越野汽车用6-QW-180型蓄电池，表示由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为180A-h的起动型免维护蓄电池。三、蓄电池的工作特性及使用与维护1、蓄电池的工作特性（1）静止电动势静止电动势Ej是指蓄电池在静止状态下（不充电也不放电）正负极板之间的电位差（即开路电压）。静止电动势的大小取决于极板上活性物质溶解电离到达动态平衡时，在极板单位面积上沉附的Pb4+和e的数量，而这受电解液的密度和温度的直接影响。在电解液密度为1.050-1.300g/cm3的范围内，静止电动势Ej与电解液密度及温度的关系可由如下的经验公式表示
13、Ej=0.84+2525=t+0.00075（t 25）式中 25温度为25时的电解液密度(g/cm3)；t实际测得的电解液密度(g/cm3)；t实际测得的电解液温度()。（2）蓄电池内阻在相同条件下，蓄电池内阻越小，输出电流越大，带载能力越强。蓄电池内阻包括极板电阻、隔板电阻、电解液电阻和串联单格电池的连条电阻等。极板电阻在完全充电状态下是很小的，但随着蓄电池放电程度的增加，活性物质转变成导电性能极差的PbSO4覆盖在极板外表，极板的电阻会显著增加。隔板的电阻主要与隔板的材料、厚度及多孔性等因素有关。电解液的电阻与其温度和密度有关，温度低、电解液密度高时，会因电解液的粘度增大、渗透能力降低而
14、使其电阻增大。电解液密度过高或过低时，还会因为H2SO4的离解度降低而增大电阻。电解液密度为1.208g/cm3(25)时，其离解度最高，其粘度也不大，故电阻最小。连条的电阻与单格的连接形式有关，穿壁式连条短，故其电阻较小。（3）蓄电池的放电特性蓄电池的放电特性是指以恒流If放电时，蓄电池端电压Uf、电动势E和电解液密度随放电时间的变化规律。蓄电池放电终了可由两个参数判断：1）电解液密度下降至最小的许可值，约1.11g/cm3。2）单格电池电压下降至放电终止电压（以20h放电率放电，单格终止电压1.75V）。终止电压与放电电流的大小密切相关，放电电流越大，放电的时间就越短，允许放电的终止电压也
15、越低。表2-2 放电电流与终止电压的关系放电电流/A0.05C200.1C200.25C201C203C20连续放电时间20h10h3h30min5.5min单格电池终止电压V1.751.701.651.551.5（4）蓄电池的充电特性蓄电池的充电特性是指以恒流Ic充电时，蓄电池端电压Uc、电动势E和电解液密度随充电时间的变化规律。Uc必须克服E和内阻电压降ICR0，才能在电路中形成电流，所以充电电压始终高于电动势。充足电的特征是：1）蓄电池的端电压上升至最大值（单格电池电压为2.7V），且2h内不再变化。2）电解液的密度上升至最大值，且2h内基本不变。3）电解液大量冒气泡，呈现“沸腾”。（5
16、）蓄电池的容量蓄电池的容量C（单位Ah）是指在规定的放电条件下，蓄电池能够输出的电量。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。它与极板的构造、放电电流、电解液的温度和电解液的密度等因素有关。额定容量C20根据GB/T5008.1-1991起动用铅酸蓄电池技术要求的规定，C20是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25时，以20h放电率（If=0.05c）连续放电到单格电池电压降至1.75V12V蓄电池端电压下降至(10.50+0.05)V，6V蓄电池下降至(5.250.02)V，蓄电池所输出的电量。储藏容量CmCm是指完全充足电的蓄电池，在电解液温度为25时，以25A电流连续放电
17、到单格电池电压降至1.75V所持续的时间（min），说明当汽车充电系统失效时，蓄电池尚能持续提供25A电流的能力。2、蓄电池的使用与维护（1）蓄电池的正确使用为了延长蓄电池的使用寿命，使用中应特别注意以下几点：正确使用起动机。每次起动时间不得超过3-5s；如果一次未能起动发动机，应休息15s以上再进行第二次起动；连续三次起动不成功时，应查明原因，排除故障后再进行起动。定期补充充电。在汽车上使用中的蓄电池，由于发电机对蓄电池充电的电压是按基本充足电来选择的，为了防止极板硫化而缩短使用寿命，因此，每使用两个月必须进行一次补充充电；如果蓄电池加注电解液后存放备用或安装在汽车上而汽车停放不用时，因为存
18、放过程中蓄电池会自行放电，所以每间隔一个月时间必须进行一次补充充电。蓄电池在汽车上必须固定牢靠，防止汽车行驶时振动受损。搬运蓄电池应轻搬轻放，不能在地面上拖曳。新蓄电池首次使用之前，需要合理选择电解液相对密度。如果干荷电和免维护蓄电池的存储时间超过规定期限（一般为2年），需要充电之后再装车使用，以免极板硫化而缩短蓄电池的使用寿命。电解液相对密度应根据不同的使用条件进行选择，寒冷地区应使用相对密度较高的电解液；同一地区使用的蓄电池，冬季的电解液相对密度应较夏季高0.02-0.04。不同地区和气温条件下，电解液相对密度可参照表2-3或蓄电池制造厂家的规定进行选择。表2-3 不同地区和气温条件下电解
19、液相对密度的选择范围气候条件完全充电蓄电池在25时的电解液相对密度冬季夏季冬季低于-40的地区1.301.26冬季高于-40的地区1.281.25冬季高于-30C的地区1.271.24冬季高于-20的地区1.261.23冬季高于 0的地区1.231.23（2）蓄电池的维护为使蓄电池经常处于完好状态，延长其使用寿命，对使用中的蓄电池需要定期（汽车行驶6000 7500km或30-45天）进行以下维护工作：检查蓄电池外壳外表有无电解液漏出或渗出，擦去电池盖上的电解液。检查蓄电池在车上安装是否牢靠，导线接头与极柱的连接是否紧固。经常性地去除蓄电池盖上的灰尘、泥土和酸垢，去除极柱和导线接头上的氧化物。
20、检查加液孔盖或螺塞上的通气孔是否畅通。定期检查并调整电解液的密度及液面高度。四、新型蓄电池用电池代替发动机做为汽车的动力源，不仅可以节约石油，而且可使汽车的传动系统大大简化、污染降低、噪声减小、操纵方便。但是，由于铅蓄电池比能量仅为40-50Wh/kg，故质量大，容量小，而且需要经常充电，因此用做长途电动汽车的动力源很不适宜。对新型高能电池的要求是：比能量应达140Wh/kg，充、放电循环次数到达800次以上，充电一次可使电动汽车行驶240km。、钠硫电池在钠硫电池中，阴极的反响物质是熔融的钠，阳极反响物质是带有一定导电物质的硫，电解质为-氧化铝（NaAl11O7）固体电解质，它既是绝缘体，又
21、能自由传导钠离子。钠硫电池的工作原理是，当外电路接通时，阴极处不断产生钠离子并放出电子，电子e通过外电路移向阳极，而钠离子Na+通过-氧化铝的电解质与阳极的反响物质硫相互起作用，生成钠的硫化物。上述反响不断进行，电路中就能获得电流。这种电池理论上的比能量可达660Wh/kg，效率可达100%，且充电时间短、无污染、原材料丰富；缺点是硫化钠易燃烧、工作温度高（高达250-300)、使用寿命短。钠硫电池的结构1-熔融钠2-氧化铝固体电解质3-熔融硫4-不锈钢壳体2、燃料电池燃料电池由燃料（氢、煤气、天然气等）、氧化剂（氧气、空气、氯气）、电极（多孔烧结镍电极、多孔银电极等）和电解质KOH溶液等组成
22、，利用燃料的氧化反响，将化学能直接转变为电能。这种电池只要不断地参加燃料和氧气，就会不断地产生电能，故称燃料电池。燃料电池的种类很多，有氢-氧、碳化氢、联氨等类。氢-氧燃料电池是一种最一般的燃料电池。在反响过程中，氢气和氧气不断地消耗并生成水，所以只要不断地供给氢气和氧气，反响就能继续进行，并不断地产生电能向外电路供电。燃料电池的比能量已经到达200-350Wh/kg，为铅蓄电池的4-7倍，且不需充电，其缺点是需要贵重金属做催化剂，本钱高，且燃料的贮藏和运输都有一定困难。A是氧气腔，氧气由高压氧气筒供给，工作压力为666-1333kPa。E是氢气腔，氢气由高压氢气筒供给。正极B是多孔性的氧电极
23、（活性炭电极），由包在塑料中的银粉制成，并用钴和钯的混合物做催化剂。负极D是多孔氢电极（活性炭电极），用铂或钯做催化剂。C是饱含电解液的石棉填充物，电解液是30%-35%的氢氧化钾(KOH)溶液，由液压泵使其循环。氢-氧燃料电池结构示意图A-氧化腔B-正极（多孔氧电极）C-饱含电解液的石棉层D-负极（多孔氢电极）E-氢气腔3、锌空气电池锌空气电池的比能量可达150-400Wh/kg，正极板是由金属网集电器、活性层等组成的薄空气电极，负极板由纯锌组成，电解液为氢氧化钾水溶液。锌空气电池具有放电电压稳定(1.0-1.2V)、无污染等优点。但工作时用于去除空气中的二氧化碳、滤清、通风等需要消耗一定能
24、量，还要限制放电电流等，故尚需进一步研究解决。4、镉镍电池容器由钢质材料制成，极板由钢制骨架嵌入钢管制成，管壁有细孔。正极板填充的是氢氧化镍Ni（OH）3和片状纯镍的混合物，混合纯镍的目的是增强导电能力。负极板是海绵状镉，为增强其导电能力和化学活性，将5%-6%的水银与其混合。电解液为化学纯洁的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，相对密度为1.20-1.27。为了降低镉镍电池的内阻，一般都采用面积较大的极板组，并采用烧结工艺制作多孔性极板骨架，再填充活性物质制成。利用这种工艺生产的镉镍电池，其单格电池的电压约为1.32V。因此，12V蓄电池需要由9个单格电池组成，与相同特性的铅蓄电池相比，镉镍电池的体积小
25、30%、质量轻35%左右，可以输出几百安培的电流。试验证明，镉镍电池的起动性能良好，使用寿命为铅蓄电池的5-7倍。其缺点是本钱价格比相同容量的铅蓄电池要高3-4倍。五、42V及14V/42V双电压汽车电气系统简介近年来，在以节能、环保和平安为中心的现代汽车中，电气设备越来越多，电气负荷越来越大。在同等功率的情况下，提高额定电压值，可以大大降低额定电流，这样不仅可以减小电气设备本身的体积、质量和损耗，也有利于操作装置的小型化和集成化。双交流发电机系统方案1、双交流发电机系统该车载电气系统由两个分别独立的14V和42V电气子系统组成，包括14V和42V两个交流发电机、12V和36V两个蓄电池、14
26、V和42V两个AC/DC变换器，要么一个12V起动机（保存现有的起动机），要么一个36V的起动机（新开辟的起动机）等，各子系统分别为各自对应电压标准的设备供电。2、单42V交流发电机系统通常将发电机和起动机集成在一套装置之中，由微操作单元(MCU)操作它们工作，称为集成式交流发电机/起动机系统(ISAs)。交流发电机产生42V的电压，起动机由直流36V蓄电池供电。通过中间DC/DC变换器，不仅对现有14V车载电气系统不作任何变动，还能够方便地给42V的电器设备提供所需电压。具有一定冗余的双电压电气系统结构简单双电压电气系统结构14V/42V双电压系统负载分配与功率需求图目前，汽车业已就使用14
27、V/42V电压供电达成一致。当然，双电压供电系统还存在着一定的缺点。两个蓄电池组不仅占用很大的空间，也使汽车自重增加。思考题与习题1、汽车用蓄电池的功用有哪些？其主要功用是什么？对汽车用蓄电池有何要求？2、铅酸蓄电池的主要组成部件及其功用是什么？3、蓄电池的电动势如何建立？充电和放电时蓄电池极板及电解液有何变化？4、什么是蓄电池的充电和放电？在充放电过程中，蓄电池内部物质如何变化？5、什么是蓄电池的额定容量和储藏容量？6、为什么工业用硫酸和一般水不能用于蓄电池？7、如何正确使用与维护蓄电池才能提高其容量及使用寿命？谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH