汽车电气系统的组成与特点详解.docx
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汽车电气系统的组成与特点详解
电气
一、汽车电气系统的组成
现代汽车所装备的电气系统,按其用途可大致归纳并划分为下面四部分:
1.电源系统
电源系统包括蓄电池、发电机及其调节器。
前两者是并联工作,发电机是主电源,蓄电池是辅助电源。
发电机配有调节器的作用是在发电机转速升高时,自动调节发电机的输出电压使之保持稳定。
2.用电系统
汽车上用电系统大致可分为以下几类:
(1)起动系:
主要机件是启动机,其任务是起动发动机。
(2)点火系:
它是汽油发动机的组成部分,包括电子点火系统或传统点火系统的全部组件。
其任务是产生高压电火花,按发动机的工作顺序点燃气缸内的可燃混合气。
(3)照明系统:
包括车内外各种照明灯以及保证夜间安全行车所必须的灯光,其中以前照明灯最为重要。
军用车辆还增设了防空照明。
(4)信号系统:
包括电喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种信号灯等,主要用来保证安全行车所必要的信号。
(5)电子控制系统:
主要指由微机控制的装置,包括:
电子控制点火装置、电子控制燃油喷射装置、电子控制防抱死制动装置、电子控制自动变速装置等,分别用来提高汽车的动力性、经济性、安全性、排气净化和操纵自动化等性能。
(6)辅助电器:
包括电动刮水器、低温起动预热装置、空调器、收录机、点烟器、防盗装置、玻璃升降器、座椅调节器等。
辅助电器有日益增多的趋势,主要向舒适、娱乐、保障安全方面发展。
3.检测系统
包括各种检测仪表如电压表、电流表、水温表、油压表、燃油表、车速里程表、发动机转速表和各种报警灯,用来监测发动机和其它装置的工作情况。
4.配电系统
配电系统包括中央接线盒、电路开关、保险装置、插接件和导线等,以保证线路工作的可靠性和安全性。
二、汽车电气系统电系的特点
汽车电气系统具有以下四个特点:
1.低压
汽车电系的额定电压有12伏(V)、24V两种,汽油车普遍采用12V电系,而柴油车多采用24V电系。
电器产品额定运行端电压,对发电装置12V电系为14V;对24V电系为28V。
对用电设备电压在0.9~1.25倍额定电压范围内变动时应能正常工作。
2.直流
汽车电系采用直流是因为起动发动机的启动机,为直流串激式电动机,其工作时必须由蓄电池供电,而蓄电池消耗电能后又必须用直流电来充电。
3.单线制
是指从电源到用电设备只用一根电线连接,而另一根导线则由金属部分如车体、发动机等代替作为电器回路的接线方式,具有节省导线、简化线路、方便安装检修、电器元件不需与车体绝缘等优点而得到广泛采用。
但在个别情况下,也采用双线制。
4.负极搭铁
采用单线制时,蓄电池的负极必须用导线接到车体上,称为负极搭铁,这是国家标准规定的,也是交流发电机正常工作的必要条件。
第二节蓄电池的构造与识别
一、蓄电池的与类型
(一)功用
蓄电池是一种可逆的低压直流电源,是汽车电源的重要组成部分。
蓄电池既能将化学能转换为电能,也能将电能转换为化学能。
它的作用是:
1.起动发动机时,供给起动机大电流,故称为起动型蓄电池。
2.在发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。
3.当用电设备短时间耗电超过发电机供电能力时,协助发电机向用电设备供电。
4.蓄电池存电不足,而发电机负载又较小时,它可将发电机的电能转变为化学能储存起来(即充电)。
另外,蓄电池相当于一个大电容器,它可随时将发电机产生的过电压吸收掉,起到保护晶体管、延长其使用寿命的作用。
(二)类型
按其外部结构可分为:
橡胶槽和塑料槽蓄电池。
按其性能可分为:
湿荷电、干荷电和免维护蓄电池等。
目前汽车上广泛采用干荷电、免维护塑料槽的铅酸蓄电池。
二、蓄电池的结构和识别
铅酸蓄电池的构造如图4-1所示。
它主要有极板、隔板、电解液和外壳等部分组成。
1.极板
极板分正极板和负极板,每片极板均由栅架和活性物质构成。
制成正极板上的活性物质为二氧化铅,呈棕红色;负极板上的活性物质为海绵状纯铅,呈青灰色。
为了增大蓄电池的容量,需要把正、负极板分别焊成极板组,且负极板组比正极板组多一片。
图4-1干荷电蓄电池的结构
1-外壳2-正极板3-加液孔螺塞4-电池盖5-负极柱6-负极板组
7-正极板组8-隔板9-负极板10-正极板
2.隔板
隔板通常用木质、微孔橡胶、微孔塑料或玻璃纤维制成。
隔板安装在正负极板之间,防止正负极板相碰而短路。
隔板一面制有沟槽,装配时有沟槽面应竖直面向正极板。
3.电解液
电解液由纯净硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。
其密度大小可用密度计测量,一般为1.23~1.30g/cm3之间。
4.外壳
蓄电池外壳用橡胶或塑料制成整体,用以储存电解液和支承极板。
相邻两单格之间有隔壁,把每个外壳分成三个或六个单格。
5.极柱与穿壁式联条
每个单格电池都有正、负两个极柱,分别连接正、负极板组,连接正极板组的叫正极柱,连接负极板组的叫负极柱。
正极柱接起动机开关接柱,负极柱接车架(接铁)。
穿壁式联条用来连接相邻单格电池的正、负极柱,使单格电池相互串联成多伏的电池。
如一只12V的蓄电池由6个单格电池串联而成。
三、蓄电池的型号标志
根据原机械工业部标准JB2599-1985《铅蓄电池产品型号编制方法》规定,蓄电池型号由三部分组成,各部分之间用破折号分开,其内容及排列如下:
(1)串联单格电池数。
指一个整体壳体内所包含的单格电池数目,用阿拉伯数字表示。
(2)电池类型。
根据蓄电池主要用途划分。
启动型蓄电池用“Q”表示,代号“Q”是汉字“起”的第一个拼音字母。
(3)电池特征。
为附加部分,仅在同类用途的产品具有某种特征,而在型号中又必须加以区别时采用。
如用干荷电蓄电池,则用汉字“干”的第二个拼音字母“A”表示;如为无需(免)维护蓄电池,则用“无”字的第一个拼音字母“W”来表示。
当产品同时具有两种特征时,原则上应按表4-1顺序用两个代号并列表示。
(4)额定容量。
是指20h率额定容量,用阿拉伯数字表示,单位为安培·小时(A·h),在型号中可略去不写。
蓄电池容量通常以正极板的片数n来估算,每片标准正极板额定容量Cs为15Ah,则蓄电池额定容量C20=Cs·n。
(5)特殊性能。
在产品具有某些特殊性能时,可用相应的代号加在型号末尾表示。
如“G”表示薄型极板的高启动率电池,“S”表示采用工程塑料外壳与热封合工艺的蓄电池。
表4-1蓄电池产品特征代号
序号
产品特征
代号
序号
产品特征
代号
1
干荷电
A
7
半密封式
B
2
湿荷电
H
8
液密式
Y
3
免维护
W
9
气密式
Q
4
少维护
S
10
激活式
I
5
防酸式
F
11
带液式
D
6
密封式
M
12
胶质电解液式
J
例1:
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的启动型免维护蓄电池。
例2:
解放CQ1121J载货汽车用6-QAW-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的启动型干荷电免维护蓄电池。
例3:
北京BJ2020型吉普车用6-QA-60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60A·h的启动型干荷电蓄电池。
四、铅酸蓄电池工作原理
铅酸蓄电池的充、放电是由正极板上的活性物质二氧化铅(PbO2)和负极板上的活性物质海绵状的纯铅(Pb)与电解液中的硫酸(H2SO4)发生化学反应来完成的。
(一)电动势的建立
当正、负极板浸入电解液后,在单格蓄电池的正负极柱间产生电动势。
在正极板处,少量PbO2溶入电解液,与水(H2O)生成Pb(OH)4,再分解成四价铅离子(Pb4+)和氢氧根离子(OH-)。
即:
PbO2+2H2O→Pb(OH)4Pb(OH)4
Pb4++4OH-
Pb4+沉附于极板的表面,OH-留在电解液中,使正极板相对于电解液具有正电位。
当达到平衡时,约为+2.0V。
在负极板处金属铅受到两方面的作用,一方面它有溶解于电解液的倾向,因而有少量铅进入溶解,生成二价铅离子(Pb2+),在极板上留下两个电子(2e),使极板带负电;另一方面,由于正、负电荷的吸引,Pb2+有沉附于极板表面的倾向。
当两者达到平衡时,溶解便停止,负极板相对于电解液具有负电位,约为-0.1V。
因此,在外电路未接通,反应达到相对平衡状态时,蓄电池的电动势为:
2.0-(-0.1)=2.1V
这是单格蓄电池正负极间的电动势,对于6个单格串联而成的一块蓄电池,则其电动势为2.1×6=12.6V。
(二)放电过程
将蓄电池的化学能转换为电能的过程称为放电过程,如图4-2a所示。
图4-2蓄电池充放电过程
(a)放电过程(b)放电终了(c)充电过程
蓄电池接上负载,在电动势的作用下,电流从正极经过负载流向负极(即电子从负极流向正极),使正极电位降低,负极电位升高,破坏了原有的平衡。
电解液中H2SO4的电离过程为:
H2SO4
2H++SO
-
在正极板处,Pb4+与电子结合变成Pb2+,Pb2+与电解液中的硫酸根离子(SO
-)结合生成PbSO4沉附于极板上,即:
Pb4++2e→Pb2+;Pb2++SO
-→PbSO4。
在负极板处,Pb2+与电解液中的SO
-结合也生成PbSO4沉附于负极板上,而极板上的金属铅继续溶解,生成Pb2+和电子,即:
Pb-2e→Pb2+;Pb2++SO
-→PbSO4。
在电解液中,H-和OH-结合生成水,即:
4H-+4OH-→2H2O。
如果电路不中断,上述的化学反应继续进行,使正极板上的PbO2和负极板上的Pb都逐渐转变为PbSO4,电解液中的H2SO4含量逐渐减少而水含量增多,故电解液的相对密度下降。
同时因PbSO4的导电性比PbO2和Pb差,随其含量的逐渐增加其内阻增大,使供电能力下降。
蓄电池在放电过程中总的化学反应方程式为:
PbO2+2H2SO4+Pb=2PbSO4+2H2O
(三)充电过程
将电能转换成蓄电池的化学能的过程称为充电过程,如图4-2c所示。
充电时,蓄电池应接直流电源,蓄电池的正极接电源正极,蓄电池负极接到电源负极。
当电源电压高于蓄电池的电动势时,在电场力作用下,电流从蓄电池的正极流入,负极流出(即驱使电子从正极经外电路流入负极)。
这时在正负极发生的化学反应正好与放电过程相反。
在电场力的作用下,正、负极板上的硫酸铅和电解液中的水均发生电离。
即:
PbSO4
Pb2++SO
-;H2O
H-+OH-
在正极板处,Pb2+失去两个电子2e变成Pb4+,与电解液中的OH-结合生成Pb(OH)4。
它又分解为PbO2和H2O,PbO2附着在正极板上,即:
Pb2+-2e→Pb4+;Pb4++4OH-→Pb(OH)4;Pb(OH)4
PbO2+H2O。
在负极板处,Pb2+在电场力的作用下获得两个电子2e变成金属铅,并附着在负极板上。
即:
Pb2++2e→Pb。
在电解液中,H-和SO
-结合生成PbSO4,即:
2H-+SO
-→H2SO4。
可见,在充电过程中,正、负极板上的PbSO4将逐渐恢复为PbO2和Pb,电解液中的硫酸含量逐渐增多,水含量逐渐减少。
当PbSO4已基本还原成PbO2和Pb时,充电电流主要用来电解水,即2H2O→2H2↑+O2↑,使正极冒出氧气(O2),负极冒出氢气(H2)。
充电电流越大,则冒气越多,极易使极板上的活性物质脱落。
故在充电末期,充电电流以小为宜。
蓄电池充电和放电过程是可逆的电化学反应过程,内部导电靠离子运动实现。
如略去中间的化学反应过程可用下式表示: