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2.汽车电源系统

2.1蓄电池的构造

2.2蓄电池的工作原理

2.3发电机的构造

2.4发电机的工作原理

2.5电压调节器

3.电源系统的使用与维护

3.1蓄电池的使用与检修

3.2发电机的使用与检修

3.3发电机的检测

4.电源系统的常见故障与检修

4.1不发电

4.2电源电路过小

4.3电源电路过大

4.4充电电流不稳

4.5发电机异响

5.汽车电源系统典型故障案例

5.1典型故障案例一：

5.2典型故障案例二：

致谢

参考文献

1、绪论

1.1课题研究背景

汽车的电源系统是汽车的组成部分之一，有着无比重要的作用。

一般的电源系统由蓄电池，发电机，电压调节器等组成。

这些元器件又是容易损坏的，因此对它们的维护也就是对电源系统的维护。

1.2课题研究内容

现代汽车大部分都用放电警告灯来表示电源系统的工作状况。

但也有用电流表指示蓄电池充、放电的。

控制放电警告灯的方法常用有三种:

第一种，利用交流发电机中性点电压，通过继电器活电子控制器进行控制；

第二种，利用交流发电机输出端电压，通过电子控制器进行控制；

第三种，利用九管交流发电机进行控制。

1.3课题研究意义

电源系统的维修与保养对于汽车的行驶安全有重要的作用，它对于乘车安全以及汽车本身的使用寿命有很重大的影响。

可以在汽车的行驶中减少不必要的损伤与伤害。

所以对于研究电源系统是要有严谨的态度和责任心。

2、汽车电源系统

2.1蓄电池的构造

汽车蓄电池是一种储存电能的装置，一旦连接外部负载或接通充电电路，便开始了它的能量转换过程。

在放电过程中，蓄电池中的化学能转变成电能；

在充电过程中，电能被转变成化学能。

蓄电池由极板、隔板、电解液、外壳、联条等组成，如图1-1所示。

（1）极板：

正极板、负极板

蓄电池极板由栅架和活性物质组成，极板是蓄电池的核心部分，它分正极板和负极板。

（2）隔板

隔板隔开蓄电池内部正、负极板，从而避免彼此接触而短路。

（3）电解液

蓄电池的电解液是用高纯度的硫酸和蒸馏水按规定比例配制而成的。

电解液的密度一般为1.24g/cm3～1.31g/cm3。

（4）外壳

外壳是用来盛放电解液、极板组和隔板的。

制造外壳的材料必须能耐酸、耐温、耐寒、抗振，并具有足够的机械强度。

常用的材料有硬质橡胶、沥青塑料和工程塑料等。

现在国内普遍采用工程塑料外壳。

这种外壳美观透明，耐酸、抗蚀、重量轻、强度高，是一种较好的外壳材料。

2.1蓄电池的工作原理

（1）工作原理

蓄电池充放电过程（即它的工作过程）就是化学能与电能相互转化的过程：

当蓄电池向外供电时，将化学能转化为电能；

而当蓄电池与外部直流电源相联进行充电时，将电能转化为化学能，如图所示。

（2）放电过程

蓄电池与外电路接通后，在极板电位差的作用下，电流从正极流出，经过灯泡流回负极，使灯泡通电发光。

在蓄电池放电过程中，正极板活性物质由二氧化铅转变为硫酸铅，负极板上的活性物质由纯铅也转变为硫酸铅，电解液消耗硫酸生成水，电解液密度逐渐下降。

（3）蓄电池供电的情况有以下几种

在起动发动机期间，向起动系、点火系、电子燃油喷射系统等其他电气设备供电，同时还向交流发电机提供励磁电流。

当发动机停转或低怠速运转（发电机端电压低于蓄电池电压）时，由蓄电池向用电设备供电。

当出现用电设备需求大于电源系统输出（及发电机超载）时由蓄电池协助发电机供电。

2.3发电机的构造

汽车用交流发电机是由一个三相同步交流发电机及用硅二极管组成的整流器所组成，是汽车的主要电源，其功用是在发动机怠速以上运转时，向除起动机以外的所有用电设备供电，同时还向蓄电池充电。

三相同步交流发电机由转子、定子、电刷与电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，

（1）转子

转子是交流发电机的磁场部分，主要由两块爪极、磁场绕组、轴和滑环等组成。

两块爪极各具有6个鸟嘴形磁极，压装在转子轴上，在爪极的空腔内装有磁轭，其上绕有磁场绕组（又称励磁绕组或转子线圈）。

磁场绕组的两引出线分别焊在与轴绝缘的两个滑环上，滑环与装在后端盖上的两个电刷接触。

当两电刷与直流电源接通时，磁场绕组中便有磁场电流通过，产生轴向磁通，使得一块爪极被磁化为N极，另一块爪极为S极，从而形成了六对相互交错的磁极。

（2）定子

定子由定子铁心和定子绕组组成。

定子铁心由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。

嵌线槽内嵌入三相对称的定子绕组。

绕组的接法有星形（即Y形）、三角形两种方式。

一般采用星形连接，即每相绕组的首端分别与整流器的硅二极管相接，每相绕组的尾端接在一起，形成中性点N。

（3）电刷与电刷架

电刷总成由两只电刷、电刷弹簧和电刷架组成。

两只电刷装在电刷架的孔内，借电刷弹簧的压力与滑环保持接触，用于给发电机转子绕组提供磁场电流。

电刷架由酚醛玻璃纤维塑料模压而成或用玻璃纤维增强尼龙制成，安装在发电机的后端盖上。

（4）整流器

整流器的作用是将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电，一般由6只硅整流二极管及其散热板所组成。

整流二极管的工作电流大、反向电压高。

交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分，引出线为二极管正极的称为正极管，引出线为二极管负极的称为负极管。

（5）前、后端盖

前端盖、后端盖是由非导磁材料铝合金制成的，漏磁少，并具有轻便、散热性能好等优点。

交流发电机的搭铁形式分为内搭铁和外搭铁两种

内搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端通过电刷分别引至发电机后端盖上的接线柱，分别称为“F”（或“磁场”）和“E”（或“搭铁”）接线柱，即励磁绕组的一端在发电机的外壳上直接搭铁。

外搭铁式的交流发电机，其励磁绕组的两端引至后端盖上的接线柱，分别称为“F1”和“F2”接线柱，且两个接线柱均与发电机的后端盖绝缘，励磁绕组需经调节器搭铁。

（6）电子调节器

按结构形式分:

晶体管式、集成电路调节器；

按安装方式分：

外装式、内装式；

按搭铁形式分：

内搭铁式、外搭铁式；

按功能的多少：

单功能型、多功能型。

电子式电压调节器利用三极管的开关特性，在发电机转速变化时，通过改变励磁绕组电路的接通和断开的时间比来调节励磁电路的平均电流。

（7）风扇与皮带轮

风扇及皮带轮实物如图所示。

交流发电机的前端装有皮带轮，由发动机通过风扇传动带驱动发电机旋转。

在皮带轮的后面装有叶片式风扇，前后端盖上分别有出风口和进风口。

当发动机带动发电机高速旋转时，可使空气流经发电机内部，对发电机进行冷却。

2.4发电机的工作原理

当外加的直流电压作用在励磁绕组两端点的接线柱之间时，励磁绕组中便有电流通过，产生轴向磁场，两块爪形磁极磁化，形成了6对相间排列的磁极。

磁极的磁力线经过转子与定子之间的气隙、定子铁心形成闭合磁路。

当转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，在三相绕组中产生交流电动势。

如上图所示，由于三相绕组是对称绕制的，所以产生的三相电动势亦是对称的。

每相绕组的电动势有效值的大小和转子的转速及磁极的磁通成正比。

即：

式中：

EΦ——电动势的有效值；

C1——电机常数；

n——转子的转速；

Φ——磁极磁通。

（2）整流原理

交流发电机定子绕组中感应产生的交流电，是靠6只二极管组成的三相桥式全波整流电路变为直流电的。

利用二极管的单向导电特性，便可把交流电变为直流电。

二极管导通原则：

由于3只正极管（VD1、VD3、VD5）的正极分别接在发电机三相绕组的始端（A、B、C）上，它们的负极又联接在一起，所以3只正极管的导通原则是，在某一瞬间正极电位最高者导通。

由于3只负极管（VD2、VD4、VD6）的负极分别接在发电机三相绕组的始端，它们的正极又联接在一起，所以3只负极管的导通原则是在某一瞬间负极电位最低者导通，三相整流电路。

（3）发电机的励磁电路

调节器控制励磁过程是先他励后自励。

其中，他励励磁电流走向：

蓄电池“+”→点火开关→调节器→发电机F→励磁绕组→搭铁→“-”；

自励励磁电流走向：

发电机“+”→点火开关→调节器→发电机F→励磁绕组→搭铁→“-”。

微机控制器控制励磁电流微机控制的交流发电机电源系取消了电压调节器，交流发电机的输出电压由微机进行控制，不但限制发电机最高电压，而且还可以避免怠速时发电机电压过低。

充电指示灯控制电路：

利用交流发电机中心点电压，通过继电器或控制器进行控制。

利用交流发电机输出端电压，通过电子控制器进行控制。

利用9管交流发电机进行控制。

起动发动机时，发电机不发电，中心点未输出电压，蓄电池电压经蓄电池“+”→电流表→点火开关→继电器L接线柱→继电器触点K2→搭铁，指示灯点亮，指示发电机不发电。

发电机正常运转后，发电机发电，中心点输出电压，经发电机中心点接线柱N→继电器N接线柱→继电器线圈→搭铁。

利用发电机磁场二极管控制充电指示灯。

利用发电机输出电压控制。

发电机的电磁方式：

交流发电机开始发电时，由于二极管死区电压的存在，需先由蓄电池供给励磁电流。

当发电机电压达到蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变为自励。

由于交流发电机转子的爪极剩磁较弱，所以发电机在低速运转时，加在硅二极管上的正向电压也很小，此时二极管的正向电阻较大，较弱的剩磁产生的很小的电动势很难克服二极管的正向电阻，使发电机电压不能迅速建立起来。

这样，发电机低速充电的要求就不能满足。

因此，汽车上发电机必须与蓄电池并联，开始由蓄电池向励磁绕组供电，使发电机电压很快建立起来并转变为自励状态，蓄电池被充电的机会就多一些，有利于蓄电池的使用维护。

2.5电压调节器

（1）电压调节器的功用

电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的调节装置，其功用是在发电机转速和发电机上的负载发生变化时自动控制发电机电压，使其保持恒定，防止发电机电压过高而烧坏用电设备和导致蓄电池过量充电，同时也防止发电机电压过低而导致用电设备工作失常和蓄电池充电不足。

（2）电压调节器的工作原理

硅整流发电机输出的直流电压U正比于交流发电机的感应电动势Eφ，而感应电动势Eφ正比于发电机转速与每极磁通φ，因此，当发电机转速变化时，相应地改变每极磁通φ才能达到保持电压恒定的目的，而每极磁通φ的大小取决于发电机磁场电流IF的大小，故在发电机转速变化时，只要自动调节发电机的磁场电流IF便可使发电机输出电压保持恒定。

电压调节器就是利用这一原理调节发电机电压的。

3、电源系统的使用与维护

3.1蓄电池的使用注意事项

要经常保持蓄电池的外部清洁，以防间接短路和电极接线柱腐蚀。

要经常检查蓄电池在车上的安装是否牢靠，电极接线柱与接线头的连接是否紧固。

定期检查和调整各单体内电解液液面高度。

冬季补加蒸馏水时，只能在蓄电池充足电前进行。

要经常检查加液孔盖是否拧紧，以免行车时因振动而使电解液溢出。

使用起动机时，每次起动时间应不超过5s，两次起动之间的时间间隔应大于15s。

对于车上使用的蓄电池，每月应拆下进行一次补充充电，新、旧蓄电池不允许混用。

对暂时不用的蓄电池可放置在室内暗处进行湿储存。

使用前，应重新充足电。

对于长期不使用的蓄电池采用干储存法。

未启用的新电池，其储存方法和时间应以出厂说明为准，其保管期限为两年。

保管蓄电池时须注意，应保存在室温为5℃～40℃的干燥、清洁及通风良好的地方，并不受阳光直射，远离热源，避免与任何液体和有害物质接触。

3.2发电机的使用注意事项

蓄电池极性正确连接方法必须负极搭铁，不得接反。

否则，会烧坏整流管。

发电机工作时，不允许用试火的方法检查发电机的火线接线柱是否发电，否则将损坏发电机的整流器。

当发现发电机不发电或发电量小时，应及时到修理厂检修，否则易导致蓄电池充电不足。

发电机正常工作时，切不可任意拆动用电设备的连接线，以防止引起电路中的瞬时过电压，损坏电子元件。

发动机自行熄火时，应及时关闭点火开关，以防止蓄电池通过励磁电路放电。

选用专用调节器，特殊情况临时使用代用调节器时，注意代用调节器的标称电压与搭铁极性。

调节器与发电机的电压等级必须一致，否则电源系统不能正常工作。

调节器与发电机（磁场线圈）的搭铁形式必须一致。

3.3发电机的检测

其中主要包括：

转子的检测转子的检测包括：

检测励磁绕组；

转子轴和轴承的检修；

滑环的检修。

检测励磁绕组

检查励磁绕组短路和断路故障时，万用表置于“Ω”挡的R×

1位置，表笔分别触在两滑环上，如图所示。

如果电阻比规定值小，说明励磁绕组有短路故障；

如果电阻无穷大，说明励磁绕组有断路故障。

转子轴和轴承的检修

由于发电机转子转速很高，因此转子与定子之间不允许有任何接触，而转子磁极与定子铁心间的气隙又很小（一般为0.25～0.50mm，最大不超过1.0mm），所以要求转子磁极外圆周表面对两端轴颈公共轴线的径向圆跳动≤0.05mm，否则应予校正或更换。

滑环的检修

　滑环表面应光洁，不得有油污，两滑环之间不得有污物，否则应进行清洁。

可用干布蘸汽油擦净，当滑环脏污严重并有轻微烧损时，可用细砂布磨光，如图所示；

若严重烧损或失圆，可在车床上车削修复，修复后，滑环表面粗糙度≤Ra1.60μm，滑环厚度≥1.50mm。

定子的检测

定子绕组断路故障可用万用表按图所示的方法检查。

万用表置于“Ω”挡的R×

1位置，两表笔每触及定子绕组的任何两相首端，电阻值都相等并且电阻很小，说明没有断路故障；

如果电阻无穷大，说明定子绕组有断路故障。

整流器的检测

　拆开定子绕组与硅二极管的连接线后，用万用表（R×

1挡）逐个检查硅二极管的性能。

其检查方法和要求如图所示。

测量压在后端盖上的二极管（负极管子）时，将万用表的黑表笔接端盖，红表笔接二极管的引线，电阻值应在8～10Ω的范围内。

电刷组件的检测

电刷及电刷架应无破损或裂纹，电刷在电刷架中应能活动自如，无卡滞现象。

4、电源系统的常见故障与检修

4.1不发电

故障现象：

发电机高中速运转，放电警告灯不熄灭；

开前照灯，电流表指示放电。

故障原因：

线路的接线断开或短路，电流表的接线错误，发电机故障，调节器调整不当或有故障。

4.2电源电路过小

故障现象：

蓄电池在亏电情况下，发电机中速以上运转时，电流表指示电源电流过小；

蓄电池经常存电不足；

打开前照灯，灯光暗淡，按动电喇叭声音小

4.3电源电路过大

在蓄电池不亏电的情况下，电源电流仍在10A以上；

蓄电池电解液损耗过快；

分电器继电器触点经常烧蚀。

各种灯泡经常烧坏。

故障原因：

调节器故障，双触点式调节器的电磁线圈短路活断路，或高速触点接触不良，或弹簧张力过大或气隙不当而使调节电压值过大，致使调节器失调；

电子调节器的开关三级管短路或其他电子原件有故障而使开关三极管不能截止。

4.4充电电流不稳

在蓄电池不亏电的情况下，电源电流忽高忽低的;

在发电机运转中，电流表指针左右摆动很大，有时充电有时不充电，即为充电电流不稳。

一般为发电机的端电压不稳定，以及充电线路中电阻忽增忽减所致。

首先应检查各连接线头是否松动和接触不良，皮带是否过松以及蓄电池的极桩有无松动。

若无异常再检查调节器触点是否烧烛、脏污，线圈或电阻有无接触不良、断路等，若仍无异常，则应拆检发电机内部的技术状况，并逐项修复。

故障原因:

发电机故障，电刷与滑环接触不良；

内部导线连接处松动。

调节器故障，双触点式调节电阻断路；

电子调节器的元件松动或搭铁不良。

电路故障，充电系统有关线路的连接处松动。

发电机传动带松动，有时会打滑。

4.5发电机异响

发电机带轮响，这类响声很普遍，如桑塔纳发电机，使用一定时间就会有带轮叽叽地响，如用水浇在传动带和带轮上响声就消失，原因是带轮的V型槽和传动带磨损严重，有时只换传动带，兵不能彻底解决问题，只有更换正厂的带轮和传动带，响声才能得到根本的解决。

另外还有发电机轴承响和发电机电刷响。

故障原因：

发电机的内部元器件的损坏。

5、汽车电源系统典型故障案例

5.1典型故障案例一：

故障现象：

一辆广州本田雅阁轿车的蓄电池自行放电，已充足电的蓄电池或前一天使用良好的蓄电池，放置较短时间，当再次使用时即感觉存电不足或无电，启动机运转无力、喇叭声响减弱、灯光暗淡。

故障排除与诊断：

（1）检查并清洁蓄电池外表面是否清洁。

（2）检查与蓄电池相连的导线有无搭铁、短路之处。

检查时，先关闭所有用电设备，然后拆下蓄电池的一个极柱上的电缆线，另取一根细导线接于电缆线上，用该细导线与蓄电池极柱试火（使用细导线以减少短路电流），有火花出现，表明线路中有搭铁、短路之处。

应逐段检查予以排除。

没有火花为正常。

（3）经过上述检查正常时，可对蓄电池进行充电检查。

具体方法如下：

拆下蓄电池的正、负极柱接线。

打开加液孔盖，检查电解液液面高度，其液面应介于高液面和低液面两刻线之间。

液面高度低于标准值时应及时补充蒸馏水。

将蓄电池的正、负极与充电机的正、负极对应连接，并接通充电电流。

额定容量为65A·

h的夏利轿车蓄电池，其充电电流约为6.5A。

在充电过程中随时测量电解液的温度，其值不得超过45°

，否则，应暂停充电或采取降温措施。

每小时测量三次电解液密度和电压，若电解液密度上升缓慢或不上升，说明蓄电池内部短路，应更换蓄电池。

充电时若电压不再上升且所有的电解槽内液体时开始沸腾时，停止充电。

充足电的蓄电池电压应达到规定值。

5.2典型故障案例二：

一辆夏利轿车的充电指示灯不亮。

故障诊断与排除：

在排除充电指示灯不良故障时，首先应启动发动机并怠速（交流发电机转速2000r/min左右）运转，然后用万用表检查发电机充电系统能否充电。

将充电指示灯不亮分为充电系统能充电（发电机输出电压能够超过蓄电池电压）与不能充电两种情况分别进行排除。

当接通点火开关时充电指示灯不亮，启动发动机后发电机又能发电（发电机输出电压能够超过蓄电池电压），说明磁场电路能接通，调节器电源线路、调节器内部发电机输出电压控制控制电路、点火开关、60A易熔线、发动机15A熔断器良好，故障出现在充电指示灯、仪表10A熔断器或调节器内部充电指示灯控制电路。

致谢

感谢论文指导老师王承梅王老师，此论文是在王老师在白忙之中进行审核，老师给予我很多帮助，给予我论文参考资料，以及论文格式的修改建议，和我一起参与修改论文内容。

老师平易近人的性格让我在写论文的时候让我不会感觉很紧张，让我最高水平的发挥了自己的论文写作能力。

在此郑重感谢老师给予我得到帮助和指导，同时也感谢其他老师对我的帮助，谢谢我的同学还有我最爱的父母，谢谢你们！

1.徐云云.汽车电源系统分析[J]汽车电器，2005.

2.董红国.汽车电路分析[M]北京理工大学出版社，2005.

3.娄云.汽车电路分析[Z]机械工业出版社，2005.

4.张凤山等.广州本田雅阁轿车结构与维修.北京：

机械工业出本社，2001

附录