1、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
2、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、
3、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0.91.25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
4、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
5、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
6、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1.231.3
7、0gcm3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。
8、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(Ah),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
9、板额定容量Cs 为15 Ah,则蓄电池额定容量C20 = Csn。 (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A7半密封式B2湿荷电H8液密式Y3免维护W9气密式Q4少维护S10激活式I5防酸式F11带液式D6密封式M12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180Ah的启动型免维护蓄电池。例2:解放CQ1121J载货
10、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180Ah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60Ah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
11、铅离子(Pb4+)和氢氧根离子(OH)。即:PbO22H2OPb(OH)4 Pb(OH)4 Pb4+4OHPb4+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
12、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2.1612.6V。(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:H2SO42HSO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+ 2ePb2;Pb2SOPbSO4。在负极板处,Pb
13、2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:Pb2ePb2;Pb2SOPbSO4。在电解液中,H和OH结合生成水,即:4H4OH2H2O。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:PbO22H2SO4Pb2PbSO42H2O(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,
14、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:PbSO4Pb2SO;H2OHOH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:Pb22ePb4+;Pb4+4OHPb(OH)4;Pb(OH)4PbO2H2O。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:Pb22ePb。在电解液中,H和SO结合生成PbSO4,即:2HSOH2SO4。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2H2O2H2O2,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:
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