第一篇 汽車電器

第一章 車載電源

第一節(jié) 概述

一、汽車電源的組成與要求

1.汽車電源的組成

汽車電源由蓄電池和發(fā)電機兩個電源并聯(lián)而成，如圖1-1所示。

圖1-1 汽車電源的組成

1—發(fā)電機 2—調(diào)節(jié)器 3—用電設備 4—電流表 5—蓄電池 6—起動開關 7—起動機

在發(fā)動機工作時，發(fā)動機帶動發(fā)電機發(fā)電，向汽車用電設備提供電能，并向儲存電能不足的蓄電池充電。在起動發(fā)動機時，則由蓄電池向起動機及點火系統(tǒng)（汽油發(fā)動機）等提供電能。蓄電池的主要用途是用作起動電源，除此之外，蓄電池還有如下功用。

1）在發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)（發(fā)電機電壓低或不發(fā)電）時，向車載用電設備供電。

2）當同時啟用的車載用電設備功率超過了發(fā)電機的額定功率時，協(xié)助發(fā)電機供電。

3）當蓄電池存電不足，且發(fā)電機負載不多時，可將發(fā)電機的電能轉(zhuǎn)換為化學能儲存起來。

4）蓄電池內(nèi)部的極板構成了一個容量很大的電容器，并聯(lián)在車載電網(wǎng)中，可以吸收電路中的瞬變電壓脈沖，對汽車電路中的電子元件起到了保護作用。

5）對汽車電子控制系統(tǒng)來說，蓄電池是電子控制器的不間斷電源。

2.對汽車電源的要求

蓄電池是發(fā)動機的起動電源，在起動發(fā)動機時，需要在短時間內(nèi)向起動機提供大電流（汽油發(fā)動機為100～600A，大型柴油發(fā)動機可達1000A），因而要求其內(nèi)阻要小，大電流輸出時電壓要穩(wěn)定，以確保有良好的起動性能。除此之外，還要求蓄電池的充電性能良好、使用壽命長、維護方便或少維護，以滿足良好的汽車使用性能要求。

發(fā)動機工作時的轉(zhuǎn)速變化很大，要求發(fā)電機在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)都能正常發(fā)電且電壓穩(wěn)定，以滿足用電設備的用電需求；此外，要求發(fā)電機的體積小、重量輕、故障率低、發(fā)電效率高、使用壽命長等，以確保汽車良好的使用性能。

二、汽車電源的現(xiàn)狀與發(fā)展

1.蓄電池

蓄電池可通過充電恢復其化學能量，因而也被稱之為二次電池。目前，世界上已有的二次電池有數(shù)十種，根據(jù)其電解質(zhì)的酸堿性可分為酸性蓄電池、堿性蓄電池和中性蓄電池。極板為鉛，電解液為硫酸水溶液的鉛酸蓄電池具有內(nèi)阻小、電壓穩(wěn)定的特點，能迅速提供大電流，是較為理想的起動電源。此外，鉛酸蓄電池的結構簡單、其結構及生產(chǎn)工藝等較為成熟、成本低，因而汽車上普遍采用鉛酸蓄電池。

普通的鉛酸蓄電池（又稱為干封蓄電池）比能量低、維護工作量大、使用壽命短、需經(jīng)初充電才能使用。多年來，鉛酸蓄電池在結構、材質(zhì)及工藝等方面不斷改進，其性能有了較大的提高。目前，汽車上使用的大都是改進型鉛酸蓄電池。比如，無需初充電的干荷電、濕荷電蓄電池，可防止電解液非正常損失和極板活性物質(zhì)脫落的膠質(zhì)蓄電池，使用壽命長且無需經(jīng)常維護的免維護蓄電池等。

國內(nèi)外都致力于研究與開發(fā)堿性蓄電池，比如，鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅空氣蓄電池、鐵鎳蓄電池、鐵空氣蓄電池等。這些蓄電池的能量密度、使用壽命等方面都要優(yōu)于鉛酸蓄電池，但由于其內(nèi)阻較大，不適合用作起動電源。目前，堿性蓄電池只是在電動汽車上使用。中性蓄電池到目前為止，在技術上還有待成熟，應用很少。

鉛酸蓄電池作為起動電源，在其結構、材質(zhì)、工藝等方面仍有改良和發(fā)展的空間，以使蓄電池的體積進一步減小、重量更輕，而其供電能力和使用壽命則進一步提高，并實現(xiàn)免維護化。

2.發(fā)電機及調(diào)節(jié)器

汽車上最早使用的是直流發(fā)電機，這種同步直流發(fā)電機采用鑄鐵外殼，磁極較大，須用機械換向器整流。由于體積大、比功率小、低速充電性差、高速換向器換向火花大，因此，直流發(fā)電機已不能適應現(xiàn)代汽車對車載發(fā)電機的要求，早已被采用硅二極管整流的交流發(fā)電機取代。在汽車上普遍應用的交流發(fā)電機有多種結構形式，根據(jù)發(fā)電機磁極產(chǎn)生磁場的方式不同分，有普通勵磁式（通過電刷引入勵磁電流）、無刷勵磁式和永磁式等幾種，其中普通勵磁式使用最為普遍；根據(jù)磁極繞組搭鐵方式分，交流發(fā)電機有內(nèi)搭鐵式和外搭鐵式兩種，內(nèi)搭鐵式使用居多；按整流二極管的數(shù)量又有六管、八管、九管、十一管等不同形式的交流發(fā)電機。

發(fā)電機調(diào)節(jié)器的作用是在發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，使發(fā)電機的電壓保持穩(wěn)定。交流發(fā)電機最初所配用的是觸點式調(diào)節(jié)器，現(xiàn)已逐漸被電子式調(diào)節(jié)器所替代。電子調(diào)節(jié)器有分立元件和集成電路兩種類型，現(xiàn)在汽車大都采用集成電路式電子調(diào)節(jié)器。由于集成電路調(diào)節(jié)器性能穩(wěn)定，結構尺寸小，故將其安裝在發(fā)電機內(nèi)部。這種調(diào)節(jié)器內(nèi)裝的交流發(fā)電機（被稱為整體式交流發(fā)電機）在汽車上已有較多的應用。

交流發(fā)電機及調(diào)節(jié)器的進一步發(fā)展是，低速充電性能好、工作可靠性好、發(fā)電效率更高，以滿足汽車電氣系統(tǒng)對電源越來越高的要求。

3.汽車電系的電壓

現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)普遍采用12V系統(tǒng)，只有部分大型柴油車的起動系統(tǒng)采用24V系統(tǒng)。隨著汽車電子控制設備的應用越來越多，12V系統(tǒng)已顯得不適應。未來汽車電源的電壓標準將提高到42V，以使發(fā)電機能提供更大的極限功率，減少線束和提高信號傳送的質(zhì)量。未來的汽車電系電壓，可滿足更多電器和電子控制裝置的用電要求，并使整個汽車電系的工作更加穩(wěn)定、安全、可靠。