3.1汽车电源系统（课件）-《汽车构造与拆装》同步教学（电子工业版）

汽车电器构造与拆装 6/23/2024 0 任务一 汽车电源系统 6/23/2024 1 任务目标 ●知识目标 1.掌握蓄电池的功用与分类。 2.掌握蓄电池的结构与工作原理。 3.掌握蓄电池的充电方法。 4.掌握发电机的结构与工作原理。 ●能力目标 1.能够独立完成发电机的拆装。 2 任务引入 电源系统是提供给全车电气设备能源的主要来源，当电源系统出现故障时，汽车将无法正常行驶。汽车电源系统主要由交流发电机、电压调节器、蓄电池等部分组成。 3 一、蓄电池 相关知识 蓄电池的功用 1 蓄电池俗称“电瓶”，是一种将化学能转换为电能的装置，是一种可逆的直流电源。在汽车上与发电机并联， 向全车用电设备供电，它的功用如下。 起动发动机时，给起动机供电。 当发电机过载时，可以协助发电机向用电设备供电。 当发电机不发电或电压较低（低于蓄电池端电压）时，向用电设备供电。 当发电机端电压高于铅蓄电池的电压时，将一部分电能转变为化学能储存起来，也就是进行充电。 4 蓄电池的分类 2 汽车广泛应用的是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池又分为普通铅酸蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池、湿荷电蓄电池、胶体电解质蓄电池等。 （1） 普通铅酸蓄电池 如图 3-1 所示，这种蓄电池启用时须加电解液再经初充电后才能使用。 （2） 免维护蓄电池 免维护蓄电池也叫 MF 蓄电池，目前在汽车上得到广泛应用，外观如图 3-2 所示，蓄电池盖上有检查指示器，它实际是蓄电池内装的比重计，能随时了解电解液的密度、存电情况及液面高度。免维护蓄电池在合理使用过程中不用添加蒸馏水，同时电桩腐蚀轻，内阻小，自行放电少，低温起动性能好，比常规蓄电池使用寿命长。在车上或存储时不需要补充充电。 （3） 干荷电蓄电池 干荷电蓄电池在干燥状态下能够长期（一般两年）保存在制造过程中所得到的电荷，在规定的保存期内如要使用，只要灌入符合规定相对密度的电解液，静置 30min，即可使用，不需要初充电。干荷电蓄电池外观如图 3-3 所示。 （4） 湿荷电蓄电池 存放期极板呈湿润状态而保持其荷电性的蓄电池称为湿荷电蓄电池。湿荷电蓄电池在存放期（约 6 个月）内，加注标准密度的电解液至规定的高度即可使用，首次放电量可达到额定容量的80％。若存放时间过长，则须经过短时间的补充充电才能正常使用。 （5） 胶体电解质铅蓄电池 胶体电解质蓄电池如图 3-4 所示。 蓄电池的结构 3 汽车蓄电池由 3 只或 6 只单格电池串联而成，每只单格电池电压约为 2V，串联成 6V 或 12V 以供汽车选用，普通铅酸蓄电池主要由极板、隔板、电解液、外壳、联条等组成，如图 3-5 所示。 （1） 极板 极板是蓄电池的核心，分正极板和负极板。蓄电池极板由栅架和活性物质组成，如图 3-6 所示，活性物质填充在铅锑合金铸成的栅架上。蓄电池充、放电过程中，电能和化学能的相互转换是依靠极板上活性物质和电解液的化学反应来实现的。 （2） 隔板 隔板的作用是将相互紧靠的正负极板隔开，防止相互接触而短路，如图 3-7 所示。 （3） 电解液 电解液是蓄电池内部发生化学反应的主要物质，由纯净硫酸和蒸馏水按一定的比例配制而成。蓄电池电解液的密度一般为 1.24~1.31g/cm 3 ，使用中密度应根据地区、气候条件和制造厂的要求而定，见表 3-1。对于透明塑料容器的蓄电池，可以通过观察液面高度指示线检查电解液的液面高度，如图 3-8 所示。 （4） 外壳 蓄电池的外壳是用来盛放电解液和极板组的。它必须耐酸、耐温、耐寒、抗振，并具有足够的机械强度，一般采用橡胶或塑料制成。 （5） 联条 联条的作用是将单体电池串联起来，提高整个蓄电池的端电压。单体电池的串联方式有传统外露式、内部穿壁式和跨越式三种，如图 3-9 所示。 （6） 极桩 极桩有圆锥形和 L 形等形式，如图 3-10 所示。为便于识别，在正极桩的上方或旁边标有“+”（或 P）、负极桩的上方或旁边标有“-”（或 N）标记，或者在正极桩上涂红色油漆。 蓄电池的工作原理 4 蓄电池的工作过程就是化学能与电能相互转化的过程：当蓄电池将化学能转化为电能时，蓄电池向外供电，称为放电过程；而当蓄电池与外部直流电源相连时，将电能转化为化学能，称为充电过程。蓄电池的基本工作原理如图 3-11 所示。 （1） 放电过程 放电时，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，使灯泡发光。 在放电过程中，正极板的铅离子得到来自负极的两个电子后，变成二价铅离子与电解液中的硫酸根离子反应生成硫酸铅（附着在正极上）；负极板上每个铅原子放出两个电子后，生成的铅离子与电解液中的硫酸根离子反应，生成硫酸铅（附着在负极板上）。 如果电路不中断，上述化学反应将继续进行。电解液中的硫酸被消耗，生成了水。所以，放电后电解液的密度是逐渐下降的，这个过程一直进行到化学反应不能再继续进行，灯泡不能正常发光为止。 （2） 充电过程 把放电后的蓄电池接一个直流电源。当电源电压高于蓄电池电动势时，电流将从蓄电池正极流入，负极流出。这时正负极板发生的反应与放电过程相反。 在充电过程中，正极板活性物质由硫酸铅转变为二氧化铅，负极板上的活性物质由硫酸铅转变为纯铅，电解液中消耗了水，生成了硫酸，电解液密度逐渐上升。只要充电过程进行，上述电化学反应就不断进行。当极板上的物质全部转变完成后，蓄电池就充足了电。 总结：蓄电池充放电过程中的化学反应是可逆的，可用下式表示，即： 蓄电池的充电 5 （1） 充电种类 蓄电池的充电种类有 （1）初充电。 （2）补充充电。 （3）去硫化充电。 （2） 充电方法 蓄电池的充电方法有 （1）定流充电。 （2）定压充电。 （3）脉冲快速充电。 （1）定流充电。 蓄电池在充电过程中，充电电流保持恒定不变的充电方法称为定流充电。 定流充电时，被充电的蓄电池采用串联的方式进行充电，如图 3-12 所示。 （2）定压充电。 在充电过程中，加在蓄电池两端的充电电压保持恒定不变的充电方法称为定压充电。 定压充电时，蓄电池采用并联接法，如图 3-13 所示。 （3）脉冲快速充电。 脉冲快速充电也称分段充电。充电初期采用大电流，使电池在较短的时间内达到额定容量的60％左右，当单格电压上升到 2.4V，电解液开始分解冒出气泡时，在充电设备的控制下，进行脉冲充电。 脉冲快速充电的优点是 充电速度快，可缩短充电时间；增加蓄电池容量，极板去硫化明显。 脉冲快速充电的缺点是 出气率高，即充电过程中产生大量的气泡，对极板活性物质的冲刷力强，易使活性物质脱落，对蓄电池的使用寿命有一定的影响。 蓄电池的检查与维护 6 检测电解液液面高度的方法有三种，即：液面高度指示线法、玻璃管测量法、加液孔观察判断法。 （1） 普通铅酸蓄电池性能的检查 （1）电解液液面高度的检测。 ①液面高度指示线法。 对于使用透明工程塑料壳体的蓄电池，可以通过观察液面高度指示线来检查电解液的液面高度，如图 3-14 所示。正常液面高度应介于两线之间，低于下线为液面过低，应加蒸馏水进行补充。 ②玻璃管测量法。 用一空心玻璃管插入蓄电池电解液内极板的上平面处，用手指按紧玻璃管上端使管口密封，提起玻璃管，玻璃管内所吸取的电解液的高度即液面高度，标准值应为10~15mm，如图 3-15 所示。 ③加液孔观察判断法。 部分进口小汽车在电解液加液孔内侧的标准液面位置处开有方视孔，如图 3-16 所示。可通过观察液面在方孔的位置来检视液面高度。液面在方孔下面为液面过低，正好与方孔平齐时为标准，液面满过方孔而充满加液口底部以上为过多。 用蓄电池高功率放电计测量蓄电池端电压。 （2）蓄电池端电压的检测。 方法如下：关闭点火开关；将高功率放电计的红色锷鱼夹与蓄电池的正极相连，黑色锷鱼夹与蓄电池的负极相连，如图 3-17 所示；按压高功率放电计测试开关并保持5~10 秒后放开，待测试仪上的指针静止不动后读出读数（图 3-18），此读数即蓄电池的端电压。 （3）电解液密度的检测。 测量前紧捏密度计的橡皮头，排除空气，将橡皮管插入电解液，慢慢放松橡皮球，吸取蓄电池中的电解液，直到浮子浮起，如图 3-19 所示。 根据浮子高度和浮子刻线之间的关系，可读出高度的数值，如图 3-20 所示。 也可通过浮子彩色标记来粗略估计密度值，判断蓄电池放电程度。 电解液处于黄色区域：电解液密度值为 1.25~1.30g/cm 3 ，说明电量充足（图 3-21）。 电解液处于绿色区域：电解液密度值为 1.15~1.25g/cm 3 ，说明电量比较充足。 电解液处于红色区域：电解液密度值为 1.1~1.15g/cm 3 ，说明蓄电池必须充电。 （2） 免维护蓄电池的检查 对于全密封型免维护蓄电池，由于无加液孔，所以不能采用传统的密度计来测量电解液密度以判断其技术状况，为此，通过顶端的检查孔观察其颜色来判断蓄电池的技术状况，如图 3-22所示。 二、发电机 发电机的功用 1 交流发电机是汽车的主要电源，其功用是：在发动机正常工作时，向用电设备供电；当蓄电池存量不足时， 向蓄电池及时地充电。 发电机的功用 2 三相同步交流发电机主要由转子、定子、电刷与电刷架、风扇、皮带轮、前后端盖等组成，如图 3-23 所示。 6/23/2024 30 （1） 转子 转子的作用是产生磁场。转子主要由两块爪极、励磁绕组、转子轴和集电环（也称滑环）等组成，如图 3-24 所示。 （2） 定子 定子又称电枢，其作用是产生交流电动势。定子由定子铁芯和定子绕组组成，如图3-25所示。定子铁芯由相互绝缘的内圆带嵌线槽的圆环状硅钢片叠成。三相定子绕组对称地安放在定子铁芯槽内。绕组的接法有星形（即 Y 形）、三角形两种方式，如图 3-26 所示。汽车交流发电机大多采用星形连接。 （3） 电刷与电刷架 在发电机的后端盖上装有电刷和电刷架，如图 3-27 所示，两个电刷分别装在电刷架的孔内。电刷的作用是与集电环接触，将直流电引入励磁绕组。 电刷架的结构有外装式和内装式两种，如图 3-28 所示。 外装式：电刷架可直接从发电机的外部拆装，拆装维修方便，目前应用广泛。 内装式：不能直接从发电机外部进行拆装，如要更换电刷，须将发电机拆开，故这种结构将逐渐被淘汰。 （4） 前、后端盖 前、后端盖如图 3-29 所示，均由非导磁材料的铝合金制成，漏磁少，并具有轻便、散热性能好等优点。汽车发电机的前后端盖上一般设有通风口，以便发电机内部散热。另外，后端盖内装有电刷和电刷架。 （5） 皮带轮 皮带轮如图3-30所示，通常用铸铁或铝合金制成，安装在交流发电机的前端。发动机通过皮带轮驱动发电机旋转。 （6） 风扇 风扇如图 3-31 所示，一般由钢板冲制或用铝合金压铸而成，其作用是在发电机工作时，强制通风，对发电机进行冷却。 （7） 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 只硅整流二极管接成三相桥式全波整流电路，如图 3-32 所示。 交流发电机整流二极管有正极管和负极管之分。外壳为负极、中心引线为正极的二极管，称为正极管，管壳底有红色标记。其安装如图3-33所示。 交流发电机的工作原理 3 （1） 发电原理 交流发电机产生交流电的基本原理是电磁感应原理，交流发电机工作原理如图 3-34 所示。 （2） 整流原理 整流器是利用二极管的单向导电性，将交流电转换为直流电的。 图3-35是以六管构成的三相桥式整流电路 在负载上便可获得一个比较平稳的直流脉动电压，各时间内电流流向如图 3-36 所示。 （3） 励磁方式 交流发电机的励磁方式是：先他励、后自励。 交流发电机开始发电时，由于转子上磁极的剩磁很弱，在低转速下仅靠剩磁产生的电动势不能使二极管导通，发电机不能自励发电，此时必须由蓄电池提供励磁电流，增强磁场，使发电机在低速转动时电压能够迅速上升。 当发电机转速达到一定值后，发电机发电产生的电压达到或超过蓄电池电压时，发电机自己供给励磁电流，此时，发电机就由他励转变为自励发电。 电压调节器 4 （1） 电压调节器的作用 电压调节器的作用是在发电机转速变化时，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使用电设备工作失常和蓄电池充电不足。 （2） 电压调节器的分类 压调节器按元件性质来分可分为触点式（也称电磁振动式）电压调节器和电子式电压调节器。电子式电压调节器又分为晶体管调节器和集成电路调节器。 电子式电压调节器按其搭铁形式又可分为内搭铁式和外搭铁式两种。 （3） 电压调节器的工作原理 当交流发电机的转速改变时，调节器通过调节发电机的励磁电流来改变磁极磁通量，从而控制发电机输出电压，使之保持恒定。 触点式电压调节器由于结构复杂、可靠性差，目前已被淘汰。 （1）晶体管调节器的工作原理。 晶体管调节器是将三极管作为一只开关串联在发电机的磁场电路中，根据发电机输出电压的高低，控制三极管的导通和截止，以调节发电机的励磁电流，使发电机输出电压稳定在规定的范围之内。晶体管调节器有内搭铁式和外搭铁式两种。 ①内搭铁式晶体管调节器。 内搭铁式晶体管调节器与内搭铁式发电机配套使用，其电路原理图如图 3-37 所示。 外搭铁式晶体管调节器与外搭铁的交流发电机配套使用，其电路原理与接线方式如图 3-38所示。调节器内的功率三极管串联在发电机励磁绕组与搭铁之间，发电机励磁绕组无搭铁端，调节器控制励磁绕组搭铁。 外搭铁式晶体管调节器电路工作原理与前述内搭铁式晶体管调节器类似。 （2）集成电路电压调节器的工作原理。 集成电路电压调节器也称 IC 调节器，其工作原理与晶体管电压调节器相同。由于集成电路电压调节器具有体积小、质量轻、性能可靠、使用寿命长等优点，现代汽车大量采用集成电路电压调节器（图 3-39）。 ①发电机电压检测法。 发电机电压检测法的特点是直接在发电机上检测发电机的输出电压。 ②蓄电池电压检测法。 蓄电池电压检测法的特点是通过连接导线检测蓄电池端电压的变化来调节发电机的输出电压。如图 3-40 所示。 图 3-41 所示为日产蓝鸟轿车集成电路调节器电路，调节器电路采用蓄电池电压检测法。 任务实践 实践名称 发电机的拆装。 工作准备 发电机、拆装工作台、橡胶锤、拉器、常用拆装工具等。 49 实践要求与注意事项 （1）明确操作规范和职责范围，预防潜在危险。 （2）实践操作过程中保持场地卫生及安全，不嬉戏打闹。 （3）在使用举升机的过程中应上好保险后再开始工作。 （4）使用维修手册时，要注意避免破损，手册与使用车型相对应。 操作步骤及方法检修 （1） 发电机总成的更换 ①松开发电机的固定螺栓，松开张紧轮如图 3-42 所示。 ②取下多楔带，如图 3-43 所示。 ③取下紧固螺栓，将发电机摇松。 ④将发电机倒置，拧下发电机输出接线柱，如图3-44 所示，取下发电机。 ⑤按相反的顺序安装发电机总成。 ⑥检查传动皮带是否偏斜，检查皮带松紧度。 （2） 发电机的分解与装配 ①用扭力扳手拧出发电机皮带轮的紧固螺母，取出螺母垫圈。 ②用拉器拉出发电机皮带轮，如图 3-45 所示。 ③拧下发电机后端盖的整流器罩盖螺栓，取下后端盖。 ⑥取出止推垫圈，取出风扇叶轮，如图3-48所示。 ⑦取出转子绕组总成，如图 3-49 所示。 $$