汽车电源系统理论知识

1.蓄电池的作用及工作原理

蓄电池是一种可逆的低压直流电源，它既能将化学能转化为电能，也能将电能转换为化学能。蓄电池在整车上的位置，如图3-1所示。

蓄电池可分为碱性蓄电池和酸性蓄电池两大类，其主要作用是起动发动机，汽车上一般采用铅蓄电池。汽车上装有蓄电池与发电机两个直流电源，全车用电设备均与直流电源并联连接，电路图如图3-2所示。

图3-1 蓄电池位置

图3-2 汽车并联电路

蓄电池具体作用如下：

1）发动机起动时，向起动机和点火系统供电。

2）发动机低速运转时，向用电设备和发电机磁场绕组供电。

3）发动机中、高速运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。

4）发电机过载时，协助发电机向用电设备供电。

5）蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电气系统电压稳定。

2.蓄电池的基本结构

铅蓄电池主要由正负极板、隔板、电解液、外壳、极桩及加液孔盖等部分组成（图3-3）。额定电压12V的蓄电池由6个单格串联而成，每单格的额定电压为2V。

3.蓄电池的工作原理

蓄电池充、放电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连进行充电时，将电能转化为化学能。其电化学反应是可逆反应，可用如下总的反应方程式表示：

图3-3 蓄电池结构示意图

1—负极桩 2—加液孔盖 3—正极桩 4—穿壁连接 5—汇流条 6—外壳 7—负极板 8—隔板 9—正极板

4.蓄电池的维护

1）保持蓄电池外表面的清洁干燥，及时清除极桩和电缆卡子上的氧化物，并确定蓄电池极桩上的电缆连接牢固。

清洗蓄电池时，最好从车上拆下蓄电池，用苏打水溶液冲洗整个壳体（图3-4a），然后用清水冲洗蓄电池并用纸巾擦干。对蓄电池托架，可先用腻子刀刮净厚腐蚀物，然后用苏打水溶液清洗托架（图3-4b），之后用水冲洗并干燥。托架干燥后，漆上防腐漆。

图3-4 蓄电池的清洁

对极桩和电缆卡子，可先用苏打水溶液清洗，再用专用清洁工具进行清洁，如图3-5所示。清洗后，在电缆卡子上涂上凡士林或润滑油防止腐蚀。

注意：清洗蓄电池之前，要拧紧加液孔盖，防止苏打水进入蓄电池内部。

图3-5 极桩和电缆卡子的清洁

2）保持加液孔盖上通气孔的畅通，定期疏通。

3）定期检查并调整电解液液面高度，液面不足时，应补加蒸馏水。

4）汽车每行驶1000km或夏季行驶5～6天（冬季行驶10～15天），应用密度计或高率放电计检查一次蓄电池的放电程度，当冬季放电超过25%，夏季放电超过50%时，应及时将蓄电池从车上拆下进行补充充电。

5）根据季节和地区的变化及时调整电解液的密度。冬季可加入适量的密度为1～40g/cm3的电解液，以调高电解液的密度（一般比夏季高0.02～0.04g/cm³为宜）。

6）冬季向蓄电池内补加蒸馏水时，必须在蓄电池充电前进行，以免水和电解液混合不均而引起结冰。

7）冬季蓄电池应经常保持在充足电的状态，以防电解液密度降低而结冰，引起外壳破裂、极板弯曲和活性物质脱落等故障。

5.交流发电机的结构

汽车用硅整流交流发电机由三相同步发电机和硅二极管整流器两大部分组成。其工作过程：交流发电机定子绕组中感应出交变电动势，再经硅二极管整流器整流，输出直流电。

交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、带轮等组成。图3-6所示为普通交流发电机解体图。

图3-6 交流发电机解体图(www.xing528.com)

1—后端盖 2—电刷架 3—电刷 4—电刷弹簧压盖 5—硅二极管 6—散热片 7—转子 8—定子 9—前端盖 10—风扇 11—带轮

（1）转子 转子的功用是产生旋转磁场。转子由爪极、转子铁心、磁场绕组、集电环、转子轴组成，如图3-7所示。

图3-7 发电机转子的结构

1—集电环 2—转子轴 3—爪极 4—转子铁心 5—磁场绕组

（2）定子 定子的功用是产生交流电，如图3-8所示，由定子铁心和定子绕组两部分组成。

（3）整流器 整流器的功用是将三相绕组产生的交流电变为直流电，其整流二极管的特点是工作电流大、反向电压高。如图3-9所示，整流器由正、负整流板组成。

（4）端盖及电刷组件 端盖一般分为两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效地防止漏磁，二是铝合金散热性能好。后端盖上装有电刷组件。

电刷组件由电刷、电刷架和电刷弹簧组成，如图3-10所示。

图3-8 发电机定子的结构

1—定子铁心 2、3、4、5—定子绕组引线端

图3-9 交流发电机整流器总成

a）整流板 b）整流器总成

1—负整流板 2—正整流板 3—散热片 4—连接螺栓 5—正极管 6—负极管 7—安装孔 8—绝缘垫 9—电枢接柱安装孔

电刷的作用是将电源通过集电环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与集电环保持接触。电刷一般与调节器装为一体。电刷和集电环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。

6.交流发电机的工作原理

（1）发电原理 发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。

如图3-11所示，当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为N极和S极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。

图3-10 交流发电机电刷组件

图3-11 交流发电机发电原理示意图

1—定子铁心 2—定子绕组 3—转子 4—励磁绕组 5—整流二极管 6—电刷

（2）整流原理 交流发电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过6只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图3-12a所示。

二极管具有单向导通性，当给二极管加上正向电压时二极管导通，当给二极管加上反向电压时二极管截止。将定子的三相绕组和6只整流二极管按如图3-12b所示的电路连接，发电机的输出端B、E上就输出一个脉动直流电压，如图3-12c所示，这就是发电机的整流原理。

三相桥式整流电路中二极管依次循环导通，当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通；当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。使得负载R_L两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。

图3-12 交流发电机整流原理

a）整流电路图 b）三相绕组电压波形图 c）整流后发电机输出

（3）交流发电机的励磁 除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电，否则发电机将不能发电。

将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有他励和自励两种。

1）他励：在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。

2）自励：随着转速的提高（一般在发动机怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压U_B大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。

交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，发电机的输出电压一般高出蓄电池电压1～2V以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。

不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。交流发电机的励磁电路如图3-13所示。

图3-13 励磁控制形式

a）内搭铁 b）外搭铁