汽車電氣系統(tǒng)的組成與特點

汽車電氣系統(tǒng)是汽車的重要組成部分之一，其性能好壞直接影響汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性，安全性、舒適性以及排放等性能。汽車電氣系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車發(fā)展水平的一個重要標(biāo)志，其科技含量已成為衡量現(xiàn)代汽車檔次的重要指標(biāo)之一。隨著科技的發(fā)展，集成電路和微型電子計算機(jī)在汽車上的廣泛應(yīng)用，電器的數(shù)量在增加、功率在增大，產(chǎn)品的質(zhì)量、性能在提高，結(jié)構(gòu)更趨于完善。汽車維修材料工應(yīng)了解和掌握電氣系統(tǒng)的構(gòu)造、配件識別及原理，對其正確收發(fā)與保管是十分必要的。

一、汽車電氣系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代汽車所裝備的電氣系統(tǒng)，按其用途可大致歸納并劃分為下面四部分：  

1．電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)包括蓄電池、發(fā)電機(jī)及其調(diào)節(jié)器。前兩者是并聯(lián)工作，發(fā)電機(jī)是主電源，蓄電池是輔助電源。發(fā)電機(jī)配有調(diào)節(jié)器的作用是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓使之保持穩(wěn)定。

2．用電系統(tǒng)

汽車上用電系統(tǒng)大致可分為以下幾類：

(1)起動系：主要機(jī)件是啟動機(jī)，其任務(wù)是起動發(fā)動機(jī)。

(2)點火系：它是汽油發(fā)動機(jī)的組成部分，包括電子點火系統(tǒng)或傳統(tǒng)點火系統(tǒng)的全部組件。其任務(wù)是產(chǎn)生高壓電火花，按發(fā)動機(jī)的工作順序點燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣。

(3)照明系統(tǒng)：包括車內(nèi)外各種照明燈以及保證夜間安全行車所必須的燈光，其中以前照明燈最為重要。軍用車輛還增設(shè)了防空照明。

(4)信號系統(tǒng)：包括電喇叭、蜂鳴器、閃光器及各種信號燈等，主要用來保證安全行車所必要的信號。

(5)電子控制系統(tǒng)：主要指由微機(jī)控制的裝置，包括：電子控制點火裝置、電子控制燃油噴射裝置、電子控制防抱死制動裝置、電子控制自動變速裝置等，分別用來提高汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、排氣凈化和操縱自動化等性能。

(6)輔助電器：包括電動刮水器、低溫起動預(yù)熱裝置、空調(diào)器、收錄機(jī)、點煙器、防盜裝置、玻璃升降器、座椅調(diào)節(jié)器等。輔助電器有日益增多的趨勢，主要向舒適、娛樂、保障安全方面發(fā)展。

3．檢測系統(tǒng)

包括各種檢測儀表如電壓表、電流表、水溫表、油壓表、燃油表、車速里程表、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表和各種報警燈，用來監(jiān)測發(fā)動機(jī)和其它裝置的工作情況。

4．配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)包括中央接線盒、電路開關(guān)、保險裝置、插接件和導(dǎo)線等，以保證線路工作的可靠性和安全性。

二、汽車電氣系統(tǒng)電系的特點

汽車電氣系統(tǒng)具有以下四個特點：

 1．低壓

汽車電系的額定電壓有12伏（V）、24V兩種，汽油車普遍采用12V電系，而柴油車多采用24V電系。電器產(chǎn)品額定運(yùn)行端電壓，對發(fā)電裝置12V電系為14V；對24V電系為28V。對用電設(shè)備電壓在0.9～1.25倍額定電壓范圍內(nèi)變動時應(yīng)能正常工作。

2．直流

汽車電系采用直流是因為起動發(fā)動機(jī)的啟動機(jī)，為直流串激式電動機(jī)，其工作時必須

由蓄電池供電，而蓄電池消耗電能后又必須用直流電來充電。

3．單線制

是指從電源到用電設(shè)備只用一根電線連接，而另一根導(dǎo)線則由金屬部分如車體、發(fā)動機(jī)等代替作為電器回路的接線方式，具有節(jié)省導(dǎo)線、簡化線路、方便安裝檢修、電器元件不需與車體絕緣等優(yōu)點而得到廣泛采用。但在個別情況下，也采用雙線制。

4．負(fù)極搭鐵

采用單線制時，蓄電池的負(fù)極必須用導(dǎo)線接到車體上，稱為負(fù)極搭鐵，這是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，也是交流發(fā)電機(jī)正常工作的必要條件。

第二節(jié) 蓄電池的構(gòu)造與識別

一、蓄電池的與類型

（一）功用

蓄電池是一種可逆的低壓直流電源，是汽車電源的重要組成部分。蓄電池既能將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，也能將電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。它的作用是：

1．起動發(fā)動機(jī)時，供給起動機(jī)大電流，故稱為起動型蓄電池。

2．在發(fā)電機(jī)不發(fā)電或電壓較低的情況下向用電設(shè)備供電。

3．當(dāng)用電設(shè)備短時間耗電超過發(fā)電機(jī)供電能力時，協(xié)助發(fā)電機(jī)向用電設(shè)備供電。 4．蓄電池存電不足，而發(fā)電機(jī)負(fù)載又較小時，它可將發(fā)電機(jī)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲存起來(即充電)。

另外，蓄電池相當(dāng)于一個大電容器，它可隨時將發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的過電壓吸收掉，起到保護(hù)晶體管、延長其使用壽命的作用。

（二）類型

按其外部結(jié)構(gòu)可分為：橡膠槽和塑料槽蓄電池。按其性能可分為：濕荷電、干荷電和免維護(hù)蓄電池等。目前汽車上廣泛采用干荷電、免維護(hù)塑料槽的鉛酸蓄電池。

二、蓄電池的結(jié)構(gòu)和識別

鉛酸蓄電池的構(gòu)造如圖4-1所示。它主要有極板、隔板、電解液和外殼等部分組成。 1．極板

極板分正極板和負(fù)極板，每片極板均由柵架和活性物質(zhì)構(gòu)成。制成正極板上的活性物質(zhì)為二氧化鉛，呈棕紅色；負(fù)極板上的活性物質(zhì)為海綿狀純鉛，呈青灰色。為了增大蓄電池的容量，需要把正、負(fù)極板分別焊成極板組，且負(fù)極板組比正極板組多一片。

圖4-1 干荷電蓄電池的結(jié)構(gòu)，鉛酸電池的結(jié)構(gòu)

1-外殼 2-正極板 3-加液孔螺塞 4-電池蓋 5-負(fù)極柱 6-負(fù)極板組

7-正極板組 8-隔板9-負(fù)極板 10-正極板

2．隔板

隔板通常用木質(zhì)、微孔橡膠、微孔塑料或玻璃纖維制成。隔板安裝在正負(fù)極板之間，防止正負(fù)極板相碰而短路。隔板一面制有溝槽，裝配時有溝槽面應(yīng)豎直面向正極板。

3．電解液 電解液由純凈硫酸與蒸餾水按一定比例配制而成。其密度大小可用密度計測量，一般為1.23～1.30g／cm3之間。

4．外殼

蓄電池外殼用橡膠或塑料制成整體，用以儲存電解液和支承極板。相鄰兩單格之間有隔壁，把每個外殼分成三個或六個單格。��

5．極柱與穿壁式聯(lián)條

每個單格電池都有正、負(fù)兩個極柱，分別連接正、負(fù)極板組，連接正極板組的叫正極柱，連接負(fù)極板組的叫負(fù)極柱。正極柱接起動機(jī)開關(guān)接柱，負(fù)極柱接車架(接鐵)。

穿壁式聯(lián)條用來連接相鄰單格電池的正、負(fù)極柱，使單格電池相互串聯(lián)成多伏的電池。如一只12V的蓄電池由6個單格電池串聯(lián)而成。

三、蓄電池的型號標(biāo)志

根據(jù)原機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)JB2599-1985《鉛蓄電池產(chǎn)品型號編制方法》規(guī)定，蓄電池型號由三部分組成，各部分之間用破折號分開，其內(nèi)容及排列如下：

(1)串聯(lián)單格電池數(shù)。指一個整體殼體內(nèi)所包含的單格電池數(shù)目，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。 (2)電池類型。根據(jù)蓄電池主要用途劃分。啟動型蓄電池用“Q”表示，代號“Q”是漢字“起”的第一個拼音字母。

(3)電池特征。為附加部分，僅在同類用途的產(chǎn)品具有某種特征，而在型號中又必須加以區(qū)別時采用。如用干荷電蓄電池，則用漢字“干”的第二個拼音字母“A”表示；如為無需(免)維護(hù)蓄電池，則用“無”字的第一個拼音字母“W”來表示。當(dāng)產(chǎn)品同時具有兩種特征時，原則上應(yīng)按表4-1順序用兩個代號并列表示。

(4)額定容量。是指20h率額定容量，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，單位為安培·小時(A·h)，在型號中可略去不寫。

蓄電池容量通常以正極板的片數(shù)n來估算，每片標(biāo)準(zhǔn)正極板額定容量Cs 為15 Ah，則蓄電池額定容量C20 = Cs·n。 (5)特殊性能。在產(chǎn)品具有某些特殊性能時，可用相應(yīng)的代號加在型號末尾表示。如“G”表示薄型極板的高啟動率電池，“S”表示采用工程塑料外殼與熱封合工藝的蓄電池。

表4-1 蓄電池產(chǎn)品特征代號

例1：東風(fēng)EQ2102型越野汽車用6-QW-180型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為180A·h的啟動型免維護(hù)蓄電池。

例2：解放CQ1121J載貨汽車用6-QAW-180型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為180A·h的啟動型干荷電免維護(hù)蓄電池。

例3：北京BJ2020型吉普車用6-QA-60型蓄電池：表示由6個單格電池組成，額定電壓為12V，額定容量為60A·h的啟動型干荷電蓄電池。

四、鉛酸蓄電池工作原理

鉛酸蓄電池的充、放電是由正極板上的活性物質(zhì)二氧化鉛（PbO2）和負(fù)極板上的活性物質(zhì)海綿狀的純鉛（Pb）與電解液中的硫酸（H2SO4）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來完成的。

(一)電動勢的建立 當(dāng)正、負(fù)極板浸入電解液后，在單格蓄電池的正負(fù)極柱間產(chǎn)生電動勢。在正極板處，少量PbO2溶入電解液，與水（H2O）生成Pb（OH）4，再分解成四價鉛離子（Pb4+）和氫氧根離子（OH－）。即：

PbO2＋2H2O→Pb（OH）4 Pb（OH）4 Pb4+＋4OH－

Pb4+沉附于極板的表面，OH－留在電解液中，使正極板相對于電解液具有正電位。當(dāng)達(dá)到平衡時，約為＋2.0V。

在負(fù)極板處金屬鉛受到兩方面的作用，一方面它有溶解于電解液的傾向，因而有少量鉛進(jìn)入溶解，生成二價鉛離子（Pb），在極板上留下兩個電子（2e），使極板帶負(fù)電；另一

2＋

方面，由于正、負(fù)電荷的吸引，Pb有沉附于極板表面的傾向。當(dāng)兩者達(dá)到平衡時，溶解便

停止，負(fù)極板相對于電解液具有負(fù)電位，約為－0.1V。

因此，在外電路未接通，反應(yīng)達(dá)到相對平衡狀態(tài)時，蓄電池的電動勢為：

2.0－（－0.1）＝2.1V

這是單格蓄電池正負(fù)極間的電動勢，對于6個單格串聯(lián)而成的一塊蓄電池，則其電動勢為2.1×6＝12.6V。

(二)放電過程

將蓄電池的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的過程稱為放電過程，如圖4-2a所示。

2＋

圖4-2 蓄電池充放電過程

(a)放電過程 (b)放電終了 (c)充電過程

蓄電池接上負(fù)載，在電動勢的作用下，電流從正極經(jīng)過負(fù)載流向負(fù)極（即電子從負(fù)極流向正極），使正極電位降低，負(fù)極電位升高，破壞了原有的平衡。

電解液中H2SO4的電離過程為：H2SO4 2H＋＋SO4－

在正極板處，Pb4+與電子結(jié)合變成Pb2＋，Pb2＋與電解液中的硫酸根離子（SO4－）結(jié)合生

2

2

－

成PbSO4沉附于極板上，即：Pb4+ ＋2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO2→PbSO4。 4

－

在負(fù)極板處，Pb2＋與電解液中的SO2結(jié)合也生成PbSO4沉附于負(fù)極板上，而極板上的金4

－

屬鉛繼續(xù)溶解，生成Pb2＋和電子，即：Pb－2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO2→PbSO4。 4

在電解液中，H－和OH－結(jié)合生成水，即：4H－＋4OH－→2H2O。

如果電路不中斷，上述的化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，使正極板上的PbO2和負(fù)極板上的Pb都逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，電解液中的H2SO4含量逐漸減少而水含量增多，故電解液的相對密度下降。同時因PbSO4的導(dǎo)電性比PbO2和Pb差，隨其含量的逐漸增加其內(nèi)阻增大，使供電能力下降。

蓄電池在放電過程中總的化學(xué)反應(yīng)方程式為：PbO2＋2H2SO4＋Pb＝2PbSO4＋2H2O (三)充電過程

將電能轉(zhuǎn)換成蓄電池的化學(xué)能的過程稱為充電過程，如圖4-2c所示。充電時，蓄電池應(yīng)接直流電源，蓄電池的正極接電源正極，蓄電池負(fù)極接到電源負(fù)極。

當(dāng)電源電壓高于蓄電池的電動勢時，在電場力作用下，電流從蓄電池的正極流入，負(fù)極流出（即驅(qū)使電子從正極經(jīng)外電路流入負(fù)極）。這時在正負(fù)極發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)正好與放電過程相反。

在電場力的作用下，正、負(fù)極板上的硫酸鉛和電解液中的水均發(fā)生電離。即：

PbSO4 Pb＋SO2；H2O H＋OH 4

－

－

－

2＋

在正極板處，Pb2＋失去兩個電子2e變成Pb4＋，與電解液中的OH－結(jié)合生成Pb（OH）4。它又分解為PbO2和H2O，PbO2附著在正極板上，即：

Pb2＋－2e→Pb4+；Pb4+＋4OH－→Pb（OH）4；Pb（OH）4 PbO2＋H2O。

在負(fù)極板處，Pb2＋在電場力的作用下獲得兩個電子2e變成金屬鉛，并附著在負(fù)極板上。即：Pb2＋＋2e→Pb。

－－

在電解液中，H－和SO2結(jié)合生成PbSO4，即：2H－＋SO2→H2SO4。 44

可見，在充電過程中，正、負(fù)極板上的PbSO4將逐漸恢復(fù)為PbO2和Pb，電解液中的硫酸含量逐漸增多，水含量逐漸減少。當(dāng)PbSO4已基本還原成PbO2和Pb時，充電電流主要用來電解水，即2H2O→2H2↑＋O2↑，使正極冒出氧氣（O2），負(fù)極冒出氫氣（H2）。充電電流越大，則冒氣越多，極易使極板上的活性物質(zhì)脫落。故在充電末期，充電電流以小為宜。

蓄電池充電和放電過程是可逆的電化學(xué)反應(yīng)過程，內(nèi)部導(dǎo)電靠離子運(yùn)動實現(xiàn)。如略去