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      汽車電氣系統的組成與特點_汽車蓄電池的構造與識別

      作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2023/3/25

      汽車電氣系統的組成與特點

      汽車電氣系統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、經濟性、可靠性,安全性、舒適性以及排放等性能。汽車電氣系統是現代汽車發展水平的一個重要標志,其科技含量已成為衡量現代汽車檔次的重要指標之一。隨著科技的發展,集成電路和微型電子計算機在汽車上的廣泛應用,電器的數量在增加、功率在增大,產品的質量、性能在提高,結構更趨于完善。汽車維修材料工應了解和掌握電氣系統的構造、配件識別及原理,對其正確收發與保管是十分必要的。

      一、汽車電氣系統的組成

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

      1.電源系統

      電源系統包括蓄電池、發電機及其調節器。前兩者是并聯工作,發電機是主電源,蓄電池是輔助電源。發電機配有調節器的作用是在發電機轉速升高時,自動調節發電機的輸出電壓使之保持穩定。

      2.用電系統

      汽車上用電系統大致可分為以下幾類:

      (1)起動系:主要機件是啟動機,其任務是起動發動機。

      (2)點火系:它是汽油發動機的組成部分,包括電子點火系統或傳統點火系統的全部組件。其任務是產生高壓電火花,按發動機的工作順序點燃氣缸內的可燃混合氣。

      (3)照明系統:包括車內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。軍用車輛還增設了防空照明。

      (4)信號系統: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:主要指由微機控制的裝置,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、經濟性、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、低溫起動預熱裝置、空調器、收錄機、點煙器、防盜裝置、玻璃升降器、座椅調節器等。輔助電器有日益增多的趨勢,主要向舒適、娛樂、保障安全方面發展。

      3.檢測系統

      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、發動機轉速表和各種報警燈,用來監測發動機和其它裝置的工作情況。

      4.配電系統

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

      汽車電氣系統的組成

      汽車電子電氣系統組成 

      二、汽車電氣系統電系的特點

      汽車電氣系統具有以下四個特點:

       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。電器產品額定運行端電壓,對發電裝置12V電系為14V;對24V電系為28V。對用電設備電壓在0.9~1.25倍額定電壓范圍內變動時應能正常工作。

      2.直流

      汽車電系采用直流是因為起動發動機的啟動機,為直流串激式電動機,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備只用一根電線連接,而另一根導線則由金屬部分如車體、發動機等代替作為電器回路的接線方式,具有節省導線、簡化線路、方便安裝檢修、電器元件不需與車體絕緣等優點而得到廣泛采用。但在個別情況下,也采用雙線制。

      4.負極搭鐵

      采用單線制時,蓄電池的負極必須用導線接到車體上,稱為負極搭鐵,這是國家標準規定的,也是交流發電機正常工作的必要條件。

       

      負極搭鐵

       

       

       

      第二節 蓄電池的構造與識別

      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。蓄電池既能將化學能轉換為電能,也能將電能轉換為化學能。它的作用是:

      1.起動發動機時,供給起動機大電流,故稱為起動型蓄電池。

      2.在發電機不發電或電壓較低的情況下向用電設備供電。

      3.當用電設備短時間耗電超過發電機供電能力時,協助發電機向用電設備供電。 4.蓄電池存電不足,而發電機負載又較小時,它可將發電機的電能轉變為化學能儲存起來(即充電)。

      另外,蓄電池相當于一個大電容器,它可隨時將發電機產生的過電壓吸收掉,起到保護晶體管、延長其使用壽命的作用。

      (二)類型

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

      二、蓄電池的結構和識別

      鉛酸蓄電池的構造如圖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

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

      鉛酸電池的結構組成 

      圖4-1 干荷電蓄電池的結構,鉛酸電池的結構

      1-外殼 2-正極板 3-加液孔螺塞 4-電池蓋 5-負極柱 6-負極板組

       

      7-正極板組 8-隔板9-負極板 10-正極板

      2.隔板

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

      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.極柱與穿壁式聯條

      每個單格電池都有正、負兩個極柱,分別連接正、負極板組,連接正極板組的叫正極柱,連接負極板組的叫負極柱。正極柱接起動機開關接柱,負極柱接車架(接鐵)。

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

      三、蓄電池的型號標志

      根據原機械工業部標準JB2599-1985《鉛蓄電池產品型號編制方法》規定,蓄電池型號由三部分組成,各部分之間用破折號分開,其內容及排列如下:

      (1)串聯單格電池數。指一個整體殼體內所包含的單格電池數目,用阿拉伯數字表示。 (2)電池類型。根據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,僅在同類用途的產品具有某種特征,而在型號中又必須加以區別時采用。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)維護蓄電池,則用“無”字的第一個拼音字母“W”來表示。當產品同時具有兩種特征時,原則上應按表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,用阿拉伯數字表示,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n來估算,每片標準正極板額定容量Cs 為15 Ah,則蓄電池額定容量C20 = Cs·n。 (5)特殊性能。在產品具有某些特殊性能時,可用相應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 蓄電池產品特征代號

       

       

       

      例1:東風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二氧化鉛(PbO2)和負極板上的活性物質海綿狀的純鉛(Pb)與電解液中的硫酸(H2SO4)發生化學反應來完成的。

      (一)電動勢的建立 當正、負極板浸入電解液后,在單格蓄電池的正負極柱間產生電動勢。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。當達到平衡時,約為+2.0V。

      在負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),使極板帶負電;另一

      2+

      方面,由于正、負電荷的吸引,Pb有沉附于極板表面的傾向。當兩者達到平衡時,溶解便

       

      停止,負極板相對于電解液具有負電位,約為-0.1V。

      因此,在外電路未接通,反應達到相對平衡狀態時,蓄電池的電動勢為:

      2.0-(-0.1)=2.1V

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

      (二)放電過程

      將蓄電池的化學能轉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

      蓄電池接上負載,在電動勢的作用下,電流從正極經過負載流向負極(即電子從負極流向正極),使正極電位降低,負極電位升高,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+與電子結合變成Pb2+,Pb2+與電解液中的硫酸根離子(SO4-)結合生

      2

      2

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

      在負極板處,Pb2+與電解液中的SO2結合也生成PbSO4沉附于負極板上,而極板上的金4

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

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

      如果電路不中斷,上述的化學反應繼續進行,使正極板上的PbO2和負極板上的Pb都逐漸轉變為PbSO4,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的導電性比PbO2和Pb差,隨其含量的逐漸增加其內阻增大,使供電能力下降。

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

      將電能轉換成蓄電池的化學能的過程稱為充電過程,如圖4-2c所示。充電時,蓄電池應接直流電源,蓄電池的正極接電源正極,蓄電池負極接到電源負極。

      當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,負極流出(即驅使電子從正極經外電路流入負極)。這時在正負極發生的化學反應正好與放電過程相反。

      在電場力的作用下,正、負極板上的硫酸鉛和電解液中的水均發生電離。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,并附著在負極板上。即:Pb2++2e→Pb。

      --

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

      可見,在充電過程中,正、負極板上的PbSO4將逐漸恢復為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反應過程,內部導電靠離子運動實現。如略去

      鉛酸電池的化學反應方程式 

      Tags:汽車,電氣系統,汽車電路  
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