【汽車電氣系統】汽車電氣系統有何特點 汽車電氣系統的組成

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。

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。

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。

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。

(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。

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（Pb2＋），在極板上留下兩個電子（2e），使極板帶負電；另一方面，由于正、負電荷的吸引，Pb2＋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。

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：H2SO42H＋＋SO－

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（SO－）結合生成PbSO4沉附于極板上，即：Pb4 ＋2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO－→PbSO4。

在負極板處，Pb2＋與電解液中的SO－結合也生成PbSO4沉附于負極板上，而極板上的金屬鉛繼續溶解，生成Pb2＋和電子，即：Pb－2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO－→PbSO4。

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：

PbSO4Pb2＋＋SO－；H2OH－＋OH－

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）4PbO2＋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SO－結合生成PbSO4，即：2H－＋SO－→H2SO4。

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。如略去中間的化學反應過程可用下式表示：

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