汽车电器与电子设备

蓄电池的功用汽车上蓄电池与发电机并联，共同向用电设备供电。蓄电池的作用：（1）发电机起动时，向发电机和点火系统供电。（2）发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。（3）当用电设备同时接入较多、发电机超载时，协助发电机供电。（4）蓄电池存电不足，而发电机负载又小时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来（充电）。1.1蓄电池的构造与型号蓄电池由若干个单格电池串联而成。单格电池：电压2V、一个单格。组成：极板组、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等。其结构如图1-1。1.1.1极板组1、正极板：活性物质（二氧化铅PbO2）呈深棕色，厚度2.2mm2、负极板：活性物质（海绵状纯铅Pb）呈青灰色，厚度1.8mm负极板比正极板多一片1.1.3壳体隔开正负极板特性：多孔性、以便电解液渗透、耐酸、抗氧化。材料：微孔橡胶、微孔塑料、木质、玻璃纤维、纸板。1.1.2隔板•用来盛放电解液和极板组。早期：硬橡胶现在：工程塑料（聚丙稀塑料）•底部：突起肋条（搁置极板、积存脱落的活性物质、防极板短路）加液孔、螺塞（通气孔）。1.1.4联条单格电池的串联方法：内部穿壁式连接：在间壁上打孔穿越传统外露式铅连接条连接：早期1.1.6电解液纯硫酸（相对密度为1.84）+蒸馏水比重一般为1.24-1.30冬季比重大，减少结冰的危险蓄电池的规格型号1－单格数2－用途Q－起动型3－极板类型4－20h放电率的额定容量5－特殊性能3－Q－75123451.2蓄电池的工作原理蓄电池的充、放电过程是一种可逆式电化学反应。一、铅蓄电池的放电过程（化学能→电能）PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O化学反应过程见图1-3a所示二、铅蓄电池的充电过程（电能→化学能）2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO4化学反应过程见图1-3b所示1.2.1放电过程正极板1.PbO2+2H2SO4→Pb+++++2SO4--+2H2O2.Pb+++++2e→Pb++（接通电路）3.Pb+++SO4--→PbSO4负极板1.Pb→Pb+++2e2.Pb+++SO4--→PbSO4（接通电路）PbO2+Pb+2H2SO4→2PbSO4+2H2O1.2.2充电过程正极板1.PbSO4↔Pb+++SO4--2.Pb++-2e→Pb++++3.Pb+++++2SO4--↔PbSO44.PbSO4+2H2O→PbO2+2H2SO4负极板1.PbSO4↔Pb+++SO4--2.Pb+++2e→Pb2PbSO4+2H2O→PbO2+Pb+2H2SO41.3蓄电池的工作特性1.3.1电动势和内阻静止电动势－蓄电池内部工作物质的运动处于暂时的平衡状态时，蓄电池的电动势。Ej=0.84+γ15℃γ15℃=γt+0.00075(t-15)γt：t℃时电解液的比重1.3.2蓄电池的充电特性恒流充电特性曲线见图1-5充电开始：铅蓄电池的电动势和端电压上升到2.3-2.4V，就会产生气泡。当上升到2.7V时，不再上升，硫酸增多，电解液密度增大。当上升到2.7V，活性物质已基本还原为PbO2和Pb。电解液“沸腾”“氢气和氧气”判断蓄电池充足电的现象1.端电压上升到最大值，且两小时内不再增加；2.电解液比重上升到最大值，且两小时内不再增加；3.蓄电池激烈地放出大量气泡，电解液沸腾。1.3.3蓄电池的放电特性恒流放电特性曲线见图1-6放电开始：端电压Uf从2.11V→2V快，电解液密度下降快。放电中期：Uf从2V→1.85V时间长，电解液密度下降慢。放电终期：Uf从1.85V→1.75V下降快。1.4蓄电池容量蓄电池容量——在放电允许的范围内输出的电量。Q=If*tfIf:放电电流Atf:放电持续时间h与放电电流的大小及电解液的温度有关标称容量——在一定的放电电流、一定的终止电压和一定的电解液温度下测得。标称容量有两种：额定容量、起动容量1.4.1额定容量即设计容量指完全充足电的蓄电池，在30℃时，以20h放电率的放电电流连续放电至单格电压降至1.75V时所输出的电量。Q20Ah20h放电率的放电电流——0.05Qe以3-Q-90为例说明如何检验蓄电池的质量？1.4.2起动容量表征蓄电池在发动机起动时的供电能力，由于起动容量受温度影响很大，分为常温和低温两种。1.常温：30℃、3Qe电流、1.5V、持续时间应在5min以上2.低温：-18℃、3Qe电流、1V、持续时间应在2.5min以上如何检验蓄电池的起动容量？储备容量蓄电池在25℃的条件下，以25A恒流放电至单格电压下降到1.75V时的放电时间。单位min。表达了在汽车充电系统失效的情况下，蓄电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A恒流的能力——仅靠蓄电池供电时，汽车所能运行的时间。1.4.3影响蓄电池容量的因素（一）产品结构因素1.极板的表面积越大、片数越多→参加反应的活性物质越多→容量越大2.极板越薄→电解液向极板内部的渗透越容易→活性物质的利用率越高→容量越大1.4.3影响蓄电池容量的因素（二）使用条件1、放电电流的影响：放电电流大，Uf下降快，容量小。接通起动机的时间不超过5s，两次起动时间要相隔15s以上。1.4.3影响蓄电池容量的因素2、电解液温度的影响：温度降低，容量减小。3、电解液比重的影响：提高——容量提高过高——容量减小实践证明：电解液比重较低时，有利于提高放电电流和容量1.5蓄电池的故障及其排除外部故障——壳体或盖子裂纹、封口胶干裂、极桩松动或腐蚀等内部故障——极板硫化、自行放电、极板短路、活性物质脱落1.5.1极板硫化蓄电池长期充电不足或放电后长时间放置未充电，极板上逐渐生成一层白色粗晶粒的PbSO4，在正常充电时，不能正常转化成PbO2和海绵状Pb，这种现象称“硫酸铅硬化”（硫化、白霜）。现象：“一充就热，稍放便无”1.5.1极板硫化产生硫化的原因：1.蓄电池长期充电不足或放电后未及时充电，当温度变化时，硫酸铅发生再结晶的结果。2.电池内液面太低，使极板上部与空气接触而强烈氧化（主要是负极板）。3.电解液比重过高或不纯，外部气温剧烈变化时也将促进硫化。1.5.1极板硫化产生硫化的原因：4.长期过量放电或小电流深度放电，使极板深处活性物质的孔隙内生成PbSO4，平时充电不易恢复。5.新蓄电池初充电不彻底，活性物质未得到充分还原。补救办法1.5.2自行放电充足电的蓄电池，放置不用会逐渐失去电量，这种现象为“自行放电”。（1）正负极板上活性物质自发溶解和还原而成为PbSO4。（2）极板上活性物质与栅架材料不同，形成局部电池“自放电”。（3）蓄电池长期放置不用，硫酸下沉，造成电解液上部、下部的浓度差异（上小下大），使同一块极板的上、下部分形成电位差而造成自放电。（4）电解液含杂质过多。（5）蓄电池内部短路。（6）蓄电池盖上洒有电解液。1.5.3极板短路原因：1.隔板破损使正、负极板直接接触；2.活性物质大量脱落，沉积后将正、负极板连通；3.极板组弯曲；4.导电物体落入池内。补救：更换破损的隔板；消除沉积的活性物质；校正或更换弯曲的极板组等。1.5.4活性物质脱落原因：1.正极板——放电过程中，电解液比重大，或低温大电流放电；2.负极板——大电流过充电；3.行驶中的颠簸振动。初充电初充电：新蓄电池或修复后的使用之前的首次充电目的：在于恢复蓄电池在存放期间，极板上部分活性物质缓慢硫化和自放电而失去的电量。特点：充电电流小，充电时间长。蓄电池充电规范见表1-6注入电解液后静置3-6h，第二阶段将充电电流减半。补充充电一般每月一次（1）当电解液相对密度降到1.15以下时；（2）冬天放电超过25%，夏天放电超过50%；（3）灯光比平时暗淡；（4）单格电池电压降到1.7V以下；（5）充电后，两个月未使用。充电总时间13-16h3、预防硫化过充电：平时充电电流将电池充足，中断1h，再用1/2电流充至“沸腾”，重复几次，至到刚接入，就“沸腾”。4、锻炼循环充电：每3月一次，在电池正常充足后，用20h放电率放完后，再正常充电后送出使用。1.6.2充电方法1、定电流充电充电电流保持一定不论6V、12V都可串联在一起。适用于：初充电、去硫化充电2、定电压充电电源电压U保持不变充电开始时，电流很大，逐渐减小，充电终了，自动降为0。充电时间短，不能调整充电电流的大小。适用于：补充充电3、脉冲快速充电充电设备：可控硅调压充电机初充电5h补充充电0.5-1.5h3、脉冲快速充电极化——在充电后期化学反应过程中，电池两极之间的电位差会高于两极活性物质的平衡电极电位（每单格2.1V）。产生极化的原因：欧姆极化：由内阻产生的电压降浓差极化电化学极化3、脉冲快速充电充电电流i:随时间按指数曲线而衰减i=I0e-xtI0：t=0时，蓄电池能接受的充电电流最大值x：衰变率常数x=I0/Q过程：正脉冲充电——前停充——负脉冲瞬间放电——后停充——再正脉冲充电前、后停充：消除欧姆极化负脉冲瞬间放电：消除电化学极化、浓差极化i0.8-1Qe1.5-3倍的反向电流前停后停脉宽t脉冲快速充电的电流波形怎样正确维护和使用蓄电池？1.要经常保持蓄电池的外部清洁，以防间接短路和电极接线柱腐蚀。2.要经常检查蓄电池在车上的安装是否牢靠，电极接线柱与接线头的连接是否紧固，为防治接线柱氧化，通常应涂以保护剂（比如黄油）。3.定期检查和调整各单格内电解液液面高度。液面高度在任何时候均应超出极板上缘10-15mm，不允许极板露出液面，以防极板硫化。当电解液因蒸发而减少时，应加注一定量的蒸馏水。怎样正确维护和使用蓄电池？4.根据不同季节及时间调整电解液密度。5.冬季补加蒸馏水时，只能在电池充电前进行。6.要经常检查加液孔盖是否拧紧，通气孔是否畅通。7.使用起动机时，每次起动时间不超过5s，两次起动之间的时间间隔应大于15s。8.对于车上使用的蓄电池，每月应拆下来进行一次补充充电，新、旧蓄电池不允许混装使用。2.1交流发电机的构造三相同步交流发电机+整流器（六只硅二极管构成三相桥式全波整流器）2.1.1转子——产生磁场两块爪极+磁场绕组+滑环+轴2.1.2定子——产生感应电动势，即产生交流电定子铁芯+三相定子绕组相临两相间绕组线圈的起端（或末端）相临两个槽（或8个槽），即三相绕组的各起端A、B、C分别放入1、3、5槽（或1、9、17槽）。即能保证三相绕组相临之间相差120°电角度。三相绕组的连接方法星形接法（Y）大多采用三角形接法（Δ）2.1.3整流器作用：将发电机定子绕组产生的三相交流电变换为直流电。组成：六只硅二极管负极管系：压装在发电机后端盖上，引线为负极，外壳为负极。正极管系：压装在散热板上，引线为正极，元件板为正极。2.1.4端盖和电刷总成电刷总成：两只电刷+电刷弹簧+电刷架端盖：铝合金（非导磁性材料）内搭铁：两电刷引线中一根与磁场接线柱“F”相连；另一根接搭铁“-”。外搭铁：两只电刷均与发电机绝缘2.2交流发电机的工作原理2.2.1发电原理三相绕组中电动势的瞬时值方程式为：频率相同，幅值相等，相位差120°电角度。2.2.2整流过程发电机输出直流的平均值U=1.35UUV=2.34UΦUUV：线电压有效值UΦ：相电压有效值2.2.3激磁方式他激：发电机低速运转，其电压还未达到蓄电池充电电压时，由蓄电池供给激磁绕组电流，以增强磁场，使电压很快上升自激：发电机高速运转，其电压已达到蓄电池充电电压时，利用定子绕组产生的经过整流的直流电供给激磁绕组1．他激在发动机起动期间，需要蓄电池供给发电机磁场电流生磁使发电机发电。这种供给磁场电流的方式称为他激发电。2．自激随着转速的提高，发电机的电动势逐渐升高并能对外输出，一般在发动机怠速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磁场绕组生磁发电，这种供