第2章汽車供電系統汽車供電系統的功用是向車載各用電設備提供電能，由蓄電池與發電機并聯組成。發動機工作時，由發動機帶動發電機向汽車用電設備提供電能，并向蓄電池充電。

蓄電池的功用1.發動機啟動時，向啟動機和點火系統供電2.發動機低速運轉時，向用電設備和發電機磁場繞組供電。3.發動機運轉時，將發電機剩余電能轉化為化學能儲存起來；4.發電機過載時，協助發電機向用電設備供電5.蓄電池相當于一個大電容器，能吸收電路中出現的瞬時過電壓，保護電子元件，保持汽車電器系統電壓穩定。對蓄電池的要求啟動發動機時，蓄電池在5～10S內，要向啟動機連續供給強大電流（汽油機200～600A，柴油機800～1000A）。因此，對蓄電池的要求是：容量大、內阻小、有足夠的啟動能力。能滿足發動機起動需要的蓄電池被稱之為起動型蓄電池，汽車上使用的就是起動型蓄電池。

對發電機的要求(1)由于發動機工作時的轉速變化范圍很大，要求發電機在發動機轉速變化范圍內都能正常發電且電壓穩定，以滿足用電設備的用電需求；(2)要求發電機的體積小、重量輕、故障率低、發電效率高、充電性能良好、維護方便或少維護、使用壽命長等，以確保汽車使用性能要求。

2.1蓄電池的構造及工作原理2.1.1蓄電池的構造蓄電池是一種可逆的低壓直流電源，既能將化學能轉換為電能，也能將電能轉換為化學能。汽車起動用鉛酸蓄電池(簡稱蓄電池)按性能可分為干式荷電蓄電池和免維護蓄電池兩類。

蓄電池的基本構造圖1、

極板與極板組極板：是蓄電池的基本部件，由它接受充入的電能和向外釋放電能。極板分正極板和負極板兩種。正極板上的活性物質是二氧化鉛，呈棕紅色；負極板上的活性物質是海綿狀純鉛，呈青灰色。

為了增大蓄電池的容量，將多片正極板和負極板各自用橫板焊接并聯起來，組成正極板組和負極板組。一個12V的蓄電池就需用6個單格電池串聯而成，如右圖，12V電系汽車選用一只電池，24V電系汽車選用兩只電池。

2.2.2蓄電池的使用與維護

1、蓄電池的正確使用（1）正確使用起動機；（2）定期補充充電；（3）安裝固定牢靠；（4）新蓄電池首次使用之前，需要合理選擇電解液相對密度。

2、蓄電池的維護1.檢查蓄電池外殼表面有無電解液漏出或滲出，擦去電池蓋上的電解液；2.檢查蓄電池在車上安裝是否牢靠，導線接頭與極柱的連接是否緊固；3.經常性的清除蓄電池蓋上的灰塵、泥土和酸垢，清除極柱和導線接頭上的氧化物；4.檢查加液孔蓋或螺塞上的通氣孔是否暢通；5.定期檢查并調整電解液的密度及液面高度。2.3新型蓄電池鈉硫電池燃料電池鋅-空氣電池鎘-鎳電池

1、

鈉硫電池在鈉硫電池中，陰極的反應物質是溶融的鈉，陽極反應物質是帶有一定導電物質的硫，電解質為β-氧化鋁（NaAl11O7）固體電解質，它既是絕緣體，又能自由傳導鈉離子。鈉硫電池的工作原理

這種電池理論上的比能量可達660Wh/kg，效率可達100％（即放電量等于充電量），且充電時間短、無污染、原材料豐富，缺點是硫化鈉易燃燒、工作溫度高(高達250~300℃)、使用壽命短。

2、

燃料電池燃料電池由燃料(氫、煤氣、天然氣等)、氧化劑(氧氣、空氣、氯氣)、電極(多孔燒結鎳電極、多孔銀電極等)和電解質KOH溶液等組成，利用燃料的氧化反應，將化學能直接轉變為電能，只要不斷地加入燃料和氧氣，就會不斷地產生電能，故稱燃料電池。氫-氧燃料電池是一種最普通的燃料電池，先把燃料轉化為氫氣，然后與氧氣分別在電池的兩極發生氧化和還原反應，從而產生電能。燃料電池的比能量已經達到200~350Wh/kg，為鉛蓄電池的4~7倍，且不需充電，只要不斷供應燃料就可繼續使用，因此適合作為電動汽車的動力源。其缺點是需要貴重金屬作催化劑，成本高，且燃料的貯藏和運輸都有一定困難，因此有待進一步解決。

氫氧燃料電池結構示意圖

3、

鋅-空氣電池鋅-空氣電池的比能量可達150～400Wh／kg，正極板是由金屬網集電器、活性層等組成的薄空氣電極，負極板由純鋅組成，電解液為氫氧化鉀水溶液。化學反應過程鋅-空氣電池具有放電電壓穩定、無污染等優點。但工作時用于清除空氣中的二氧化碳、濾清、通風等需要消耗一定能量，還要限制放電電流等缺點，尚需進一步研究解決。

4、

鎘-鎳電池鎘鎳電池正極板的活性物質是氫氧化鎳Ni（OH）和片狀純鎳的混合物，混合純鎳的目的是增強導電能力。負極板的活性物質是海綿狀鎘，為增強其導電能力和化學活性，將5％~6％的水銀與其混合。電解液為化學純凈的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液。鎘鎳電池充放電時的化學反應與相同特性的鉛蓄電池相比，鎘鎳電池的體積小30％、質量輕35%左右，可以輸出幾百安培的電流。試驗證明，鎘鎳電池的起動性能良好，使用壽命為鉛蓄電池的5~7倍。其缺點是成本價格比相同容量的鉛蓄電池要貴3~4倍。

2.4交流發電機構造、工作原理及特性發電機是汽車的主要電源，其功用是在發動機正常運轉時（怠速以上），向所有用電設備（起動機除外）供電，同時向蓄電池充電。汽車用發電機可分為直流發電機和交流發電機，由于交流發電機在許多方面優于直流發電機，直流發電機已被淘汰，目前所有汽車均采用交流發電機。2.4.1交流發電機的構造交流發電機一般由轉子、定子、整流器、端蓋四部分組成。交流發電機基本零部件組成與整體結構如下圖所示。

整體式交流發電機零部件組成

1—抗干擾電容器2—集成電路調節器與電刷組件總成3—電刷端蓋4—整流器總成5—轉子總成6—定子總成7—驅動端蓋8—風扇9—驅動帶輪2.5交流發電機的調節器交流發電機調節器是把交流發電機的輸出電壓控制在規定范圍內的控制裝置，又稱為電壓調節器，簡稱調節器。汽車采用的調節器有觸點式和電子式兩大類。觸點式調節器存在體積大、結構復雜、觸點振動頻率低、觸點易燒蝕及故障率高等缺點，故因不適應現代汽車對電源系統的要求已被淘汰，本節只介紹電子調節器。

2.5.1交流發電機調節器的作用從發電機各電樞繞組電動勢與發動機的轉速和磁極的磁通成正比可推出：

發電機輸出電壓必然隨轉速的變化而變化。汽車用交流發電機工作時其轉速很不穩定且變化范圍很大，若對發電機不加以調節，其端電壓將隨發動機轉速的變化而變化，這與汽車用電設備要求電壓恒定相矛盾。交流發電機調節器的作用就是當發動機轉速變化時，自動對發電機的電壓進行調節，使發電機的電壓穩定，以滿足汽車用電設備的要求。2.5.2電壓調節原理與調節方法調節器的調節原理就是：通過調節磁場電流使磁極磁通改變來使發電機輸出電壓保持恒定。汽車用發電機電壓調節器電壓調節的方法如下圖a所示。當發電機的電壓達設定的上限值U2時，調節器動作，使磁場繞組的勵磁電流If下降或斷流，從而減弱磁極磁通量，致使發電機電壓下降；當發電機電壓下降至設定的下限值U1時，調節器又動作，使If增大，磁通量加強，發電機電壓又上升。

2.5.5調節器信號電壓取樣方式

集成電路電壓調節器根據電壓信號輸入的方式不同，可分為：

1.蓄電池電壓檢測方式

2.發電機電壓檢測方式思考題與習題1.汽車用蓄電池的功用有哪些，其主要功用是什么，對汽車用蓄電池有何要求?2.鉛酸蓄電池的主要組成部件及其功用是什么?3.蓄電池的電動勢如何建立?充電和放電時蓄電池極板及電解液有何變化?4.什么是蓄電池的充電和放電?在充放電過程中，蓄電池內部物質如何變化?5.什么是蓄電池的額定容量和儲備容量?6.為什么工業用硫酸和普通水不能用于蓄電池?7.如何正確使用與維護蓄電池才能提高其容量及使用壽命。8.汽車交流發電機的功用是什么?由哪幾部分組成?各起什么作用?9.何謂交流