第2章汽车电气.pptx
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汽车电器与电子技术,第二章汽车供电系统,1,三亚学院,汽车供电系统是整车用电设备的电源,由蓄电池和发动机并联组成。
发动机工作时,有发动机带动发电机工作提供整车电能,并向蓄电池充电。
蓄电池主要是发动机起动时,给起动电动机供电,并提供点火系统供电。
蓄电池其它功用:
第二章汽车供电系统,1、发电机电压低或不发电(发动机怠速或停机)时向车载用电气设备供电。
2、汽车上同时使用的电气设备功率超过发电机功率时,辅助发电机供电。
3、将发电机多余的电能转化为化学能存储起来蓄电池充电。
4、防止电子设备受电路动态过程产生高电压冲击,也是电子设备的不间断电源。
要求:
蓄电池能够提供发动机起动时大电流工作。
发电机应在发动机速度变化范围内发出稳定电压供电。
2,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理第二节蓄电池的工作特性及使用与维护第三节新型蓄电池第四节交流发电机构造、工作原理及特性第五节交流发电机的调节器第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,第二章汽车供电系统,3,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,一、蓄电池的结构,车用蓄电池为:
铅锌酸性(硫酸)蓄电池。
可分为干式荷电蓄电池和免维护蓄电池。
干式荷电蓄电池:
极板在干燥环境下能够在较长时间(2年内)保持制造过程中所得电容量的蓄电池。
免维护蓄电池:
是指蓄电池能够在有效使用期(一般4年长者8年)内无需进行添加蒸馏水等维护工作的蓄电池。
4,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,5,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,正极板:
锌极板活性物质二氧化铅(PbO2)深棕色,负极板:
活性物质铅膏,活性铅(Pb)深灰色,隔板:
木质、微孔橡胶、微孔塑料。
耐酸性抗腐蚀。
极柱:
铜材,外部链接端头。
耐酸性抗腐蚀。
极板制作:
将制作好的极板置于酸性溶液中进行化成,一般充电1820小时而生成。
一片正极板和一片负极板浸入到硫酸溶液中,可以产生2V电压。
12V、24V?
极板组装:
正负极板相互嵌合中间用隔板隔开组装于存有硫酸溶液的容器中,就构成单格电池。
每个单格电池的正极板比负极板少一片。
极板组装:
每个单格电池的正极板比负极板少一片?
使得正极板能够两面放电均匀,单面放电容易使得极板变形,易引起二氧化铅脱落。
电极厚1.11.5mm。
6,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,隔板:
干式用微孔塑料,免维护用聚氯乙烯袋制作。
袋式隔板:
保留脱落物质,防止极板间短路,可以取消壳体底部肋条,使得极板上部容积增大,增大电解液存量。
7,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,3、电解液:
作用使极板活性物质发生溶解电离,产生化学反应。
铅锌电池的电解液为纯硫酸与蒸馏水按比例配制,密度为1.241.30。
电解液纯度会影响蓄电池电气性能和使用寿命。
普通工业硫酸和水含有铜铁等其它导电杂质,会加速电池自放电速度,故不能用于铅锌蓄电池。
其它种类电池的电解液是不同的,例如磷酸铁锂电池的专用电解液。
一般是有有机溶剂和电解质(锂盐)组成,锂离子电池一般采用极性非质子溶剂,现阶段广泛应用的为碳酸酯系列(包括环状碳酸酯如EC和PC和链状碳酸酯如DMC、EMC)。
通常电解液溶剂为混合溶剂,碳酸乙烯酯(EC)凭借优良的成膜作用,成为绝大多数电解液的主成分,目前锂电池使用的主要溶剂为EC为基础的二元或者三元混合溶剂,如EC+DMC碳酸二甲酯,EC+DEC,EC+DMC+EMC等。
电解质是锂电电解液必不可少的组成部分,目前电解质有高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LIBF4)等,其中六氟磷酸锂具有良好的导电性和电化学稳定性,是目前主流的电解质。
但六氟磷酸锂也存在两个缺陷:
第一、热稳定性不佳;第二、对水分和氢氟酸(HF)敏感,容易发生分解反应。
虽然人们在努力寻找新的电解质,以期达到导电性、热稳定以及抗水性的较好结合,但目前为止仍未找到完全替代六氟磷酸锂的电解质。
电解液中还可以少量添加某些添加剂,来提高某些方面的性能。
添加剂种类很多,可根据电池用途加以选择使用。
EMC:
Ethylenemethylcarbonate碳酸甲基乙烯酯,8,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,壳体:
用于盛放电解液和极板组。
壳体:
由电池槽和电池盖组成。
壳体:
隔成3个或6个互不相通的单格,底部的凸棱可以搁置极板组。
凸棱间的凹槽可以收集工作过程中的脱落物质,避免引起极板之间短路。
聚丙烯制作。
单格极板组之间采用铅质连接条连接。
蓄电池盖设有通气孔,以便排放充电过程中产生的气体。
9,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,蓄电池装配,10,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理免维护蓄电池指示器,11,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,二、蓄电池工作原理,化学反应过程,+2e,-2e,+2e,-2e,蓄电池是能够将电能转化为化学能(充电),又能把化学能转变成电能(放电)的器件。
核心部件是极板活性物质和电解液,充电与放电都是通过极板活性物质与电解液的化学反应实现的。
正极活性物质为二氧化铅,负极活性物质为海绵状铅。
电解液是硫酸。
12,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,蓄电池型号:
由四部分组成,数字量,数字量Ah,汉语拼音字母,特征代号,13,三亚学院,一、蓄电池的工作特性,第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,1、静止电动势,2、内阻,3、充放电特性和容量。
1、静止电动势Ej:
t=1.23,t=10oC,t=30oC时,Ej=0.84+25oC=0.84+1.23+0.00075(10-25)=2.06V,14,三亚学院,2、内阻,第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,内阻由以下几部分电阻构成:
极板电阻、隔板电阻、电解液电阻、串联单格连条电阻。
极板电阻:
极板电阻会随充电和放电程度不同改变。
满充电电阻低,放完电电阻高。
隔板电阻:
隔板材料、多孔性等因素相关。
电解液电阻:
与电解液温度(高低低高)、密度有关。
密度太高太低都不合适,1.208g/cm2最佳。
连条电阻:
与连条使用材料连接形式有关。
15,三亚学院,第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,3、电池放电特性,用20小时放电容量定义。
If=0.05C20,16,三亚学院,第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,衡量放电终了的方法:
1)、电解液密度下降1.11g/cm2,2)、单格电池降至终止电压(20h放电率,单格终止电压为1.75V).,表2-2放电电流与终止电压的关系,17,三亚学院,4、蓄电池的充电特性,第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,外加电压:
Ux=E+ICRQ,蓄电池电压上升至最大值,单格电池2.7V,且2小时内不变。
电解液密度最大值,2小时不变。
电解液大量冒气泡。
18,三亚学院,第一节蓄电池的构造及工作原理,表2-2放电电流与终止电压的关系,5、蓄电池容量,储备量与额定容量有如下换算关系,19,三亚学院,表2-2放电电流与终止电压的关系,二、蓄电池使用与维护,1、正确使用注意点:
1)、正确使用起动机35s,2)、定期补充充电。
3)、在汽车上安装牢固。
4)、新蓄电池使用之前需要选择电解液的相对密度。
1)、检查有无电解液渗出,擦去渗出的电解液。
2)、检查是否安装牢固,及时固定。
3)、擦出外部灰尘,泥土、污垢。
4)、检查孔盖或螺塞上的气孔是否通畅。
5)、定期调整电解液密度和高液面度。
2、蓄电池的维护:
汽车行驶6000km7000km或用3045天。
第二节蓄电池的工作特性及使用与维护,20,三亚学院,第三节新型蓄电池,其化学反应过程为,新型蓄电池:
钠硫电池、燃料电池、锌空气电池、镉镍电池、磷酸铁锂电池,1、钠硫电池,放电时阴极,总的反应,阳极:
熔融的硫,阴极:
熔融的钠,电解液:
氧化铝固体电解液,主要优点:
放电量等于充电量。
主要缺点:
寿命短,工作温度高。
比能量600w.h/kg,21,三亚学院,第三节新型蓄电池,其化学反应过程为,放电时正极反应吸收电子,1、氢氧燃料电池电池,阳极:
多空银电极、或镉电极,放电时负极反应释放电子,放电的总反应,优点:
不用充电,无污染,比能量大,是铅锌硫酸电池的47倍;缺点:
需用贵金属做催化剂,成本高。
200300w.h/kg,22,三亚学院,第三节新型蓄电池,正极放电过程为:
蓄电池的总反应式为;,3、锌空气电池,比能量:
150400w.h/kg,正极:
薄金属网集电器、活性层组成薄空气电极。
负极:
纯锌组成。
负极放电过程为:
优点:
放电电压稳定:
1.01.2V,无污染。
缺点:
工作过程要求清楚空气中的二氧化碳,放电电流有限制。
23,三亚学院,第三节新型蓄电池,蓄电池的总反应式为;,4、镉镍电池,比能量:
150400w.h/kg,正极:
活性物质氢氧化镍NiOH,极板由钢制骨架嵌入钢管制成。
负极:
海绵状镉。
电解液氢氧化钾KOH或氢氧化钠Na(OH)2,负极放电过程Cd释放2eCd(OH)2,正极放电过程Ni(OH)3吸收放2eNi(OH)2,放电过程为:
优点:
放电电流大,寿命长57硫酸铅锌电池。
但成本高。
24,三亚学院,长寿命硫酸铅新电池的循环寿命在300次左右,最高也就500次。
大容量:
具有比普通电池(铅酸等)更大的容量。
5AH-1000AH(单体)。
重量轻:
同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2/3,重量是铅酸电池的1/3。
高温性能好:
磷酸铁锂电热峰值可达350-500而锰酸锂和钴酸锂只在200左右。
工作温度:
宽广(-20C-+75C),有耐高温特性磷酸铁锂电热峰值可达350-500而锰酸锂和钴酸锂只在200左右。
5、磷酸铁锂电池,第三节新型蓄电池,25,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,一、交流发电机的构造,26,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,27,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,1、转子结构,28,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,2、定子与三相绕组的连接,29,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,2、定子:
定子展开图,30,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,3、整流器:
三相交流转变成直流电,采用三相桥式整流电路。
31,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,3、整流器:
安装图采用三相桥式整流电路。
32,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,4、端盖与电刷组件:
电刷:
励磁绕组与激励直流电源连接。
33,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,图2-21交流发电机的搭铁形式a)内搭铁型交流发电机b)外搭铁型交流发电机。
5、发电机绕组的两种连接形式,34,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,图2-23交流发电机的工作原理a)汽车交流发电机电路b)感应电动势输出波形三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为。
二、交流发电机的型号见图2-22,表24、5,三、交流发电机的工作原理,1、电动势产生,35,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,交流发电机感应电动势输出波形三相绕组中交流电动势瞬时值的表达式为:
感应电动势的大小:
E=4.44KfN=Cen,调整方法:
改变,即就是励磁电流,改变n,即就是改变转速。
36,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,三相绕组两种连接(星形、三角形)的电压电流关系,37,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,2、整流原理,38,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,2、整流原理,U=1.35Ul=2.34U,输出电压U=1.35Ul=2.34U,39,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,中性点直流电压,40,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,四、交流发电机的特性。
1、交流发电机的输出特性。
I=f(n)也称输出电流特性。
1)、转速较低(n1)才能输出电流,空载转速是选择发电机与发动机转速比的依据。
2)、转速在(n2nn1)I随着n的升高而快速升高。
达到n2时,发电机输出额定功率。
3)、转速高于n2,I不随着n的升高而升高。
n2定义为额定转速。
激磁电流增大,使得磁场趋于饱和所以电压不再升高,电流也趋于恒定。
41,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,2、空载输出特性。
u=f(n)。
空载特性是检验硅整流发电机充电性能的依据。
从空载特性可以看出低速时,由蓄电池给发电机提供激磁电流,速度上升,输出电压升高,压电机发出电能励磁,电压快速上升。
42,三亚学院,第四节交流发电机构造、工作原理及特性,3、交流发电机的外特性。
u=f(I)。
发电机的端电压与输出电流的关系称为发电机的外特性。
当输出电压下降达到较低值时,励磁电流下降,所以出现输出电流降低的情况。
发电机高速运行时应尽量避免电机负载突变,以免造成输出电压过高。
43,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,式中:
忽略发电机内阻电压降,就有,一、交流发电机调节器的作用,由于汽车发电机是以固定的传动比由发动机带动的,发动机的转速随着汽车行驶速度而变化,所以发电机的转速也是变化不定的,所以需要电压调节器,调整励磁电流或相应的稳压器,保证直流供电的稳定。
44,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,二、电压调节原理与调节方法,调节励磁电流改变电机磁场强度的调节方式:
励磁电流增加,增大,输出电压升高,励磁电流减小,减小,输出电压降低。
U2为上限跟随电压,U1为下限跟随电压。
45,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,二、电子调节器的型号与分类,分类:
结构分立元件,集成元件构成。
按搭铁:
内搭铁、外搭铁;,型号:
46,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,四、电子调节器工作过程,1、电路的基本组成。
1)、分压电路。
2)、第一级开关电路。
由VS、VT1组成,3)、第二级开关电路。
由VT2组成,2、调节器具体工作过程:
1)当闭合点火开关SW时;2)、当发电机输出电压高于蓄电池电压但低于调节器跟随电压时,VS,VT1截止。
47,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,四、电子调节器工作过程,1、电路的基本组成。
1)、分压电路。
2、调节器具体工作过程:
3)当发电机输出电压高于蓄电池电压且高于调节器跟随电压U2时,VS,VT1导通。
VT2截止。
2、调节器具体工作过程:
4)当发电机输出电压高于蓄电池电压且下降调节器跟随电压U1时,VS,VT1截止。
VT2导通。
48,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,电路结构与内搭铁调节器基本相同,原理基本一致。
49,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,电子调节器的励磁电流调节特性:
励磁电压为发电机输出电压,当发动机转速高于额定转速以上时,基本保持恒定,通过调节励磁电流保持输出电压恒定。
50,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,五、调节器信号电压取样方式,蓄电池取样:
R1,R2,发电机整流输出取样:
R1,R2,51,三亚学院,第五节交流发电机的调节器,提供励磁电流,提供工作电源和电池充电。
全波整流,全波整流,全波:
U=1.35Ul=2.34U,半波:
U=1.17U中心接“地”,52,三亚学院,第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断,一、交流发电机与调节器的正确使用,1、发电机输出与蓄电池的输出均应负极搭铁。
3、一旦发现发电机不发电,或输出电流较小时,要求及时检查故障,排查故障。
2、不能用短接发电机B、E端子检测发电机是否发电。
4、当六只整流二极管与电子绕组连接以后,不能用220V的电压等级检验交流发电机的绝缘状况,否则会损坏二极管。
5、调节器与交流发电机的搭铁形式,电压等级一致。
6、交流发电机的功率,不能超过调节器所能匹配的功率。
7、汽车停止行驶时,应及时断开点火开关,避免蓄电池经励磁绕组无谓的放电。
53,三亚学院,第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断,二、充电系统常见故障及其诊断,1、不充电(指示灯不亮),2、不充电(指示灯亮),3、充电电流过小,4、充电电流过大,5、充电电流不稳定,54,三亚学院,第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断,二、充电系统常见故障及其诊断,1、不充电(指示灯不亮),3、充电电流过小,2、不充电(指示灯亮),原因:
充电电路、发电机、调节器、充电指示灯损坏。
检查:
电池与发电机输出电路之间的连接、测量励磁回路,检查励磁电压,发电机输出电压。
原因:
充电电路、发电机、调节器,发电机机械故障。
检查:
电池与发电机输出电路之间的连接、测量励磁回路,检查励磁电压,发电机输出电压。
机械安装松动,皮带松动。
原因:
充电电路、发电机输出电压低(皮带打滑等、磁场绕组局部短路)、调节器电子元件老化。
检查:
发电机输出电压,电池与发电机输出电路之间的连接、测量励磁回路,检查励磁电压。
55,三亚学院,第六节交流发电机充电系统的使用与故障诊断,二、充电系统常见故障及其诊断,4、充电电流过大,5、充电电流不稳定,原因:
发电机输出电压高、调节器电子元件短路、线路连接有误。
检查:
检查励磁电压,电子调节器的开关管。
原因:
发电机电压不稳定(碳刷接触不良、连线松动、整流滤波电容连接松动、皮带松动打滑)、调节器(元件松动、搭铁不良)。
检查:
发电机输出电压,机械安装松动,皮带松动,调节器搭铁连接,元件连接。
56,三亚学院,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,改变电压等级原因及途径,1、为了适应现代汽车的电气设备不断增加,电压等级不断更新的需要。
2、为了能够供给电气设备更大的功率。
3、单电压系统造价较高,不利于降低制造成本。
途径:
1、双交流发电机系统。
2、单42V交流发电机与DC/DC变换系统。
(1)蓄电池与DC/DC车载电器系统。
(2)42V集成式的ISA/ISG车载电器系统。
57,三亚学院,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,1双交流发电机系统,优点:
造价较低,系统简单;但需要双电池,体积大,布线不太方便。
58,三亚学院,2单42V交流发电机系统,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,优点:
交流发电机、直流起动电机集成一体(由微机控制),便于布置。
集成度大,电气系统技术含量高,要求具有高素质的维修技术人才。
59,三亚学院,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,60,三亚学院,3蓄电池组与DCDC变换器的车载电气系统,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,61,三亚学院,442V集成式ISAISG装置,第七节42V及14V42V双电压汽车电气系统简介,ISA:
IndustrialStandardArchitecture工业标准结构总线,ISG:
Integratedstartergenerator汽车起动发电一体机,62,三亚学院,思考题与习题2.1汽车用蓄电池的功用有哪些?
其主要功用是什么?
对汽车用蓄电池有何要求?
2.2铅酸蓄电池的主要组成部件及其功用是什么?
2.3蓄电池的电动势如何建立?
充电和放电时蓄电池极板及电解液有何变化?
2.4什么是蓄电池的充电和放电?
在充放电过程中,蓄电池内部物质如何变化?
习题与思考题,63,三亚学院,习题与练习,2-1、2-4、2-6、2-7、2-11,习题与思考题,64,三亚学院,习题与思考题,65,三亚学院,习题与思考题,66,三亚学院,其他类型的蓄电池,67,三亚学院,其他类型的蓄电池,68,三亚学院,其他类型的蓄电池,69,三亚学院,其他类型的蓄电池,70,三亚学院,其他类型的蓄电池,71,三亚学院,习题与思考题,72,三亚学院,习题与思考题,73,三亚学院,74,三亚学院,
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