汽车电气系统的组成与特点

汽车电气系统是汽车的重要组成部分之一，其性能好坏直接影响汽车的动力性、经济性、可靠性，安全性、舒适性以及排放等性能。汽车电气系统是现代汽车发展水平的一个重要标志，其科技含量已成为衡量现代汽车档次的重要指标之一。随着科技的发展，集成电路和微型电子计算机在汽车上的广泛应用，电器的数量在增加、功率在增大，产品的质量、性能在提高，结构更趋于完善。汽车维修材料工应了解和掌握电气系统的构造、配件识别及原理，对其正确收发与保管是十分必要的。

一、汽车电气系统的组成

现代汽车所装备的电气系统，按其用途可大致归纳并划分为下面四部分：  

1．电源系统

电源系统包括蓄电池、发电机及其调节器。前两者是并联工作，发电机是主电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器的作用是在发电机转速升高时，自动调节发电机的输出电压使之保持稳定。

2．用电系统

汽车上用电系统大致可分为以下几类：

(1)起动系：主要机件是启动机，其任务是起动发动机。

(2)点火系：它是汽油发动机的组成部分，包括电子点火系统或传统点火系统的全部组件。其任务是产生高压电火花，按发动机的工作顺序点燃气缸内的可燃混合气。

(3)照明系统：包括车内外各种照明灯以及保证夜间安全行车所必须的灯光，其中以前照明灯最为重要。军用车辆还增设了防空照明。

(4)信号系统：包括电喇叭、蜂鸣器、闪光器及各种信号灯等，主要用来保证安全行车所必要的信号。

(5)电子控制系统：主要指由微机控制的装置，包括：电子控制点火装置、电子控制燃油喷射装置、电子控制防抱死制动装置、电子控制自动变速装置等，分别用来提高汽车的动力性、经济性、安全性、排气净化和操纵自动化等性能。

(6)辅助电器：包括电动刮水器、低温起动预热装置、空调器、收录机、点烟器、防盗装置、玻璃升降器、座椅调节器等。辅助电器有日益增多的趋势，主要向舒适、娱乐、保障安全方面发展。

3．检测系统

包括各种检测仪表如电压表、电流表、水温表、油压表、燃油表、车速里程表、发动机转速表和各种报警灯，用来监测发动机和其它装置的工作情况。

4．配电系统

配电系统包括中央接线盒、电路开关、保险装置、插接件和导线等，以保证线路工作的可靠性和安全性。

二、汽车电气系统电系的特点

汽车电气系统具有以下四个特点：

 1．低压

汽车电系的额定电压有12伏（V）、24V两种，汽油车普遍采用12V电系，而柴油车多采用24V电系。电器产品额定运行端电压，对发电装置12V电系为14V；对24V电系为28V。对用电设备电压在0.9～1.25倍额定电压范围内变动时应能正常工作。

2．直流

汽车电系采用直流是因为起动发动机的启动机，为直流串激式电动机，其工作时必须

由蓄电池供电，而蓄电池消耗电能后又必须用直流电来充电。

3．单线制

是指从电源到用电设备只用一根电线连接，而另一根导线则由金属部分如车体、发动机等代替作为电器回路的接线方式，具有节省导线、简化线路、方便安装检修、电器元件不需与车体绝缘等优点而得到广泛采用。但在个别情况下，也采用双线制。

4．负极搭铁

采用单线制时，蓄电池的负极必须用导线接到车体上，称为负极搭铁，这是国家标准规定的，也是交流发电机正常工作的必要条件。

第二节 蓄电池的构造与识别

一、蓄电池的与类型

（一）功用

蓄电池是一种可逆的低压直流电源，是汽车电源的重要组成部分。蓄电池既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能。它的作用是：

1．起动发动机时，供给起动机大电流，故称为起动型蓄电池。

2．在发电机不发电或电压较低的情况下向用电设备供电。

3．当用电设备短时间耗电超过发电机供电能力时，协助发电机向用电设备供电。 4．蓄电池存电不足，而发电机负载又较小时，它可将发电机的电能转变为化学能储存起来(即充电)。

另外，蓄电池相当于一个大电容器，它可随时将发电机产生的过电压吸收掉，起到保护晶体管、延长其使用寿命的作用。

（二）类型

按其外部结构可分为：橡胶槽和塑料槽蓄电池。按其性能可分为：湿荷电、干荷电和免维护蓄电池等。目前汽车上广泛采用干荷电、免维护塑料槽的铅酸蓄电池。

二、蓄电池的结构和识别

铅酸蓄电池的构造如图4-1所示。它主要有极板、隔板、电解液和外壳等部分组成。 1．极板

极板分正极板和负极板，每片极板均由栅架和活性物质构成。制成正极板上的活性物质为二氧化铅，呈棕红色；负极板上的活性物质为海绵状纯铅，呈青灰色。为了增大蓄电池的容量，需要把正、负极板分别焊成极板组，且负极板组比正极板组多一片。

图4-1 干荷电蓄电池的结构，铅酸电池的结构

1-外壳 2-正极板 3-加液孔螺塞 4-电池盖 5-负极柱 6-负极板组

7-正极板组 8-隔板9-负极板 10-正极板

2．隔板

隔板通常用木质、微孔橡胶、微孔塑料或玻璃纤维制成。隔板安装在正负极板之间，防止正负极板相碰而短路。隔板一面制有沟槽，装配时有沟槽面应竖直面向正极板。

3．电解液 电解液由纯净硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。其密度大小可用密度计测量，一般为1.23～1.30g／cm3之间。

4．外壳

蓄电池外壳用橡胶或塑料制成整体，用以储存电解液和支承极板。相邻两单格之间有隔壁，把每个外壳分成三个或六个单格。

5．极柱与穿壁式联条

每个单格电池都有正、负两个极柱，分别连接正、负极板组，连接正极板组的叫正极柱，连接负极板组的叫负极柱。正极柱接起动机开关接柱，负极柱接车架(接铁)。

穿壁式联条用来连接相邻单格电池的正、负极柱，使单格电池相互串联成多伏的电池。如一只12V的蓄电池由6个单格电池串联而成。

三、蓄电池的型号标志

根据原机械工业部标准JB2599-1985《铅蓄电池产品型号编制方法》规定，蓄电池型号由三部分组成，各部分之间用破折号分开，其内容及排列如下：

(1)串联单格电池数。指一个整体壳体内所包含的单格电池数目，用阿拉伯数字表示。 (2)电池类型。根据蓄电池主要用途划分。启动型蓄电池用“Q”表示，代号“Q”是汉字“起”的第一个拼音字母。

(3)电池特征。为附加部分，仅在同类用途的产品具有某种特征，而在型号中又必须加以区别时采用。如用干荷电蓄电池，则用汉字“干”的第二个拼音字母“A”表示；如为无需(免)维护蓄电池，则用“无”字的第一个拼音字母“W”来表示。当产品同时具有两种特征时，原则上应按表4-1顺序用两个代号并列表示。

(4)额定容量。是指20h率额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为安培·小时(A·h)，在型号中可略去不写。

蓄电池容量通常以正极板的片数n来估算，每片标准正极板额定容量Cs 为15 Ah，则蓄电池额定容量C20 = Cs·n。 (5)特殊性能。在产品具有某些特殊性能时，可用相应的代号加在型号末尾表示。如“G”表示薄型极板的高启动率电池，“S”表示采用工程塑料外壳与热封合工艺的蓄电池。

表4-1 蓄电池产品特征代号

例1：东风EQ2102型越野汽车用6-QW-180型蓄电池：表示由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为180A·h的启动型免维护蓄电池。

例2：解放CQ1121J载货汽车用6-QAW-180型蓄电池：表示由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为180A·h的启动型干荷电免维护蓄电池。

例3：北京BJ2020型吉普车用6-QA-60型蓄电池：表示由6个单格电池组成，额定电压为12V，额定容量为60A·h的启动型干荷电蓄电池。

四、铅酸蓄电池工作原理

铅酸蓄电池的充、放电是由正极板上的活性物质二氧化铅（PbO2）和负极板上的活性物质海绵状的纯铅（Pb）与电解液中的硫酸（H2SO4）发生化学反应来完成的。

(一)电动势的建立 当正、负极板浸入电解液后，在单格蓄电池的正负极柱间产生电动势。在正极板处，少量PbO2溶入电解液，与水（H2O）生成Pb（OH）4，再分解成四价铅离子（Pb4+）和氢氧根离子（OH－）。即：

PbO2＋2H2O→Pb（OH）4 Pb（OH）4 Pb4+＋4OH－

Pb4+沉附于极板的表面，OH－留在电解液中，使正极板相对于电解液具有正电位。当达到平衡时，约为＋2.0V。

在负极板处金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶解，生成二价铅离子（Pb），在极板上留下两个电子（2e），使极板带负电；另一

2＋

方面，由于正、负电荷的吸引，Pb有沉附于极板表面的倾向。当两者达到平衡时，溶解便

停止，负极板相对于电解液具有负电位，约为－0.1V。

因此，在外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的电动势为：

2.0－（－0.1）＝2.1V

这是单格蓄电池正负极间的电动势，对于6个单格串联而成的一块蓄电池，则其电动势为2.1×6＝12.6V。

(二)放电过程

将蓄电池的化学能转换为电能的过程称为放电过程，如图4-2a所示。

2＋

图4-2 蓄电池充放电过程

(a)放电过程 (b)放电终了 (c)充电过程

蓄电池接上负载，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流向负极（即电子从负极流向正极），使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡。

电解液中H2SO4的电离过程为：H2SO4 2H＋＋SO4－

在正极板处，Pb4+与电子结合变成Pb2＋，Pb2＋与电解液中的硫酸根离子（SO4－）结合生

2

2

－

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

－

在负极板处，Pb2＋与电解液中的SO2结合也生成PbSO4沉附于负极板上，而极板上的金4

－

属铅继续溶解，生成Pb2＋和电子，即：Pb－2e→Pb2＋；Pb2＋＋SO2→PbSO4。 4

在电解液中，H－和OH－结合生成水，即：4H－＋4OH－→2H2O。

如果电路不中断，上述的化学反应继续进行，使正极板上的PbO2和负极板上的Pb都逐渐转变为PbSO4，电解液中的H2SO4含量逐渐减少而水含量增多，故电解液的相对密度下降。同时因PbSO4的导电性比PbO2和Pb差，随其含量的逐渐增加其内阻增大，使供电能力下降。

蓄电池在放电过程中总的化学反应方程式为：PbO2＋2H2SO4＋Pb＝2PbSO4＋2H2O (三)充电过程

将电能转换成蓄电池的化学能的过程称为充电过程，如图4-2c所示。充电时，蓄电池应接直流电源，蓄电池的正极接电源正极，蓄电池负极接到电源负极。

当电源电压高于蓄电池的电动势时，在电场力作用下，电流从蓄电池的正极流入，负极流出（即驱使电子从正极经外电路流入负极）。这时在正负极发生的化学反应正好与放电过程相反。

在电场力的作用下，正、负极板上的硫酸铅和电解液中的水均发生电离。即：

PbSO4 Pb＋SO2；H2O H＋OH 4

－

－

－

2＋

在正极板处，Pb2＋失去两个电子2e变成Pb4＋，与电解液中的OH－结合生成Pb（OH）4。它又分解为PbO2和H2O，PbO2附着在正极板上，即：

Pb2＋－2e→Pb4+；Pb4+＋4OH－→Pb（OH）4；Pb（OH）4 PbO2＋H2O。

在负极板处，Pb2＋在电场力的作用下获得两个电子2e变成金属铅，并附着在负极板上。即：Pb2＋＋2e→Pb。

－－

在电解液中，H－和SO2结合生成PbSO4，即：2H－＋SO2→H2SO4。 44

可见，在充电过程中，正、负极板上的PbSO4将逐渐恢复为PbO2和Pb，电解液中的硫酸含量逐渐增多，水含量逐渐减少。当PbSO4已基本还原成PbO2和Pb时，充电电流主要用来电解水，即2H2O→2H2↑＋O2↑，使正极冒出氧气（O2），负极冒出氢气（H2）。充电电流越大，则冒气越多，极易使极板上的活性物质脱落。故在充电末期，充电电流以小为宜。

蓄电池充电和放电过程是可逆的电化学反应过程，内部导电靠离子运动实现。如略去