汽车电器与电子控制技术整套课件电子教案.ppt

汽车电器与电子控制技术汽车电器与电子控制技术 自汽车诞生自汽车诞生100 多年以来，其性能不断提高，功多年以来，其性能不断提高，功能不断完善，能不断完善，现在汽车在机械结构方面已经非常完现在汽车在机械结构方面已经非常完善，靠改变传统的机械结构和有关结构参数来提高汽善，靠改变传统的机械结构和有关结构参数来提高汽车的性能已临近极限。车的性能已临近极限。汽车电子技术的发展使汽车汽车电子技术的发展使汽车的性能进一步提高，功能进一步拓宽，的性能进一步提高，功能进一步拓宽，汽车电子产汽车电子产品已经渗透到汽车的各个方面。品已经渗透到汽车的各个方面。绪绪 论论 第一阶段：第一阶段：20世纪世纪60年代中期至年代中期至70年代末，是汽年代末，是汽车电子技术萌芽及初级发展阶段。车电子技术萌芽及初级发展阶段。u 电子收音机电子收音机u 发电机硅整流器发电机硅整流器u 电压调节器电压调节器u 晶体管无触点电子点火晶体管无触点电子点火u 电子控制燃油喷射电子控制燃油喷射绪绪 论论一、汽车电子技术的发展一、汽车电子技术的发展 第二阶段：第二阶段：20世纪世纪70年代末到年代末到90年代中期，是汽年代中期，是汽车电子控制技术的大发展阶段。车电子控制技术的大发展阶段。u 发动机电子控制系统发动机电子控制系统u 自动变速器自动变速器u 防抱死制动系统防抱死制动系统u 电控悬架电控悬架u 电控转向电控转向u 电子仪表电子仪表u 影音娱乐设备影音娱乐设备绪绪 论论一、汽车电子技术的发展一、汽车电子技术的发展 第三阶段：第三阶段：20世纪世纪90年代中期至今，电子装置成为年代中期至今，电子装置成为汽车设计中必不可少的装置。汽车设计中必不可少的装置。动力总成控制动力总成控制 汽车底盘控制汽车底盘控制 安全、舒适性控制安全、舒适性控制 CAN通信数据网络与故障诊断系统通信数据网络与故障诊断系统 娱乐与通信系统娱乐与通信系统绪绪 论论一、汽车电子技术的发展一、汽车电子技术的发展 汽车作为一种交通工汽车作为一种交通工具，行驶速度高，必须具，行驶速度高，必须绝对安全可靠，普及率绝对安全可靠，普及率高，进入到家庭，价格高，进入到家庭，价格必须低廉。必须低廉。能在汽车上能在汽车上应用的电子产品应具备应用的电子产品应具备如图如图0-1所示的特征。所示的特征。绪绪 论论二、汽车电子产品的特征 汽车是由许多功能要求组成的复杂系统，涉及相汽车是由许多功能要求组成的复杂系统，涉及相当多的性能指标。当多的性能指标。仅汽车本身的性能指标就包括：燃仅汽车本身的性能指标就包括：燃油经济性、动力性、尾气排放、制动性、操纵稳定性、油经济性、动力性、尾气排放、制动性、操纵稳定性、平顺性、安全性、弱附着路面的通过性等。平顺性、安全性、弱附着路面的通过性等。为了满足为了满足人类多方面的需要，还有许多附加的功能：诸如自动人类多方面的需要，还有许多附加的功能：诸如自动空调、安全气囊、电话、自动门窗、防盗、通信、自空调、安全气囊、电话、自动门窗、防盗、通信、自动导航等各种其他的自动装置。动导航等各种其他的自动装置。绪绪 论论三、电子控制系统的共性问题 从控制的对象来看，这些系统是完全不同的，但从控从控制的对象来看，这些系统是完全不同的，但从控制系统的设计方面看，都有共同之处（见图制系统的设计方面看，都有共同之处（见图0-2）从控制的对象来看，这些系统是完全不同的。但从控制的对象来看，这些系统是完全不同的。但从控制系统的设计方面看，都有共同之处。从控制系统的设计方面看，都有共同之处。绪绪 论论三、电子控制系统的共性问题 动态建模。对于要满足给定要求的电子控制系动态建模。对于要满足给定要求的电子控制系统，通常都需要建立控制系统的动态模型（或标定系统，通常都需要建立控制系统的动态模型（或标定系统的数据模型）。统的数据模型）。传感装置传感装置。为了实现对被控对象的精确控制，。为了实现对被控对象的精确控制，需要通过传感装置测量被控对象的变化信息。需要通过传感装置测量被控对象的变化信息。执行机构执行机构。把期望的动作要求转化为准确的动。把期望的动作要求转化为准确的动作。作。绪论绪论共性的问题共性的问题绪绪 论论共性的问题 控制算法控制算法。根据测量信号（对象输出）和。根据测量信号（对象输出）和期望的动作要求（输入）之间的偏差，基于系统的期望的动作要求（输入）之间的偏差，基于系统的动态模型，进行控制器的设计，满足系统在不同条动态模型，进行控制器的设计，满足系统在不同条件下的使用要求。件下的使用要求。电子控制装置电子控制装置（又称作（又称作ECU）是实现控制算）是实现控制算法（软件或程序）的载体或称为硬件装置。法（软件或程序）的载体或称为硬件装置。绪绪 论论共性的问题 为了实现精确控制，系统模型在设计时是非常重要为了实现精确控制，系统模型在设计时是非常重要的。的。汽车电子控制系统的模型包括动态模型和汽车电子控制系统的模型包括动态模型和静态模型静态模型。动态模型：汽车驱动控制的动态模型，包括：汽车动态模型：汽车驱动控制的动态模型，包括：汽车整车动力学模型、防抱死制动模型、驱动控制模型等。整车动力学模型、防抱死制动模型、驱动控制模型等。静态模型：如发动机数据模型，各种液压阀电压静态模型：如发动机数据模型，各种液压阀电压（电流）（电流）-压力（流量）输出特性模型。压力（流量）输出特性模型。有三种不同的方法获得系统的模型。如理论推导、有三种不同的方法获得系统的模型。如理论推导、试验标定、系统辨识。试验标定、系统辨识。绪绪 论论四、系统建模 从提高效率降低开发成本的角度出发，汽车工从提高效率降低开发成本的角度出发，汽车工程师一直试图通过理论模型来描述汽车的控制问题，程师一直试图通过理论模型来描述汽车的控制问题，并在计算机上一步完成控制算法的开发。并在计算机上一步完成控制算法的开发。然而由于然而由于汽车环境的多变性，工作条件的多变性，使得汽车汽车环境的多变性，工作条件的多变性，使得汽车控制装置的开发很难做到这点。在实际应用中，通控制装置的开发很难做到这点。在实际应用中，通常采用标定方法。实际上电子控制装置的标定很简常采用标定方法。实际上电子控制装置的标定很简单，把一个复杂的问题分解为许多的简单问题，然单，把一个复杂的问题分解为许多的简单问题，然后再把简单的问题连接起来。后再把简单的问题连接起来。绪绪 论论五、汽车电子控制系统的标定 1.1.开发平台开发平台 目前流行的开发平台有：目前流行的开发平台有：采用采用dSPACE 作为软件的开发测试环境，配置作为软件的开发测试环境，配置Micro-Autobox 或或AutoBox构成硬件在环的模拟测试环构成硬件在环的模拟测试环境。境。采用采用ETAS公司的公司的ASCET 构成软件开发、代码构成软件开发、代码生成及测试环境生成及测试环境 配置配置LABCAP或或ES1000/ES910 构成构成硬件在环的模拟测试环境硬件在环的模拟测试环境 绪绪 论论六、汽车电子产品的开发平台与V型开发模式 以以Matlab/SimulinkRealTimeWorkshops为核心，自行开发标定与硬件在环的模拟测试环为核心，自行开发标定与硬件在环的模拟测试环境，以较低的成本定制满足个性需求的高效开发境，以较低的成本定制满足个性需求的高效开发平台。平台。绪绪 论论六、汽车电子产品的开发平台与V型开发模式 汽车电子产品开发工程师无需知道电控装置的汽车电子产品开发工程师无需知道电控装置的硬件结构和工作原理，也无需直接写微处理器的源硬件结构和工作原理，也无需直接写微处理器的源代码程序，而是直接采用模型化的语言和数学物理代码程序，而是直接采用模型化的语言和数学物理公式，在计算机上开发仿真程序，利用开发平台的公式，在计算机上开发仿真程序，利用开发平台的工具实现中间过程的转化，最终完成控制系统的开工具实现中间过程的转化，最终完成控制系统的开发。发。绪绪 论论2.V 型开发模式一种典型的被称之为一种典型的被称之为V 模式开发流程如图模式开发流程如图0-3所示：所示：绪绪 论论2.V 型开发模式 整个软件的开发流程依次为：整个软件的开发流程依次为：需求分析定义需求分析定义系统、结构设计系统、结构设计详细或程详细或程序设计序设计模型变量定标模型变量定标自动代码生成自动代码生成单元测单元测试试功能测试功能测试系统测试系统测试验收测试。验收测试。绪绪 论论2.V 型开发模式 1）模型在环模型在环（MIL）模型在环仿真测试，是将控制模型和虚拟对象模模型在环仿真测试，是将控制模型和虚拟对象模型放在同一个实时处理器中运行，对控制模型的逻辑型放在同一个实时处理器中运行，对控制模型的逻辑进行测试的仿真。进行测试的仿真。2）软件在环软件在环（SIL）软件在环仿真测试，是将控制模型和虚拟对象模软件在环仿真测试，是将控制模型和虚拟对象模型放在不同的实时处理器中运行，通过型放在不同的实时处理器中运行，通过ETK 或或CAN通信通信 对被测控制模型的功能进行测试对被测控制模型的功能进行测试.绪绪 论论3.V型开发流程中的几个专用术语定义 3）快速原型快速原型 模型化程序完成后，首先是利用开发平台提供的模型化程序完成后，首先是利用开发平台提供的辅助开发工具，将模型化程序转换为代码并自动下载辅助开发工具，将模型化程序转换为代码并自动下载到一个中间的硬件平台上。到一个中间的硬件平台上。4）硬件在环硬件在环（HIL）硬件在环的仿真测试，是进行实车测试评估的最硬件在环的仿真测试，是进行实车测试评估的最后一个环节。后一个环节。绪绪 论论3.V型开发流程中的几个专用术语定义 我国汽车电子产品自主开发的意识已经觉醒；多我国汽车电子产品自主开发的意识已经觉醒；多年的技术积累，开发团队综合能力有了质的提升；再年的技术积累，开发团队综合能力有了质的提升；再者我国已经融入并拥有达到国际水平的开发平台，并者我国已经融入并拥有达到国际水平的开发平台，并熟练掌握了汽车电子产品开发的基本模式。这些足以熟练掌握了汽车电子产品开发的基本模式。这些足以证明我国已经拥有汽车电子产品自主开发的条件。证明我国已经拥有汽车电子产品自主开发的条件。我国汽车工业已经取得的辉煌业绩预示：汽车工我国汽车工业已经取得的辉煌业绩预示：汽车工业依靠自主开发将成为必然趋势，自主开发汽车电子业依靠自主开发将成为必然趋势，自主开发汽车电子产品时代即将来临。产品时代即将来临。绪绪 论论七、自主开发汽车电子产品 汽车电源系统由蓄电池、汽车电源系统由蓄电池、发电机和调节器组成。汽车发电机和调节器组成。汽车上装配有蓄电池和发电机两上装配有蓄电池和发电机两个直流电源，整车电器与电个直流电源，整车电器与电子设备均与两个直流电源并子设备均与两个直流电源并联连接。电路如图联连接。电路如图1-1所示。所示。汽车上，蓄电池和发电机并联工作，发电机是汽车的汽车上，蓄电池和发电机并联工作，发电机是汽车的主要电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器，调节主要电源，蓄电池是辅助电源。发电机配有调节器，调节器的功能是在器的功能是在发电机转速升高到一定程度时，自动调节发发电机转速升高到一定程度时，自动调节发电机输出电压使其保持稳定电机输出电压使其保持稳定。第一章第一章 电电 源源 蓄电池是一种可逆的低压直流电源，既能将化学蓄电池是一种可逆的低压直流电源，既能将化学能转换为电能，也能将电能转换为化学能。能转换为电能，也能将电能转换为化学能。1.蓄电池的分类蓄电池的分类 汽车用启动型铅酸蓄电池（简称蓄电池）分汽车用启动型铅酸蓄电池（简称蓄电池）分碱性碱性蓄电池蓄电池和和酸性蓄电池酸性蓄电池两大类。两大类。按结构可分为按结构可分为橡胶槽蓄电池橡胶槽蓄电池和和塑料槽蓄电池塑料槽蓄电池两类。两类。按性能可分为按性能可分为干式荷电蓄电池干式荷电蓄电池和和免维护蓄电池免维护蓄电池两两类。类。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 （1）启动发动机。启动发动机时，向启动系）启动发动机。启动发动机时，向启动系统和点火系统供电。统和点火系统供电。（2）备用）备用供电。发动机低速运转、不发电或供电。发动机低速运转、不发电或者电压较低时，向发电机磁场绕组、点火系统以及者电压较低时，向发电机磁场绕组、点火系统以及其他用电设备供电。其他用电设备供电。2.蓄电池的功能蓄电池的功能第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 （3）存储电能。发动机中高速运转、正常供电时，）存储电能。发动机中高速运转、正常供电时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。（4）协同供电。发电机过载时，协助发电机向用）协同供电。发电机过载时，协助发电机向用电系统供电。电系统供电。（5）稳定电源电压，保护电子设备。不仅能够保）稳定电源电压，保护电子设备。不仅能够保持电气系统电压稳定，还能吸收电路中过电压，保护持电气系统电压稳定，还能吸收电路中过电压，保护电子设备。电子设备。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型3.蓄电池的构造蓄电池的构造 各型汽车用蓄电池的构造基本相同，都是由极板、各型汽车用蓄电池的构造基本相同，都是由极板、隔板、电解液和壳体四部分组成。结构如图隔板、电解液和壳体四部分组成。结构如图1-2所示。所示。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型1）极板与极板组极板与极板组 极板是蓄电池的核心部件极板是蓄电池的核心部件，由栅架与活性物质组成。，由栅架与活性物质组成。极板分为正极板和负极板两种，正极板上的活性物质为二极板分为正极板和负极板两种，正极板上的活性物质为二氧化铅，呈深棕色；负极板上的活性物质为海绵状纯铅，氧化铅，呈深棕色；负极板上的活性物质为海绵状纯铅，呈深灰色。呈深灰色。目前国内外都薄型极板。薄型极板对提高蓄电池的比目前国内外都薄型极板。薄型极板对提高蓄电池的比容量和启动性能都十分有利。容量和启动性能都十分有利。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 将一片正极板和一片负极板浸入电解液中，便可将一片正极板和一片负极板浸入电解液中，便可得到得到2V左右的电压。为了增大蓄电池的容量，将多片左右的电压。为了增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联，用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板分别并联，用汇流条焊接起来便分别组成正、负极板组。正、负极板组。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 安装时，各片正负极板相互嵌安装时，各片正负极板相互嵌合，中间插入隔板后装入电池槽内合，中间插入隔板后装入电池槽内便形成单格电池，单格电池标称电便形成单格电池，单格电池标称电压为压为2V。现代汽车用蓄电池由现代汽车用蓄电池由6个单格个单格电池串联而成，串联成电池串联而成，串联成12V。12V电电气系统汽车气系统汽车选用选用一只蓄电池；一只蓄电池；24V电气系统汽车选用两只蓄电池。结电气系统汽车选用两只蓄电池。结构如图构如图1-4所示。所示。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 2）隔隔板板 隔板的功用就是将正、负极板隔开，防止相邻隔板的功用就是将正、负极板隔开，防止相邻正、负极板接触而短路。正、负极板接触而短路。隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，还应该隔板应具有多孔性，以便电解液渗透，还应该具有良好的耐酸性和抗氧化性。具有良好的耐酸性和抗氧化性。隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。隔板材料有木质、微孔橡胶和微孔塑料等。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 3）电解液）电解液 电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。电解液由纯硫酸与蒸馏水按一定比例配制而成。密密度一般为度一般为1.23 1.30g/cm3。电解液纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重电解液纯度是影响蓄电池电气性能和使用寿命的重要因素要因素。因此蓄电池用电解液必须符合机械行业标准。因此蓄电池用电解液必须符合机械行业标准JB/T100522010铅酸蓄电池用电解液铅酸蓄电池用电解液 规定，所用规定，所用硫酸必须符合硫酸必须符合HG/T26922007蓄电池用硫酸规定，蓄电池用硫酸规定，所用蒸馏水必须符合机械行业标准所用蒸馏水必须符合机械行业标准JB/T 100532010铅酸蓄电池用水规定。工业用硫酸和普通水中含铜、铅酸蓄电池用水规定。工业用硫酸和普通水中含铜、铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，不能用于蓄电池。铁等杂质较多，会加速蓄电池自放电，不能用于蓄电池。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型4）壳体）壳体 蓄电池壳体由电池槽和电池盖两部分组成，其功用蓄电池壳体由电池槽和电池盖两部分组成，其功用是盛装电解液和极板组。是盛装电解液和极板组。蓄电池壳体应耐酸、耐热、耐振动、耐冲击等。蓄电池壳体应耐酸、耐热、耐振动、耐冲击等。电池槽由隔壁分成电池槽由隔壁分成6个互不相通的单格，底部制有凸个互不相通的单格，底部制有凸起的筋条，以便放置极板组，起的筋条，以便放置极板组，筋条与极板底缘组成的空筋条与极板底缘组成的空间可以积存极板脱落的活性物质，防止正、负极板短路。间可以积存极板脱落的活性物质，防止正、负极板短路。蓄电池各单格电池之间采用铅质联条串联连接。蓄电池各单格电池之间采用铅质联条串联连接。在蓄电池盖上设有加液孔，并用螺塞或盖板密封，防在蓄电池盖上设有加液孔，并用螺塞或盖板密封，防止电解液溢出。止电解液溢出。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 干荷电蓄电池与免维护干荷电蓄电池与免维护蓄电池普遍采用穿壁式连接，蓄电池普遍采用穿壁式连接，所用联条尺寸很小，并设置所用联条尺寸很小，并设置在壳体内部（图在壳体内部（图1-5）。）。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型5）蓄电池技术状态指示器）蓄电池技术状态指示器 蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由蓄电池技术状态指示器又称为内装式密度计，由透明塑料管、底座和两只小球（一只为红色、另一只透明塑料管、底座和两只小球（一只为红色、另一只为蓝色）组成。为蓝色）组成。当蓄电池存电充足、电解液相对密度大于当蓄电池存电充足、电解液相对密度大于1.22时，时，从指示器顶部观察到的结果是中心呈红色圆点、周围从指示器顶部观察到的结果是中心呈红色圆点、周围呈蓝色圆环，表示蓄电池技术状态良好，英文标示为呈蓝色圆环，表示蓄电池技术状态良好，英文标示为“OK”。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 当蓄电池充电不足、电解液相对密度过低时，当蓄电池充电不足、电解液相对密度过低时，观察结果是中心呈红色圆点、周围呈无色透明圆环，观察结果是中心呈红色圆点、周围呈无色透明圆环，表示蓄电池充电不足，应及时补充充电，英文标示表示蓄电池充电不足，应及时补充充电，英文标示为为“Chargingnecessary”。当电解液液面过低时，观察结果是中心呈无色透当电解液液面过低时，观察结果是中心呈无色透明圆点、周围呈红色圆环，表示电解液不足，必须明圆点、周围呈红色圆环，表示电解液不足，必须更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷电蓄电池更换蓄电池。如果这种指示器安装在干荷电蓄电池上，则表示必须添加蒸馏水，英文标示为上，则表示必须添加蒸馏水，英文标示为“Add distilled water”。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型4.蓄电池的型号蓄电池的型号 根据工信部标准根据工信部标准JB/T25992012铅酸蓄电池名称、铅酸蓄电池名称、型号编制与命名办法规定，蓄电池型号由三部分组成，型号编制与命名办法规定，蓄电池型号由三部分组成，各部分之间用存折号分开，其内容及排列如下：各部分之间用存折号分开，其内容及排列如下：第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型（1）串联的单位蓄电池数。（当单体蓄电池数目为）串联的单位蓄电池数。（当单体蓄电池数目为“1”时，时，此段应略去）此段应略去）（2）蓄电池类型。根据蓄电池用途划分，按表）蓄电池类型。根据蓄电池用途划分，按表1-1中代号标志。中代号标志。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 （3）电池特征。（表）电池特征。（表1-2）为附加部分，仅在同类用途的）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。产品具有某种特征，而在型号中又必须加以区别时采用。第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 （4）额定容量。是指）额定容量。是指20Ah的额定容量，用阿拉伯数字表的额定容量，用阿拉伯数字表示，单位为示，单位为Ah（安（安时），在型号中可略去不写。时），在型号中可略去不写。u例例1.北京北京JB2020 型吉普车用型吉普车用6-QA-60型蓄电池型蓄电池u例例2.东风东风EQ1090 型载货汽车用型载货汽车用6-Q-105 型蓄电池型蓄电池u例例3.东风东风EQ2102 型越野汽车用型越野汽车用6-QW-180 型型蓄电池蓄电池第一节第一节 蓄电池蓄电池一、蓄电池的构造与造型一、蓄电池的构造与造型 1.工作原理工作原理 蓄电池的单格电池是由浸渍在电解液中的正极板蓄电池的单格电池是由浸渍在电解液中的正极板和负极板组成，电解液是硫酸水溶液。在蓄电池充放和负极板组成，电解液是硫酸水溶液。在蓄电池充放电过程中，发生的化学反应是可逆的，电过程中，发生的化学反应是可逆的，蓄电池的工蓄电池的工作过程就是化学能与电能的转换过程。作过程就是化学能与电能的转换过程。第一节第一节 蓄电池蓄电池二二、蓄电池的工作原理与参数、蓄电池的工作原理与参数 根据双硫化理论，铅蓄电池正极板上的活性物质根据双硫化理论，铅蓄电池正极板上的活性物质是二氧化铅（是二氧化铅（PbO2），负极板上是海绵状铅（），负极板上是海绵状铅（Pb），），电解液是硫酸水溶液（电解液是硫酸水溶液（H2SO4）。）。蓄电池放电时，正极板上的二氧化铅和负极板上蓄电池放电时，正极板上的二氧化铅和负极板上的铅都将转变成硫酸（的铅都将转变成硫酸（PbSO4），电解液中的硫酸减少），电解液中的硫酸减少、相对密度下降。蓄电池充电时，则按相反的方向变、相对密度下降。蓄电池充电时，则按相反的方向变化。化。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数化学反应方程式化学反应方程式：正极板正极板 电解液电解液 负极板负极板 正极板正极板 电解液电解液 负极板负极板 1）放电过程）放电过程 将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。将蓄电池的化学能转换成电能的过程称为放电过程。外电路接通时，正极板具有正电位，约为外电路接通时，正极板具有正电位，约为2.0V，负极板，负极板具有负电位，约为具有负电位，约为-0.1V，正、负两极间的电动势正、负两极间的电动势E为：为：E=2.0-（-0.1）=2.1V第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 理论上，放电过程将进行到正负极板上的活理论上，放电过程将进行到正负极板上的活性物质全部转变为硫酸铅为止，性物质全部转变为硫酸铅为止，但是事实上只有但是事实上只有20%30%的活性物质转变为硫酸铅。的活性物质转变为硫酸铅。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 2）充电过程）充电过程 将电能转换成蓄电池的化学能的过程称为充电将电能转换成蓄电池的化学能的过程称为充电过程。过程。将完全放电的蓄电池与直流电源接通时，电流将完全放电的蓄电池与直流电源接通时，电流就会按与放电时相反的方向流过蓄电池。此时蓄电就会按与放电时相反的方向流过蓄电池。此时蓄电池内部将发生与放电过程相反的化学反应。池内部将发生与放电过程相反的化学反应。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 在充电末期，电解液中将产生大量气泡。在充电末期，电解液中将产生大量气泡。蓄蓄电池充电终了的特征是：电池充电终了的特征是：蓄电池内产生大量气泡，即出现所谓蓄电池内产生大量气泡，即出现所谓“沸腾沸腾”现象。现象。蓄电池端电压和电解液相对密度均上升至最大蓄电池端电压和电解液相对密度均上升至最大值，且在值，且在23 h 内不再增加。内不再增加。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 2.工作参数工作参数 1）相对密度）相对密度指电解液中硫酸成分所占的比例。指电解液中硫酸成分所占的比例。实测密度应按下式换算成实测密度应按下式换算成25时的相对密度时的相对密度25：25=T+（T-25）T实测电解液密度，实测电解液密度，g/cm3；T实测电解液温度，实测电解液温度，；密度温度系数（密度温度系数（=0.0007），即温度每升高），即温度每升高1，密度将降低，密度将降低0.0007g/cm3。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数2）额定容量额定容量 我国国家标准我国国家标准GB5008.12005启启动动用铅酸蓄电池用铅酸蓄电池技术条件规定，以技术条件规定，以20h 放电率额定容量作为启动型蓄电放电率额定容量作为启动型蓄电池的额定容量。蓄电池的池的额定容量。蓄电池的20h 率额定容量是指：完全充足率额定容量是指：完全充足电的蓄电池在电解液温度为电的蓄电池在电解液温度为25 5条件下，以条件下，以20h 率率的放电电流（即的放电电流（即0.05C20 安培电流）连续放电至安培电流）连续放电至12V蓄电蓄电池的端电压降到池的端电压降到10.5V 0.05V 时输出的电量，用时输出的电量，用C20表示，表示，单位为单位为Ah。额定容量是检验蓄电池质量的重要指标，。额定容量是检验蓄电池质量的重要指标，新新蓄电池必须达到该指标，否则就为不合格产品。蓄电池必须达到该指标，否则就为不合格产品。当恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电时当恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电时间之积，即：间之积，即：C=Iftf第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数3）储备容量储备容量 国际蓄电池协会和美国汽车工程师协会国际蓄电池协会和美国汽车工程师协会（SAE）规规定蓄电池容量用储备容量表示。根据我国标准定蓄电池容量用储备容量表示。根据我国标准GB5008.12005启动用铅酸蓄电池技术条件，额定启动用铅酸蓄电池技术条件，额定储备容量是指：完全充足电的蓄电池在电解液温度为储备容量是指：完全充足电的蓄电池在电解液温度为25 5条件下条件下，以以25 电电流流连续放电至连续放电至12V蓄电池电蓄电池电压降到压降到10.5V0.05V 时，放电所持续的时间，用时，放电所持续的时间，用Crn表表示，示，单位单位为为min（分钟）（分钟）。储备容量表达了在汽车充电系统失效的情况下，蓄储备容量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电池能为照明和点火系统等用电设备提供25A 恒定电流恒定电流的能力。的能力。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 额定储备容量额定储备容量Crn 与额定容量与额定容量C20的换算公式如下：的换算公式如下：式中：式中：C20蓄电池额定容量，蓄电池额定容量，Ah；Crn蓄电池额定储备容量，蓄电池额定储备容量，min；当当C20200Ah 或或Crn480min 时，上式不适用。时，上式不适用。第一节第一节 蓄电池蓄电池二、蓄电池的工作原理与参数二、蓄电池的工作原理与参数 与生产工艺及产品结构有关。如活性物质的与生产工艺及产品结构有关。如活性物质的数量、极板的厚薄、活性物质的孔率等。数量、极板的厚薄、活性物质的孔率等。使用条件。如放电电流、电解液温度和电解使用条件。如放电电流、电解液温度和电解液相对密度等。液相对密度等。第一节第一节 蓄电池蓄电池三、影响蓄电池容量的使用因素三、影响蓄电池容量的使用因素1）放电电流的影响放电电流的影响 实验表明：放电电流越大，则电压下降越快，放电至实验表明：放电电流越大，则电压下降越快，放电至终止电压的时间越短，因此容量越小。图终止电压的时间越短，因此容量越小。图1-6所示为所示为6Q135 型蓄电池在不同放电电流情况下的放电特性；型蓄电池在不同放电电流情况下的放电特性；第一节第一节 蓄电池蓄电池三三、影响蓄电池容量的使用因素、影响蓄电池容量的使用因素 图图1-7为为6Q75型蓄型蓄电池在电解液温度为电池在电解液温度为30时，蓄电池容量与放电电时，蓄电池容量与放电电流的关系。流的关系。由图可见，放电电流越大，电压下降越快，越容易出由图可见，放电电流越大，电压下降越快，越容易出现放电现放电“终了终了”现象，如继续放电，则将导致过放电而影现象，如继续放电，则将导致过放电而影响蓄电池使用寿命。响蓄电池使用寿命。第一节第一节 蓄电池蓄电池三三、影响蓄电池容量的使用因素、影响蓄电池容量的使用因素 2）电解液温度的影响）电解液温度的影响 温度降低则容量减小。温度温度降低则容量减小。温度，电解液的黏度，电解液的黏度，离子扩散速度和化学反应速度离子扩散速度和化学反应速度，电解液电阻，电解液电阻，蓄电，蓄电池内阻池内阻，电动势消耗在内阻上的压降，电动势消耗在内阻上的压降，蓄电池端电，蓄电池端电压压，允许放电时间，允许放电时间，蓄电池容量，蓄电池容量。图图1-8为为6Q75型蓄电池电型蓄电池电解液温度分别为解液温度分别为+30和和-18的的情况下，以情况下，以225A 电流放电时的端电流放电时的端电压与放电时间的关系。电压与放电时间的关系。第一节第一节 蓄电池蓄电池三三、影响蓄电池容量的使用因素、影响蓄电池容量的使用因素 图图1-9为为6Q75型蓄电池以型蓄电池以225A 电流放电时，电流放电时，在不同温度条件下输出的容量。在不同温度条件下输出的容量。不同温度条件下的容量不同温度条件下的容量 可用下式换算为可用下式换算为25时的容量，时的容量，C25=CT 1-0.01（T-25）C25 换算为换算为25时的时的 容量，容量，Ah；CT电电解液平均温度解液平均温度为为T 时时的的实际实际容量，容量，Ah；T放放电终电终止止时时中中间单间单格格电电池池电电解液的温度，解液的温度，；第一节第一节 蓄电池蓄电池三三、影响蓄电池容量的使用因素、影响蓄电池容量的使用因素3）电解液相对密度对容量的影响）电解液相对密度对容量的影响 适当增大电解液相对密度可以提高蓄电池输出容适当增大电解液相对密度可以提高蓄电池输出容量。当相对密度超过一定值时，蓄电池输出容量又会量。当相对密度超过一定值时，蓄电池输出容量又会减小。电解液相对密度约为减小。电解液相对密度约为1.23时时，蓄电池输出容量，蓄电池输出容量最大。如图最大。如图1-10所示。所示。综合考虑电解液相对密综合考虑电解液相对密度对蓄电池性能的影响，汽度对蓄电池性能的影响，汽车用启动型蓄电池充足电时车用启动型蓄电池充足电时的电解液密度，一般选在的电解液密度，一般选在1.261.29。第一节第一节 蓄电池蓄电池三三、影响蓄电池容量的使用因素、影响蓄电池容量的使用因素 电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。电机既是用电器的电源，又是蓄电池的充电装置。汽车所用的发电机有直流发电机、交流发电机。汽车所用的发电机有直流发电机、交流发电机。从从20世纪世纪70年代起直流发电机已经逐步被淘汰，现代汽车年代起直流发电机已经逐步被淘汰，现代汽车均采用交流发电机，交流发电机与直流发电机相比，具均采用交流发电机，交流发电机与直流发电机相比，具有以下几个特点：有以下几个特点：（1）体积小，质量轻。体积小，质量轻。（2）在发动机低速运转时，仍能进行充电。在发动机低速运转时，仍能进行充电。（3）故障少，使用寿命长，维修简便。故障少，使用寿命长，维修简便。（4）调节器结构简单。调节器结构简单。（5）很少产生干扰波。很少产生干扰波。第二节第二节 发电机发电机 汽车用交流发电机一般由三相同步交流发电机和硅二汽车用交流发电机一般由三相同步交流发电机和硅二极管整流器两大部分组成，交流发电机又分为定子绕组和极管整流器两大部分组成，交流发电机又分为定子绕组和转子绕组两部分。图转子绕组两部分。图1-11为为JF132 型交流发电机的构造：型交流发电机的构造：1-后端盖；后端盖；2-电刷架；电刷架；3-电刷；电刷；4-电刷弹簧压盖；电刷弹簧压盖；5-硅二极管；硅二极管；6-元件板；元件板；7-转转子；子；8-定子；定子；9-前端盖；前端盖；10-风扇；风扇；11-带轮；带轮；第二节第二节 发电机发电机一一、交流发电机的构造交流发电机的构造u发电原理发电原理u整流原理整流原理u励磁方法励磁方法第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理 1.发电原理发电原理 在汽车用交流发电机中，由于转子磁极是鸟嘴形，在汽车用交流发电机中，由于转子磁极是鸟嘴形，其磁场的分布近似于正弦规律，所以交流电动势也近似其磁场的分布近似于正弦规律，所以交流电动势也近似于正弦波形，相差互为于正弦波形，相差互为120，工作原理如图，工作原理如图1-12所示：所示：第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理 2.整流原理整流原理 硅二极管具有单向导电性，硅二极管具有单向导电性，在某一瞬间，正极二在某一瞬间，正极二极管上哪一相的电压最高，哪一相的正极管就获得正向极管上哪一相的电压最高，哪一相的正极管就获得正向电压而导通，电压而导通，负极管上哪一相的电压最低，哪一相的负极管上哪一相的电压最低，哪一相的负极管就获得正向电压而导通。下图为三相桥式整流器负极管就获得正向电压而导通。下图为三相桥式整流器电路中的电压、电流波形图电路中的电压、电流波形图1-13所示：所示：第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理 3.励磁方法励磁方法 汽车最常用的九管交流发电机有汽车最常用的九管交流发电机有9 个硅二极管，其中个硅二极管，其中6个组成整流器，另外个组成整流器，另外3 个提供通过发电机中的励磁绕组个提供通过发电机中的励磁绕组的电流，称为励磁二极管。九管交流发电机不仅可以控制的电流，称为励磁二极管。九管交流发电机不仅可以控制充电指示灯指示蓄电池的充电情况，指示充电系统是否发充电指示灯指示蓄电池的充电情况，指示充电系统是否发生故障，还可以在停车时提醒驾驶人断开点火开关。生故障，还可以在停车时提醒驾驶人断开点火开关。由于二极管有由于二极管有0.6V的门槛电压，所以汽车用交流发电的门槛电压，所以汽车用交流发电机只有在发电机处于较高转速的时候才能自己发电，称为机只有在发电机处于较高转速的时候才能自己发电，称为自励过程。当发电机的转速较低时，由蓄电池供给电流，自励过程。当发电机的转速较低时，由蓄电池供给电流，称为他励过程。称为他励过程。第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理交流发电机的励磁电路如图交流发电机的励磁电路如图1-14所示：所示：第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理第二节第二节 发电机发电机二、交流发电机的工作原理二、交流发电机的工作原理九管交流发电机的原理如图九管交流发电机的原理如图1-15所示：所示：发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一发电机的工作特点是转速变化范围大，对于一般汽油发动机来说，其转速变化约为般汽油发动机来说，其转速变化约为1：8，柴油机，柴油机约为约为1：5，因此分析汽车用交流发电机的特性必须，因此分析汽车用交流发电机的特性必须以转速的变化为基础。以转速的变化为基础。交流发电机的特性有输出特性（负载特性）、交流发电机的特性有输出特性（负载特性）、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。空载特