模块二 汽车电源系统

课题一 蓄电池的结构

课题二 蓄电池的工作原理

课题三 蓄电池的充电

课题四 蓄电池的维修

课题五 交流发电机的结构

课题六 交流发电机的工作原理

课题七 交流发电机的维修

课题八 电压调节器的结构

课题九 电源系统电路

课题一 蓄电池的结构

一、蓄电池的功用（ 1 ）发动机起动时，向起动机和点火系统供电。（ 2 ）发动机低速运转时，向用电设备和发电机励磁绕组供电。（ 3 ）发动机中、高速运转时，将发电机剩余电能转化为化学能储存起来。

（ 4 ）发电机过载时，协助发电机向用电设备供电。（ 5 ）蓄电池相当于一个大电容器，能吸收电路中出现的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电气系统电压的稳定。

二、蓄电池的结构　 1 ．极板

　　极板是蓄电池的核心，在蓄电池充、放电过程中，电能与化学能的转换就是通过正、负极板上的活性物质与电解液中的硫酸进行电化学反应来实现的。

2 ．隔板

　　为避免正、负二极板彼此接触而导致短路，正负极板间用绝缘的隔板隔开。

3 ．电解液

　　电解液的作用是与极板上的活性物质发生电化学反应，进行电能和化学能的相互转换。

4 ．外壳

　　蓄电池外壳用于盛放电解液和极板组。

5 ．蓄电池盖

　　蓄电池盖用来封闭蓄电池，有硬质橡胶盖和聚丙烯塑料盖两种。

6 ．联条

　　联条用于连接蓄电池各单格，采用纯铅制作。

7 ．极桩

　　蓄电池各单格电池串联后，两端的正负极桩穿出电池盖，用于连接外电路。

8 ．防护板9 ．加液孔盖10 ．封口料

三、蓄电池的型号和选用

　 1 ．国产蓄电池的型号和规格　　按照 JB/T 2599—1993 《起动型铅蓄电池标准》的规定，国产蓄电池的型号共分为 3 段 5 部分，其排列及含义如下。

　　第一部分表示串联的单格蓄电池数。　　第二部分表示蓄电池的类型。　　第三部分表示蓄电池特征。　　第四部分表示蓄电池的额定容量。　　第五部分表示蓄电池的特殊性能 。

2 ．进口蓄电池的型号

　　从不同国家进口的蓄电池均根据进口国标准生产，这些标准有 LEC 国际（国际标准）、 BS （ VBS 系列英国标准）、 DIN （ PZS 系列德国标准）、 JIS （日本标准）、 BCI （美国标准）等。

　　认识蓄电池（ 1 ）各零部件的装配特点及相互关系。（ 2 ）外部联结式蓄电池和穿壁联结式蓄电池的结构特点。（ 3 ）观察正、负极板组的结构组成及它们的异同点。

（ 4 ）观察隔板的安装方法及各类隔板的特征。（ 5 ）观察加液孔盖的结构特点。（ 6 ）观察壳体的结构特点。

课题二　蓄电池的工作原理　　蓄电池的工作原理就是化学能和电能的相互转化。 　 一、蓄电池的工作原理

　 1 ．蓄电池的放电

图 2.3 蓄电池的放电过程

2 ．蓄电池的充电

图 2.4 蓄电池的充电过程

　　由蓄电池充放电时的化学反应过程，可以得出如下几点结论。

（ 1 ）蓄电池在放电时，电解液中的硫酸逐渐减少，水逐渐增多，电解液密度减小；蓄电池在充电时，电解液中的硫酸逐渐增多，而水逐渐减少，电解液密度增大。

（ 2 ）在充放电时，电解液密度发生变化，主要是由于正极板的活性物质发生化学反应的结果，因此要求正极板处的电解液流动性要好。（ 3 ）蓄电池放电终了时，极板上尚有 70% ～ 80% 的活性物质没有起作用。

二、蓄电池的工作特性　 1 ．蓄电池的静止电动势

　　蓄电池的静止电动势是指蓄电池内部工作物质的运动处于静止状态（不充电也不放电）下的电动势，静止电动势可用直流电压表或万用表直接测量。

　　静止电动势可用式（ 2.1 ）计算。　　 Ej = 0.84+ρ25℃

2 ．蓄电池的放电特性

图 2.5 蓄电池的放电特性

　　由此可见，蓄电池在放电终了有如下特征。

（ 1 ）单格电压放电至终止电压（以 20h 放电率放电，单格电压降至 1.75V ）。（ 2 ）电解液密度降至最小许可值（约 1.11g/cm3）。

3 ．蓄电池的充电特性

图 2.6 蓄电池的充电特性

　　可见，蓄电池在充电终了时（充足电）有如下特征。

（ 1 ）蓄电池内产生大量气泡，即出现“沸腾”现象。（ 2 ）端电压上升至最大值，且

2h 内不再增加。（ 3 ）电解液密度上升至最大值，且 2 ～ 3h 内不再增加。

　　蓄电池技术状况的检测　　操作一 蓄电池外观的检查

（ 1 ）检查蓄电池外壳是否有裂纹、破损漏电解液。（ 2 ）检查蓄电池极桩是否松动、表面是否有氧化物。

（ 3 ）检查蓄电池加液孔盖（普通铅蓄电池）是否畅通。（ 4 ）检查蓄电池单格小盖（普通铅蓄电池）密封胶是否干裂。

　　操作二 电解液液面高度的检测　 1 ．玻璃管检测法　 2 ．液面高度指示线检测法　 3 ．液位镜检测法

图 2.7 电解液液面高度的检测

操作三 电解液密度的检测

图 2.8 检测蓄电池密度

操作四 端电压的检测　 1 ．用高率放电计检测单格电

池的端电压

图 2.9 高率放电计

2 ．用专用检测仪检测端电压

图 2.11 奥迪轿车蓄电池检测

3 ．大负荷放电测试蓄电池端电压

图 2.12 SVAT-40 型检测仪

课题三 蓄电池的充电

　 一、蓄电池的充电设备　 1 ．硅整流充电机

图 2.13 硅整流充电机外形图

2 ．快速充电机3 ．充电电源

图 2.14 充电电源

二、蓄电池的充电方法　 1 ．定电压充电

　　在充电过程中，加在蓄电池两端的充电电压保持恒定不变的充电方法，称为定电压充电。

图 2.15 蓄电池并联充电连接图

2 ．定电流充电

　　蓄电池在充电过程中，其充电电流保持恒定不变的充电方法，称为定电流充电。

3 ．脉冲快速充电法

　　蓄电池的充电　　蓄电池的充电有初充电、补充充电、去硫化充电和循环锻炼充电 4 种。

　　操作一 蓄电池的初充电（ 1 ）检查蓄电池外壳有无破裂，拧下加液孔盖的螺塞，检查通气孔是否畅通。（ 2 ）根据不同季节和气温选择电解液密度，将适当密度且温度低于 30℃的电解液从加液孔处缓缓加入蓄电池内，液面要高出极板上沿 10 ～15mm 。

（ 3 ）蓄电池加入电解液后，要静置 3 ～ 6h ，让电解液充分浸渍极板。电解液充分渗透到极板内部后电解液有所减少，液面下降，应再加入电解液把液面调整到规定值。待蓄电池内温度低于 30℃时，将充电机与蓄电池相连，准备充电。

（ 4 ）新蓄电池在储存中可能有一部分极板硫化，充电时容易过热，所以初充电选用的电流较小，充电分两个阶段进行。

（ 5 ）初充电接近终了时，如果电解液密度不符合规定，应用蒸馏水或密度为 1.40g/cm3 的稀硫酸进行调整，再充电 2h ，直至蓄电池单格端电压上升到最大值，并在 2 ～ 3h 内不再增加。

当电解液密度上升到最大值，也在 2 ～ 3h 内不再增加，并产生大量气泡，电解液呈“沸腾”状态时，蓄电池已充满电，应切断电源，以免过充电。

（ 6 ）新蓄电池充满电后，应以20h 放电率放电，如 3-Q-90 型蓄电池以 4.5A 电流连续放电至单格电压 1.75V ，然后按补充充电的电流值充足，再以 20h 放电率放电。如果第二次放电时蓄电池容量不小于额定容量的 90% ，则可进行一次最后的充电，便可送出使用。

　　操作二 蓄电池的补充充电（ 1 ）从汽车上拆下蓄电池，清除蓄电池盖上的脏污，疏通加液孔盖上的通气小孔，清除极桩和导线接头上的氧化物。

（ 2 ）旋下加液孔盖，检查电解液的液面高度，如果高度不符合规定要求，应添加蒸馏水，但如果确定是电解液逸出导致液面下降，则应用密度为 1.40g/cm3 的稀硫酸调配，使电解液液面高出极板上缘 10 ～ 15mm 。

（ 3 ）用高率放电计检查各单格的放电情况，要求蓄电池的各单格电池电压基本一致。（ 4 ）将蓄电池与充电机相连。 （ 5 ）将加液孔盖拧紧，擦净蓄电池表面，便可使用。

　　操作三 去硫化充电法　　操作四 循环锻炼充电法

课题四 蓄电池的维修　　蓄电池的维修包括蓄电池的正确使用、日常维护和修理。　 一、蓄电池的正确使用和维护

　 1 ．蓄电池的正确使用　 2 ．蓄电池的维护

二、蓄电池常见故障及其排除方法

　 1 ．蓄电池常见的外部故障及其排除方法

（ 1 ）容器破裂。（ 2 ）封口胶裂纹。（ 3 ）极桩螺栓和螺母腐蚀。（ 4 ）蓄电池爆炸。

2 ．蓄电池常见的内部故障及其排除方法

（ 1 ）极板硫化。（ 2 ）自行放电。（ 3 ）极板短路。（ 4 ）极板活性物质脱落。

　　蓄电池的维修　　在蓄电池的常见故障中，有的不需要将蓄电池解体即可排除，如极板硫化不严重时，可以采用去硫化充电的方法排除故障。　　而有些故障发生在蓄电池内部，必须把蓄电池解体，方可排除故障，如极板上活性物质脱落（需要换极板）、极板拱曲等。

　　操作一 解体蓄电池　 1 ．拆除联条　 2 ．除去封口胶　 3 ．取出极板组

　　操作二 清洗蓄电池　　操作三 修理蓄电池各零部件

　 1 ．外壳（ 1 ）直观检查法。（ 2 ）渗透法检查。（ 3 ）试灯法检查。

　 2 ．极板　 3 ．隔板　 4 ．极桩和联条

　　操作四 组装蓄电池　　将修理好的正、负极板相互交错插在一起，在极板间插入隔板。　　将组装好的各极板放入蓄电池槽中，其松紧应适中，然后在其上装上防护板，再装上蓄电池盖。

课题五 交流发电机的结构

　 一、交流发电机的功用和类型　　交流发电机是汽车的主要电源之一，它与电压调节器互相配合工作，其主要任务是对除起动机以外的所有用电设备供电，并向汽车上的蓄电池充电。

　　我国交流发电机的型号如下。

　　第一部分为产品代号。　　第二部分为电压等级代号。　　第三部分为电流等级代号。 　　第四部分为设计序号。　　第五部分为变型代号。

二、交流发电机的结构　　汽车上的交流发电机大多采用三相同步交流发电机，其结构按类型的不同而异，普通式与整体式车用交流发电机在结构上大同小异，而与无刷式、永磁式有较大的差异。

1．定子总成

　　定子总成用来产生和输出三相交流电，又叫电枢，由定子铁心和定子绕组组成，如图 2.24所示。

图 2.24 　定子总成

2 ．转子总成

　　转子总成又称励磁绕组（也称磁场绕组、磁场线圈），作用是用来产生磁场。　　由两块爪（鸟嘴）形磁极、磁场绕组、滑环及轴等组成，如图 2.27所示。

图 2.27 　转子总成

3 ．整流器　　整流器的作用是将定子绕组输出的三相交流电，通过三相桥式整流变成直流电输出。　　整流器由正整流板和负整流板组成，如图 2.28所示。

图 2.28 　整流板

4 ．前后端盖

　　前后端盖是交流发电机的安装基础，用来固定定子、支承转子总成并封闭内部构造．

5 ．电刷与电刷架

　　电刷的作用是通过滑环给励磁绕组提供电流。

6 ．带轮和风扇

　　发电机由发动机通过其前端装的带轮带动。

　　拆装交流发电机　　操作一 拆卸交流发电机　　① 拆下固定电刷组件的两个固定螺钉。　　② 拆下连接前后端盖的紧固螺栓。　　③ 拆下带轮。　　④ 分离前端盖与转子。

　　⑤ 拆下后端盖外的防护罩。　　⑥ 拆下定子绕组与整流器的连接螺钉。 　　⑦ 拆下整流器与后端盖的连接螺钉。 　　⑧ 零部件的清洗。

　　操作二 组装交流发电机　　① 组装交流发电机各零部件之前，先将轴承填充规定型号的润滑脂（ 1～ 3 号复合钙钠基润滑脂或 2 号低温润滑脂），填充量以轴承空间的 2/3 为宜。　　若过量则易溢出，溅到滑环上会导致电刷与滑环接触不良。

　　② 将前端盖、风扇、半圆键和带轮依次装到转子轴上，并用螺母紧固。　　③ 将整流板、定子绕组依次装入后端盖。　　④ 将两端盖装合在一起（注意两端盖的相互位置），并按要求拧紧连接螺栓。

　　⑤ 装好后端盖防护罩。　　⑥ 装好电刷组件。　　⑦ 装复完毕后，用手转动驱动带轮，检查转动是否灵活自如；再用万用表检测各接线端子间的电阻值是否符合要求。

课题六 交流发电机的工作原理

　 一、交流发电机的工作原理　 1 ．交流电动势的产生

图 2.36 　电动势产生原理图

2 ．整流过程

图 2.37 　三相桥式整流电路的整流过程

3 ．励磁方式　　交流发电机励磁电流的控制形式有两种，一种是控制励磁电流的火线，其搭铁可以通过发电机本体直接搭铁，我们通常称这种控制方式为内搭铁（或内搭铁交流发电机），如图 2.38 （ a ）所示；另一种控制方式是控制励磁电流的搭铁，我们通常称这种控制方式为外搭铁（或外搭铁交流发电机），如图 2.38 （ b ）所示。

图 2.38 　励磁电流的控制形式

二、交流发电机的工作特性　　交流发电机的工作特性是指交流发电机转速（ n）、输出电压（ U）与输出电流（ I）三者之间的关系。　　工作特性包括输出特性、空载特性和外特性，其中以输出特性最为重要。

1．输出特性　　输出特性也称负载特性或输出电流特性，是指交流发电机输出电压保持一定时，发电机的输出电流与转速之间的关系。

2 ．空载特性

　　空载特性是指无负荷时，发电机输出电压与转速的变化规律。

3 ．外特性　　外特性是指发电机转速保持一定时，发电机的输出电压与输出电流的关系。

　　交流发电机的不解体检测　　交流发电机的不解体检测是在交流发电机拆解前进行的，目的是为了初步判断交流发电机内部故障的部位。

　　操作一 检测发电机“ +B” 与“ E”之间的电阻值　　操作二 检测发电机“ F” 与“ E”之间的电阻值　　操作三 检测发电机“ N” 与“ E”之间的电阻值　　操作四 检测发电机“ D+” 与“ E”之间的电阻值

　　交流发电机的性能检测　　操作一 交流发电机的就车检测

　 1 ．检查蓄电池和电源系统线路连接状况

　 2 ．连接线路

图 2.43 交流发电机就车试验接线图

　 3 ．无负载性能试验　 4 ．有负载性能试验

　　操作二 交流发电机的台架检测　 1 ．交流发电机空载试验（ 1 ）安装发电机。（ 2 ）连接电路。（ 3 ）检测。

图 2.44 交流发电机空载试验接线图

2 ．交流发电机负载试验

（ 1 ）安装发电机。（ 2 ）连接电路。（ 3 ）检测。

图 2.45 交流发电机负载试验接线图

课题七 交流发电机的维修　　基础知识　 一、交流发电机的正确使用　 二、交流发电机的维护

　　课题实施　　检修交流发电机

　 1 ．转子的检测与维修　　① 转子绕组短路、断路的检查。 　　② 转子绕组搭铁的检查。　　③ 滑环的检查。 　　④ 转子轴弯曲的检查。

2 ．定子的检测与维修

　　① 定子绕组短路、断路的检查。 　　② 定子绕组搭铁的检查。

3 ．整流器的检测与维修

（ 1 ）分立式整流器的检修。

图 2.52 分立式整流器的检测

（ 2）整体式整流器的检修。

　　① 正二极管的检测。

图 2.53 整体式整流器正二极管的检测

　　② 负二极管的检测。　　③ 其他二极管的检测。

　 4 ．电刷组件的检修　 5 ．转子轴承的检修

课题八 电压调节器的结构　　基础知识　 一、电压调节器的功用和分类

　 1 ．电压调节器的功用　 2 ．电压调节器的分类　 3 ．电压调节器的型号

二、电压调节器的工作原理

　 1 ．双级触点式电压调节器的工作原理

图 2.55 FT61 型双级触点式调节器原理电路

图 2.56 双触点式电压调节器的电压调节过程

（ 1 ）他励。 （ 2 ）自励。 （ 3 ）一级节压（ n1k～ n12）。（ 4 ）失控区（ n12～ n2k）。（ 5 ）二级节压（＞ n2k）。

2 ．晶体管电压调节器的工作原理　　晶体管电压调节器有内、外搭铁型式之分，分别与内、外搭铁型式的发电机配套使用。

（ 1 ）内搭铁式晶体管电压调节器。

图 2.57 内搭铁式晶体管电压调节器的电路原理图

2P B

1 2

RU U

R R

　　电路工作原理如下。　　① 他励。 　　② 自励。 　　③ 电压调节。

（ 2）外搭铁式晶体管电压调节器。

图 2.58 外搭铁式晶体管电压调节器的电路原理图

3 ．集成电路电压调节器的工作原理

（ 1 ）集成电路电压调节器的电压检测方法。

　　① 发电机电压检测法。

2 2P L B

1 2 1 2

R RU U U

R R R R

图 2.59 发电机电压检测法原理电路

　　② 蓄电池电压检测法。

2P

1 2

RU U

R R

蓄

图 2.60 蓄电池电压检测法原理电路

（ 2）集成电路电压调节器实例。

　　① 夏利轿车发电机内装集成电路调节器。

图 2.62 夏利轿车充电系统电路原理和集成电路调节器外部接脚位置图

　　② 丰田轿车发电机内装集成电路调节器。

图 2.63 丰田轿车充电系统电路原理和集成电路调节器外部接脚位置图

　　电压调节器的性能检测　　双级触点式电压调节器的性能检测主要包括元件、触点状况和间隙、一级节压、失控区电压、二级节压等的检测；晶体管电压调节器的性能检测主要包括搭铁类型、电压调节点等的检测；集成电路电压调节器的性能检测主要包括电压调节点、各接脚功能的检测等。

　　操作一 双级触点式电压调节器的性能检测

　 1 ．触点、电阻及线圈性能检测

　 2 ．间隙的检查与调整　 3 ．性能试验

　　操作二 晶体管电压调节器的性能检测　 1 ．晶体管电压调节器类型的识别　 2 ．晶体管电压调节器的性能检测（ 1 ）内搭铁式晶体管电压调节器的性能检测。（ 2 ）外搭铁式晶体管电压调节器的性能检测。

图 2.66 晶体管式调节器性能测试接线图

　　操作三 集成电路电压调节器的性能检测　 1 ．三接柱集成电路电压调节器

的性能检测

图 2.67 集成电路调节器检测接线图

　 2 ．四接柱集成电路电压调节器的性能检测

课题九 电源系统电路　　基础知识　 一、电源系统电路的一般形式

　　目前汽车电源系统电路按电压调节器的安装位置有外装电压调节器式和内装电压调节器式两种。

　　外装电压调节器式的电源电路有两种形式（见图 2.68 ）：一种是内搭铁式；一种是外搭铁式。　　内装电压调节器式的电源电路有 3 种形式，即二接柱、三接柱式和四接柱式，如图 2.69所示。

图 2.68 外装电压调节器式电源系统电路图

图 2.69 内装电压调节器式电源系统电路图

二、电源系统电路举例

　 1 ．丰田轿车电源系统电路　　图 2.70 为丰田威驰汽车电源系电路图。

图 2.70 丰田威驰汽车电源系统电路图

2 ．桑塔纳轿车电源系统电路

　　桑塔纳轿车采用内装集成电路电压调节器（发电机电压检测法），其电源系统电路如图 2.71所示。

图 2.71 桑塔纳 2000轿车电源系统电路简图

3 ．凯越轿车电源系电路

　　图 2.72 为凯越汽车电源系统电路图，该车采用的也是内装集成电路调节器整体式交流发电机（发电机电压检测法）。

图 2.72 凯越汽车电源系统电路图

三、外装电压调节器电源系统的　　　　　　　　故障诊断　　外装电压调节器电源电路的常见故障有不充电、充电电流过小、充电电流过大等。

　 1 ．不充电故障的诊断与排除

图 2.73 外装电压调节器电源系统不充电故障的诊断与排除

2 ．充电电流过小故障的诊断与排除

图 2.74 外装电压调节器电源系统充电电流过小故障的诊断与排除

3 ．充电电流过大故障的诊断与排除

图 2.75 外装电压调节器电源系统充电电流过大故障的诊断与排除

四、内装电压调节器电源系统的　　　　　　　故障诊断

1 ．不充电故障的诊断与排除2 ．充电电流过小的故障诊断与

排除

图 2.76 内装电压调节器电源系统 不充电故障的诊断与排除

图 2.77 整体式交流发电机电源系统 充电电流过小故障的诊断与排除

课题实施

　　电源系统不充电的故障检测与排除　　操作一 检查充电指示灯电路　　操作二 检查发电机传动带挠度　　操作三 检查充电系主电路　　操作四 检查不充电故障是由发电机还是调节器引起

　　操作五 检查连接电压调节器的导线　　操作六 检查电压调节器（若为整体式交流发电机则应拆解）　　操作七 检测发电机磁场接柱与搭铁之间的电阻