第一篇 汽车电器
第一章 车载电源
第一节 概述
一、汽车电源的组成与要求
1.汽车电源的组成
汽车电源由蓄电池和发电机两个电源并联而成，如图1-1所示。
图1-1 汽车电源的组成
1—发电机 2—调节器 3—用电设备 4—电流表 5—蓄电池 6—起动开关 7—起动机
在发动机工作时，发动机带动发电机发电，向汽车用电设备提供电能，并向储存电能不足的蓄电池充电。在起动发动机时，则由蓄电池向起动机及点火系统（汽油发动机）等提供电能。蓄电池的主要用途是用作起动电源，除此之外，蓄电池还有如下功用。
1）在发动机怠速运转或停转（发电机电压低或不发电）时，向车载用电设备供电。
2）当同时启用的车载用电设备功率超过了发电机的额定功率时，协助发电机供电。
3）当蓄电池存电不足，且发电机负载不多时，可将发电机的电能转换为化学能储存起来。
4）蓄电池内部的极板构成了一个容量很大的电容器，并联在车载电网中，可以吸收电路中的瞬变电压脉冲，对汽车电路中的电子元件起到了保护作用。
5）对汽车电子控制系统来说，蓄电池是电子控制器的不间断电源。
2.对汽车电源的要求
蓄电池是发动机的起动电源，在起动发动机时，需要在短时间内向起动机提供大电流（汽油发动机为100～600A，大型柴油发动机可达1000A），因而要求其内阻要小，大电流输出时电压要稳定，以确保有良好的起动性能。除此之外，还要求蓄电池的充电性能良好、使用寿命长、维护方便或少维护，以满足良好的汽车使用性能要求。
发动机工作时的转速变化很大，要求发电机在发动机转速变化范围内都能正常发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需求；此外，要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、发电效率高、使用寿命长等，以确保汽车良好的使用性能。
二、汽车电源的现状与发展
1.蓄电池
蓄电池可通过充电恢复其化学能量，因而也被称之为二次电池。目前，世界上已有的二次电池有数十种，根据其电解质的酸碱性可分为酸性蓄电池、碱性蓄电池和中性蓄电池。极板为铅，电解液为硫酸水溶液的铅酸蓄电池具有内阻小、电压稳定的特点，能迅速提供大电流，是较为理想的起动电源。此外，铅酸蓄电池的结构简单、其结构及生产工艺等较为成熟、成本低，因而汽车上普遍采用铅酸蓄电池。
普通的铅酸蓄电池（又称为干封蓄电池）比能量低、维护工作量大、使用寿命短、需经初充电才能使用。多年来，铅酸蓄电池在结构、材质及工艺等方面不断改进，其性能有了较大的提高。目前，汽车上使用的大都是改进型铅酸蓄电池。比如，无需初充电的干荷电、湿荷电蓄电池，可防止电解液非正常损失和极板活性物质脱落的胶质蓄电池，使用寿命长且无需经常维护的免维护蓄电池等。
国内外都致力于研究与开发碱性蓄电池，比如，镍氢蓄电池、锂离子蓄电池、锌空气蓄电池、铁镍蓄电池、铁空气蓄电池等。这些蓄电池的能量密度、使用寿命等方面都要优于铅酸蓄电池，但由于其内阻较大，不适合用作起动电源。目前，碱性蓄电池只是在电动汽车上使用。中性蓄电池到目前为止，在技术上还有待成熟，应用很少。
铅酸蓄电池作为起动电源，在其结构、材质、工艺等方面仍有改良和发展的空间，以使蓄电池的体积进一步减小、重量更轻，而其供电能力和使用寿命则进一步提高，并实现免维护化。
2.发电机及调节器
汽车上最早使用的是直流发电机，这种同步直流发电机采用铸铁外壳，磁极较大，须用机械换向器整流。由于体积大、比功率小、低速充电性差、高速换向器换向火花大，因此，直流发电机已不能适应现代汽车对车载发电机的要求，早已被采用硅二极管整流的交流发电机取代。在汽车上普遍应用的交流发电机有多种结构形式，根据发电机磁极产生磁场的方式不同分，有普通励磁式（通过电刷引入励磁电流）、无刷励磁式和永磁式等几种，其中普通励磁式使用最为普遍；根据磁极绕组搭铁方式分，交流发电机有内搭铁式和外搭铁式两种，内搭铁式使用居多；按整流二极管的数量又有六管、八管、九管、十一管等不同形式的交流发电机。
发电机调节器的作用是在发动机转速变化时，使发电机的电压保持稳定。交流发电机最初所配用的是触点式调节器，现已逐渐被电子式调节器所替代。电子调节器有分立元件和集成电路两种类型，现在汽车大都采用集成电路式电子调节器。由于集成电路调节器性能稳定，结构尺寸小，故将其安装在发电机内部。这种调节器内装的交流发电机（被称为整体式交流发电机）在汽车上已有较多的应用。
交流发电机及调节器的进一步发展是，低速充电性能好、工作可靠性好、发电效率更高，以满足汽车电气系统对电源越来越高的要求。
3.汽车电系的电压
现代汽车电气系统普遍采用12V系统，只有部分大型柴油车的起动系统采用24V系统。随着汽车电子控制设备的应用越来越多，12V系统已显得不适应。未来汽车电源的电压标准将提高到42V，以使发电机能提供更大的极限功率，减少线束和提高信号传送的质量。未来的汽车电系电压，可满足更多电器和电子控制装置的用电要求，并使整个汽车电系的工作更加稳定、安全、可靠。