《汽車電器與電子控制技術(shù)》課件 2.汽車電源系統(tǒng)

汽車電器與電子控制技術(shù)第2章汽車電源系統(tǒng)知識要點掌握程度相關知識汽車電源系統(tǒng)概述了解電池的種類掌握汽車電源供電方法了解常用電源電壓汽車電源系統(tǒng)的組成及工作特性傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池掌握車用鉛酸蓄電池的主體結(jié)構(gòu)、充放電化學反應過程、工作特性鉛酸蓄電池的構(gòu)造、型號、工作原理及工作特性電動汽車用動力蓄電池了解電動汽車用動力蓄電池的類型掌握電動汽車用動力蓄電池的結(jié)構(gòu)及原理電動汽車用動力蓄電池的種類典型動力蓄電池結(jié)構(gòu)和工作原理汽車交流發(fā)電機掌握三相交流發(fā)電的原理、整流器的工作原理和電壓調(diào)節(jié)器的工作原理掌握三相交流發(fā)電機的工作特性汽車交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、型號、工作原理及工作特性【本章教學要點】2.1汽車電源系統(tǒng)概述2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.4汽車交流發(fā)電機2.1.1汽車電源系統(tǒng)的組成2.1.2汽車電源系統(tǒng)的工作特性2.1汽車電源系統(tǒng)概述2.1.1汽車電源系統(tǒng)的組成2.1汽車電源系統(tǒng)概述汽車電源系統(tǒng)的功用是向車載電器設備提供電能。在汽車上，由蓄電池、交流發(fā)電機、電壓調(diào)節(jié)器、充電狀態(tài)指示裝置、開關和導線等連接而成的電氣系統(tǒng)稱為汽車電源系統(tǒng)。發(fā)動機供電原理.mp42.1.1汽車電源系統(tǒng)的組成2.1.2汽車電源系統(tǒng)的工作特性2.1汽車電源系統(tǒng)概述2.1.2汽車電源系統(tǒng)的工作特性2.1汽車電源系統(tǒng)概述內(nèi)燃機汽車所采用的蓄電池具有容量小電流大的特點，這樣的電池稱為起動用蓄電池。

內(nèi)燃機汽車的典型電源系統(tǒng)采用發(fā)電機和蓄電池并聯(lián)供電。

其電源系統(tǒng)工作特性如下：(1)發(fā)動機起動時，由蓄電池負責向起動系統(tǒng)供電。(2)發(fā)動機怠速或停轉(zhuǎn)時，交流發(fā)電機電壓低或不發(fā)電，由蓄電池負責向車載電器供電。2.1.2汽車電源系統(tǒng)的工作特性2.1汽車電源系統(tǒng)概述

(3)當交流發(fā)電機輸出功率超過車載電器啟用的總功率時，由交流發(fā)電機單獨供電。(4)當交流發(fā)電機輸出功率低于車載電器啟用的總功率時，蓄電池協(xié)助交流發(fā)電機一起供電。(5)當發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化時，和交流發(fā)電機并聯(lián)的蓄電池可以起到穩(wěn)定輸出電壓的作用，保護車載電器設備。(6)當汽車停駛時，由蓄電池負責向防盜系統(tǒng)等供電。2.1.2汽車電源系統(tǒng)的工作特性2.1汽車電源系統(tǒng)概述新能源汽車，特別是純電動汽車，多采用電能作為主要驅(qū)動能源，就必須配置大容量的蓄電池。蓄電池必須能夠保證獨立供給最大工作電流，這種具有大容量大電流特性的蓄電池稱為動力型蓄電池。

混合動力汽車，采用發(fā)電機和蓄電池并聯(lián)供電的電源系統(tǒng)。

純電動汽車，蓄電池所儲存的電能是唯一的能量來源，儲能完全由車外供電設施來提供，必須進行專門的充電操作。2.1汽車電源系統(tǒng)概述2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.4汽車交流發(fā)電機2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2.2蓄電池的型號2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池蓄電池.mp42.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)主要包括極板、隔板、電解液、殼體和電池狀態(tài)指示器。

核心部分是正負極板和電解液。

極板上的活性物質(zhì)可以和電解液產(chǎn)生化學反應，并建立電動勢，從而進行放電和充電過程。蓄電池的結(jié)構(gòu).mp42.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.極板

通常極板先用鉛銻合金鑄成柵格狀平板骨架，然后將活性物質(zhì)填充在柵架上。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.極板鉛酸蓄電池的極板分為正極板和負極板。正極板上的活性物質(zhì)是二氧化鉛(PbO2)，負極板上的活性物質(zhì)是純鉛(Pb)。

圖2-2為顯微鏡下的極板表面。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.極板起動型鉛酸蓄電池的極板大多制造成圖2-3所示的極板組形狀。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.極板將一組正極板和負極板同時浸入電解液中，在正、負極之間就可形成2V左右的電動勢。這樣的組合稱為一個電池單元或單體電池。

汽車常用的12V電池是由6個單體電池串聯(lián)而成。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.隔板將正、負極板隔開，以防止正、負極板互相接觸造成短路。應耐酸并具有多孔性，以利于電解液的滲透。免維護蓄電池隔板做成袋式隔板。1-極板組總成2-負極板3-隔板4-正極板5-極板聯(lián)條2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池3.電解液電解液在蓄電池的化學反應中，起到離子間導電的作用。

電解液由純凈的濃硫酸和水按照一定的比例配置而成，其密度在1.24~1.30g/cm3范圍內(nèi)。

配制工藝:使用耐酸器皿,只能將硫酸慢慢的倒入蒸餾水,并不斷的攪拌。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池4.殼體殼體用來放置電解液和極板組，并保護它們。

鉛酸蓄電池的殼體應具有耐酸、耐熱、耐震、耐沖擊和耐老化等功能，通常采用聚丙烯塑料制成。

蓄電池外形多為長方體，殼體分為電池槽和電池蓋兩部分。殼體底部經(jīng)常會設置沉淀池，即由沉淀池壁形成的凹槽，用于存放脫落的活性物質(zhì)，避免與上方的極板接觸造成短路2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池4.殼體殼內(nèi)由間壁分成3個或6個互不相通的單格，各單格之間用鉛質(zhì)聯(lián)條串聯(lián)起來，如右圖所示。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池5.電池狀態(tài)指示器

(1)干式荷電蓄電池指極板在干燥狀態(tài)下，能在較長時間(一般為2年)內(nèi)保存電量的蓄電池。

這種電池在蓋板上都配置了加液口，使用時加入規(guī)定容量的稀硫酸電解液，電池即達到滿電狀態(tài)，正常使用。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池5.電池狀態(tài)指示器

(2)免維護蓄電池對于免維護蓄電池，無法直接提取內(nèi)部的電解液，為了方便使用者了解電池狀態(tài)，這類電池普遍裝有便于肉眼觀測的蓄電池狀態(tài)指示器(也稱為內(nèi)裝式密度計)。2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2.2蓄電池的型號2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.2.2蓄電池的型號2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池按機械工業(yè)部JB/T2599－2012《鉛酸蓄電池產(chǎn)品型號編制方法》標準規(guī)定，鉛蓄電池的型號分為三部分：第一部分第二部分

第三部分

串聯(lián)數(shù)蓄電池的類型蓄電池的特征蓄電池的額定容量

20h放電率的額定容量，單位為A·h，單位略去不寫。

用阿拉伯數(shù)字表示用大寫的漢語拼音字母表示

Q-起動用鉛蓄電池M-摩托車用蓄電池用大寫的漢語拼音字母表示

A-干荷電鉛蓄電池W-免維護鉛蓄電池B-薄型極板2.2.2蓄電池的型號2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2.2蓄電池的型號2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.放電過程

當鉛蓄電池的正、負極板浸入電解液中時，在正、負極板間就會產(chǎn)生約2.1V的靜止電動勢，此時若接入負載，在電動勢的作用下，電流就會從蓄電池的正極經(jīng)外電路流向蓄電池的負極，這一過程稱為放電。2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.放電過程蓄電池的放電過程是化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程。

正極板：Pb4＋＋2e→Pb2＋

Pb2＋＋SO42-→

PbSO4

負極板：Pb－2e→Pb2＋

Pb2＋＋SO42-→

PbSO4放電過程.mp42.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.充電過程充電時，蓄電池的正，負極板分別與充電電源的正，負極相連，當充電電源的端電壓高于蓄電池電壓時，在電場的作用下，電流從蓄電池的正極流入，從負極流出，這一過程成為充電。2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.充電過程

正極板：

PbSO4→

Pb2＋＋SO42-Pb2＋－2e→

Pb4＋

Pb4＋

＋2SO42-+2H2O→PbO2+2H2SO4

負極板:PbSO4

→Pb2＋＋SO42-

Pb2＋+2e→

Pb2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池工作時總的化學反應方程式為：2.2.1鉛酸蓄電池的構(gòu)造2.2.2蓄電池的型號2.2.3鉛酸蓄電池的工作原理2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.靜止電動勢將鉛蓄電池的正、負極板浸入電解液中。

正極板的活性物質(zhì)PbO2少量溶入電解液，并與其發(fā)生作用產(chǎn)生四價鉛離子Pb4＋與氫氧化根OH－。一部分Pb4＋沉淀在正極板上，使正極板具有正電位，≈＋2.0V。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池1.靜止電動勢負極板的Pb少量溶入電解液，產(chǎn)生Pb2＋，使負極板具有負電位，≈-0.1V。因此，在外電路未接通時，且當這種反應達到相應平衡時，單格蓄電池電壓（即為靜止電動勢）Ej=2.0-(-0.1)=2.1V2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.蓄電池的內(nèi)阻內(nèi)阻包括以下幾部分：(1)極板電阻:很小，隨活性物質(zhì)變化而變化。

(2)隔板電阻:與材料有關

(3)電解液電阻:溫度降低，內(nèi)阻變大；(如右圖所示)。(4)電極接柱電阻:很小，為定值。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池3.放電特性鉛酸蓄電池的放電特性是指以恒定的電流If放電時，蓄電池端電壓Uf、電動勢Ef和電解液密度ρ隨時間變化的規(guī)律。

圖2-9所示是以20h放電率(If=0.05C20)進行恒流放電的電池放電特性。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池3.放電特性鉛酸蓄電池放電終了特征如下：(1)電解液密度下降至最小許可值(約為1.11g/cm3)。(2)單體電池電壓下降至放電終止電壓(約為1.75V)。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池4.充電特性鉛酸蓄電池的充電特性是指以恒定的電流IC充電時，電池端電壓UC、電動勢EC和電解液密度ρ隨時間變化的規(guī)律。

圖2-10所示是以20h充電率(IC=0.05C20)進行恒流充電的電池充電特性。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池4.充電特性鉛酸蓄電池充足電終了的特征如下：(1)電解液密度上升至最大值。(2)蓄電池端電壓上升至最大電壓(單體電池電壓2.7V)，且2小時內(nèi)不再變化。(3)電解液冒出大量的氣泡，呈現(xiàn)“沸騰”狀態(tài)。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池5.蓄電池的容量蓄電池在規(guī)定條件(包括放電強度、放電電流及放電終止電壓)下放出的電量多少或放電時間長短稱為蓄電池容量，單位為A·h或A·min。蓄電池的容量表征了蓄電池供電能力的大小。2.2.4鉛酸蓄電池的工作特性2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池5.蓄電池的容量

汽車用鉛酸蓄電池大多為起動型蓄電池，容量標記必須按照國家標準GB/T5008.1-2013《起動用鉛酸蓄電池第1部分技術(shù)條件和試驗方法》的規(guī)定執(zhí)行。

主要采用如下兩個指標來表征其容量的大小:(1)20小時率額定容量Cn(2)額定儲備容量Cr,n2.1汽車電源系統(tǒng)概述2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.4汽車交流發(fā)電機2.3.1動力蓄電池的種類2.3.2鎳鎘電池2.3.3鎳氫電池2.3.4鋰離子電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.3電動汽車動力蓄電池電動汽車電源系統(tǒng)的主要任務是提供電動汽車驅(qū)動電能，為照明、燈光信號裝置、車載音響設備等提供電源。

本節(jié)主要介紹動力蓄電池(簡稱動力電池)的類型、結(jié)構(gòu)及工作原理，其蓄電池管理系統(tǒng)及控制方法將在第13章中詳細介紹。2.3.1動力蓄電池的種類2.3電動汽車動力蓄電池1.按電解液種類分類(1)堿性電池(2)酸性電池(3)中性電池(4)有機電解液電池2.3.1動力蓄電池的種類2.3電動汽車動力蓄電池2.按工作性質(zhì)和儲存方式分類(1)一次電池(2)二次電池(3)燃料電池(4)儲備電池2.3.1動力蓄電池的種類2.3電動汽車動力蓄電池3.按所用正、負極材料分類(1)鋅系列電池：如鋅錳電池、鋅銀電池等。(2)鎳系列電池：如鎳鎘電池、鎳氫電池等。(3)鉛系列電池：如鉛酸電池。(4)鋰系列電池：如鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰硫電池。(5)二氧化錳系列電池：如鋅錳電池、堿錳電池等。(6)空氣(氧氣)系列電池：如鋅空氣電池、鋁空氣電池等。2.3.1動力蓄電池的種類2.3.2鎳鎘電池2.3.3鎳氫電池2.3.4鋰離子電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.3.2鎳鎘電池2.3電動汽車動力蓄電池鎳鎘電池(Nickel-cadmiumBattery，Ni-Cd)的正極材料為球形氫氧化鎳，充電時為NiOOH，放電時為Ni(OH)2。

負極材料為海綿狀金屬鎘或氧化鎘粉以及氧化鐵粉。氧化鐵粉的作用是使氧化鎘粉有較高的擴散性，增加極板容量。

電解液通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液，為了增加電池的容量和循環(huán)壽命，通常在電解液中加入少量的氫氧化鋰(每升電解液加15～20g)。2.3.2鎳鎘電池2.3電動汽車動力蓄電池2.3.1動力蓄電池的種類2.3.2鎳鎘電池2.3.3鎳氫電池2.3.4鋰離子電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.3.3鎳氫電池2.3電動汽車動力蓄電池目前，以儲氫合金為負極材料的鎳氫電池能滿足混合動力電動汽車所要求的高能量、高功率、長壽命和足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶?.3.3鎳氫電池2.3電動汽車動力蓄電池鎳氫電池由以鎳的儲氫合金為主要材料的負極板、具有保液能力和良好透氣性的隔膜、堿性電解液、金屬殼體、具有自動密封的安全閥及其他部件構(gòu)成。正極板的活性物質(zhì)為NiOOH(放電時)和Ni(OH)2(充電時)，負極板的活性物質(zhì)為H2(放電時)和H2O(充電時)。

電解液采用30%的氫氧化鉀溶液。2.3.3鎳氫電池2.3電動汽車動力蓄電池2.3.3鎳氫電池2.3電動汽車動力蓄電池2.3.1動力蓄電池的種類2.3.2鎳鎘電池2.3.3鎳氫電池2.3.4鋰離子電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料不同，鋰離子可以分為：

液態(tài)鋰離子電池(LithiumIonBattery，LIB)；

聚合物鋰離子電池(PolymerLithiumIonBattery,PIB)。

主要區(qū)別在于電解質(zhì)不同，液態(tài)鋰離子電池使用的是液態(tài)電解質(zhì)，而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質(zhì)來代替。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池1.鋰離子電池的工作原理鋰離子電池在原理上實際是一種鋰離子濃差電池，正、負極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。

正極采用鋰化合物LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4。

負極采用鋰碳層間化合物LiC6。

電解質(zhì)為LiPF6和LiAsF6等有機溶液。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池1.鋰離子電池的工作原理

經(jīng)過Li+在正負電極間的往返嵌入和脫嵌形成電池的充電和放電過程。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池2.鋰離子電池的正極材料鋰離子電池正極材料是具有能使鋰離子較為容易地嵌入和脫出，并能同時保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的一類化合物—嵌入式化合物。作為嵌入式電極材料的金屬氧化物，根據(jù)其空間結(jié)構(gòu)的不同主要可分為以下3種類型：2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池2.鋰離子電池的正極材料

(1)層狀化合物層狀正極材料中研究比較成熟的是鈷酸鋰(LiCoO2)和鎳酸鋰(LiNiO2)。層狀LiCoO2結(jié)構(gòu)如圖2-13所示。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池2.鋰離子電池的正極材料

(2)尖晶石型結(jié)構(gòu)

LiMnO2是尖晶石型嵌鋰化合物的典型代表。目前，錳酸鋰電池已大量應用在電動汽車上。

日產(chǎn)公司推出的leaf純電動汽車、三菱公司推出的i-MiEV純電動汽車均采用了這種類型的動力電池，其高壓電池組安裝位置如圖2-14所示。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池2.鋰離子電池的正極材料

(3)橄欖石型結(jié)構(gòu)LiFePO4在自然界中以磷鐵鋰礦的形式存在，屬于橄欖石型結(jié)構(gòu)，如圖2-15所示。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池2.鋰離子電池的正極材料

(3)橄欖石型結(jié)構(gòu)LiFePO4實際最大放電比容量可高達165mA·h/g，3.2V。LiFePO4中的強共價鍵作用使其在充放電過程中能保持晶體結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性，具有更高的安全性能和更長的循環(huán)壽命。LiFePO4的原材料來源廣泛、價格低廉、不污染環(huán)境、比容量高，已成為現(xiàn)階段各國競相研究的熱點之一。2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池3.鋰離子電池的負極材料負極材料是決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關鍵因素之一。目前，應用的負極材料如下：(1)碳材料(2)氧化物負極材料(3)金屬及合金類材料2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池4.鋰離子電池的優(yōu)點(1)工作電壓高：鈷酸鋰鋰離子電池的工作電壓為3.6V，錳酸鋰鋰離子電池的工作電壓為3.7V，磷酸鐵鋰鋰離子電池的工作電壓為3.2V，而鎳氫、鎳鎘電池的工作電壓僅有1.2V。(2)能量密度高：鋰離子電池正極材料的理論能量密度可達200W·h/kg以上，實際應用中由于不可逆容量損失，能量密度低于這個數(shù)值，但也可達到140W·h/kg，為鎳鎘電池的3倍，鎳氫電池的1.5倍。(3)循環(huán)壽命長2.3.4鋰離子電池2.3電動汽車動力蓄電池4.鋰離子電池的優(yōu)點(4)自放電小(5)無記憶效應，無需初充電(6)環(huán)保性好：相對于傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池和鎳氫電池廢棄可能造成環(huán)境污染問題，鋰離子電池中不含汞、鉛、鎘等有害元素。4860與刀片電池.mp42.3.1動力蓄電池的種類2.3.2鎳鎘電池2.3.3鎳氫電池2.3.4鋰離子電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.3.5燃料電池2.3電動汽車動力蓄電池燃料電池是一種不經(jīng)過燃燒，直接將燃料化學能經(jīng)過電化學反應轉(zhuǎn)換為電能的裝置。

氫/氧燃料電池是原電池的一種特殊形式，其構(gòu)造如圖2-16所示。2.3.5燃料電池2.3電動汽車動力蓄電池燃料電池工作原理示意圖，如圖2-17所示。2.3.5燃料電池2.3電動汽車動力蓄電池氫氣和氧氣分別分配至兩個電極：氫氣至正極(A)，氧氣至負極(C)。

氫氣在催化劑的作用下釋放兩個電子并分裂成兩個帶正電的氫核即質(zhì)子。氫核可以滲入并穿過薄膜。氧氣在其電極側(cè)通過催化作用吸收電子，然后立即與自由的氫質(zhì)子反應生成水。

如果電子連接正極和負極，則該反應會產(chǎn)生電流，隨著氫氣轉(zhuǎn)化成水，燃料電池中直接產(chǎn)生電能。豐田全新第2代Mirai氫燃料電池技術(shù)詳解.mp42.1汽車電源系統(tǒng)概述2.2傳統(tǒng)汽車用鉛酸蓄電池2.3電動汽車用動力蓄電池2.4汽車交流發(fā)電機2.4.1交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4.2汽車交流發(fā)電機的型號2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4.4交流發(fā)電機的工作特性2.4汽車交流發(fā)電機2.4汽車交流發(fā)電機對于傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車而言，蓄電池只作為起動、怠速和停車監(jiān)控等工況下的備用電源，在汽車正常行駛的大部分時間內(nèi)，則由交流發(fā)電機給汽車用電設備進行供電。同時，當蓄電池電量不足時，交流發(fā)電機還需要給蓄電池進行充電。

現(xiàn)代汽車普遍采用三相交流發(fā)電機，通過由硅二極管組成的三相橋式整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，供汽車使用。這種發(fā)電機也稱為硅整流交流發(fā)電機。2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機交流發(fā)電機組成原理.mp42.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機1.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的功用是產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子如圖2-20所示。由爪極、勵磁繞組、集電環(huán)、轉(zhuǎn)子軸等組成。1－集電環(huán)2－轉(zhuǎn)子軸3－爪極4－磁軛5－勵磁繞組圖2-20a)交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)子總成圖2-20b)交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子分解圖2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機2.定子定子的功用是產(chǎn)生交流電動勢。由定子鐵心和定子繞組(線圈)組成，如圖所示。定子裝在轉(zhuǎn)子外面，和發(fā)電機的前后端蓋固定在一起，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子繞組中磁通發(fā)生變化產(chǎn)生感應電動勢。交流發(fā)電機定子總成及連接方式a）定子繞組星形連接b)定子繞組三角形連接2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機3.整流器功用:將定子繞組的三相交流電變?yōu)橹绷麟姟Ｕ髌饔烧靼搴驼鞫O管組成，整流器是由6只硅整流二極管分別壓裝（或焊裝）在相互絕緣的兩塊板上組成的，

6只整流二極管分為正極管和負極管兩種：

引出電極為正極的稱為正極管→正極板；引出電極為負極的稱為負極管→負極板。交流發(fā)電機整流二極管安裝示意圖a)焊接式

b)電路圖

c)壓裝式1-正整流板2-負整流板JF132發(fā)電機整流器總成1-負整流板2-正整流板3-散熱片4-螺栓孔5-正極管6-負極管7、9-安裝孔8-絕緣墊交流發(fā)電機整流器和定子的連接電路圖a)星形連接b)三角形連接2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機4.電刷組件電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成。兩個電刷分別裝在電刷架的孔內(nèi)。電刷的作用是將電源通過集電環(huán)引入勵磁繞組。交流發(fā)電機的搭鐵型式a)內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機b)外搭鐵型交流發(fā)電機2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機5.電壓調(diào)節(jié)器(1)功用及結(jié)構(gòu)

交流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器是把交流發(fā)電機輸出電壓控制在規(guī)定范圍內(nèi)的控制裝置。調(diào)節(jié)器有觸點式和電子式：觸點式采用機械開關控制，體積大、結(jié)構(gòu)復雜、頻率低、觸點易燒蝕及故障率高，已被淘汰。

現(xiàn)代汽車發(fā)電機普遍采用電子式電壓調(diào)節(jié)器，如圖2-30所示。2.4.1汽車交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4汽車交流發(fā)電機5.電壓調(diào)節(jié)器

(2)按結(jié)構(gòu)形式分:晶體管式、集成電路調(diào)節(jié)器；

(3)按搭鐵形式分：內(nèi)搭鐵式、外搭鐵式；2.4.1交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4.2汽車交流發(fā)電機的型號2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4.4交流發(fā)電機的工作特性2.4汽車交流發(fā)電機2.4.2交流發(fā)電機的型號2.4汽車交流發(fā)電機汽車交流發(fā)電機型號由產(chǎn)品代號、電壓等級代號、電流等級代號、設計序號、變型代號五部分組成，如圖所示。2.4.1交流發(fā)電機的構(gòu)造2.4.2汽車交流發(fā)電機的型號2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4.4交流發(fā)電機的工作特性2.4汽車交流發(fā)電機2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4汽車交流發(fā)電機1.磁場的勵磁方式除了永磁式交流發(fā)電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發(fā)電機都需要勵磁。將電流引入到勵磁繞組使之產(chǎn)生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。

當發(fā)動機達到正常怠速轉(zhuǎn)速時，發(fā)電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓1~2V以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。(1)他勵在發(fā)電機轉(zhuǎn)速較低時(發(fā)動機未達到怠速轉(zhuǎn)速)，自身不能發(fā)電，需要蓄電池供給發(fā)電機勵磁繞組電流，使勵磁繞組產(chǎn)生磁場來發(fā)電。

這種由蓄電池供給磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵發(fā)電。(2)自勵隨著轉(zhuǎn)速的提高(一般在發(fā)動機達到怠速時)，發(fā)電機定子繞組的電動勢逐漸升高并能使整流器二極管導通，當輸出電壓UB大于蓄電池電壓時，發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時，就可以把自身發(fā)的電供給勵磁繞組，這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電。2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4汽車交流發(fā)電機2.電動勢的工作原理2.4.3交流發(fā)電機的工作原理2.4汽車交流發(fā)電機3.三相電動勢的工作原理(1)交流電動勢的變化頻率f和轉(zhuǎn)速、磁極對數(shù)成正比

式中－磁極對數(shù)－發(fā)電機轉(zhuǎn)速(r/min)

在交流發(fā)電機中，由于轉(zhuǎn)子磁極呈鳥嘴形，其磁場的分布近似正弦規(guī)律，所以交流電動勢的波形也近似正弦規(guī)律，如果發(fā)電機定子的三相繞組是對稱繞制的則產(chǎn)生的三相電動勢也是對稱的。(2)三相交流發(fā)電機的感應電動勢瞬時值表達式：