现在的汽车是一个复杂的机电产品,绝大多数的功能运行都是由电来控制的,比如发动机电控系统、自动变速箱电控系统、车身电控系统、制动与转向电控系统,灯光系统,等等。那么有些人就会感到奇怪了:这汽车上没有外接电源,这些电都是从哪儿来的呢?怎么感觉电能是取之不尽用之不竭的?虽然汽车上有一个蓄电池,不过它所储存的电量应该是有限的,当它的电能消耗殆尽的时候,又是如何补充的呢?
汽车虽然没有外接电源,但是汽车本身是有电源的,可以实现自发电,这就是汽车的充电系统。在汽车上有两个电源,一个是蓄电池,可以储存一定的电能,在发动机没有启动之前,汽车上所有的电能都是由它提供的,比如启动发动机、听音乐、汽车防盗系统等;另一个是发电机,它是汽车上的主电源,当发动机正常运行时,汽车上的所有电能都是由发电机提供的,多余的电能会储存在蓄电池中,当发电机电能不足以应付汽车用电时,蓄电池会提供一部分电能辅助发电机工作。它们二者协同工作,就构成了汽车的电源系统。下面我们就来说说这套系统是如何工作的,电能又是如何相互转化的。
首先说明一下,汽车上的电气系统的特点是直流、低压(12伏或24伏)、负极搭铁,以下所有的论述,都是在这个前提下进行的。
首先来说说蓄电池。汽车上的蓄电池是汽车的辅助电源,绝大多数都是铅酸蓄电池,它是一种低压直流可逆电源,可以让化学能与电能相互转化。它的基本结构是由极板、电解液、隔板、壳体这几大部分组成的,其中极板分为正负极板,正极板上涂敷着二氧化铅,负极板上涂敷着海绵状的纯金属铅,电解液是36%左右的硫酸水溶液。根据极板的型式以及隔板结构的不同,蓄电池大致可以分为普通型蓄电池、免维护蓄电池、干荷电蓄电池以及胶体蓄电池这几大类,现在汽车上最常用的是免维护蓄电池。带有自动启停功能的车型,它的蓄电池是特制的,隔板是玻璃纤维的,电解液被吸附在隔板上,它的充放电速度更快,并且允许多次充放电。如果它损坏了,是不能用普通蓄电池代替的。
一般汽车上只有一个蓄电池,属于12伏电源系统;有些高档汽车会并联安装主-副两个蓄电池,电源电压仍然是12伏;而在柴油发动机上,由于启动力矩较大,一般串联安装两个蓄电池,形成24伏电源系统。那么蓄电池电压为什么都是12伏呢?这就要从蓄电池的电能生成原理说起了。
蓄电池在静止状态下,在正极板处,二氧化铅与硫酸作用生成带正电荷的铅离子沉浮在正极板上,使正极板具有2V的正电位;在负极板处,纯铅电离为铅离子和电子,两个电子留在负极板上,使负极板具有约-0.1V的负电位;这样在正负极之间就形成了大约2.1V的电位差,这就是铅酸蓄电池能够建立起电动势的原理。这样由一对正负极板组成的电池称为一个单格蓄电池,一般蓄电池中有六对单格蓄电池,它们串联安装在一起,就组成了电压为12.6伏的蓄电池,对外标称12伏。但事实上,如果在静止状态下测量蓄电池电压为 12伏,它的电量就所剩无几了,一般充满电的蓄电池电压都在12.6~12.8伏之间。