1.3　汽车电气系统组成

1.3.1　电气系统基本组成

汽车电气系统可分为电源系统、用电设备和配电系统三大类，组成和分布如图1-3-1和图1-3-2所示。

汽车电气系统各部分组成及主要部件如表1-3-1所示。

1.3.2　电气系统简单原理

（1）电源、启动、充电系统

汽车蓄电池、发电机构成汽车的双电源。蓄电池在发电机启动时向起动机供电，并在发电机不工作时向用电设备供电。当发电机工作时，由发电机向全车用电设备供电。

① 蓄电池　俗称电瓶，是一种化学能转变为电能的装置。蓄电池的作用如下。

a．在发动机启动时，给起动机提供大电流，同时向点火系统、燃油喷射系统及发动机其他用电设备供电。

b．当发电机不工作时，由蓄电池向用电设备供电。

c．当发电机正常发电时，蓄电池将发电机的电能转变为化学能储存起来（即充电）。

d．当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电。

e．当取下车钥匙时，由蓄电池向时钟、发动机及其他控制单元、音响系统及防盗报警系统等供电。

f．蓄电池还可以吸收电路中的瞬间过电压，保持汽车电气系统电压的稳定，保护电子元件。

目前汽车上普遍采用铅酸蓄电池，混合动力和电动汽车上采用的高压蓄电池为锂离子电池。无论是普通车辆上采用的铅酸蓄电池，还是混合动力、电动汽车上采用的高压锂离子电池，都是由单格电池串联而成的。铅酸蓄电池每个单格电池电压为2.1V，6个单格电池串联得到12V蓄电池。奥迪Q5混合动力车型高压锂离子电池电压达266V，由72个电压为3.7V的单格锂电子电池串联组成。

铅酸蓄电池的单格电池结构如图1-3-3所示。单格电池由一个正极板组和一个负极板组组合而成。

极板组由电极和隔板构成。电极由铅栅板和活性物质构成。隔板（微孔绝缘材料）用于分离不同极性的电极。电极或极板组在充满电时浸在38%浓度的硫酸溶液中（电解液）。

接线端子、单格电池和极板连接线由铅制成。正极和负极具有不同的直径。正极总是比负极粗。不同的直径可以避免蓄电池连接错误（防止接错极）。单格电池连接线穿过隔板。

由6个单格电池组成的12V蓄电池构造如图1-3-4所示。

6个单格铅酸蓄电池串联安装在由耐酸性绝缘材料制成的蓄电池外壳内。外面由底板固定蓄电池。上面外壳通过端盖封闭，蓄电池外壳如图1-3-5所示。

铅酸蓄电池一般安装在发动机舱，并且在蓄电池外部安装有热保护装置。也有部分车型将蓄电池安装在行李厢内，如图1-3-6所示。

② 发电机　通过螺栓固定在发动机的机体或通过附件支架固定在机体上。发电机由多楔带通过发动机曲轴驱动。发动机气缸体布置形式不同，发电机的安装位置有所不同，图1-3-7所示为直列4缸发动机和V形12缸发动机发电机的安装位置。

发电机可分为直流发电机和交流发电机，目前汽车上普遍采用交流发电机。各品牌汽车安装的交流发电机结构和原理基本相同。交流发电机构造如图1-3-8所示，主要由转子、定子、调节器、端盖、带轮和风扇等组成。

③ 启动系统　由蓄电池、点火开关、启动继电器、发动机ECU、起动机等组成，如图1-3-9所示。起动机在点火开关和启动继电器的控制下，将蓄电池的电能转化为机械能，带动发动机飞轮齿圈使曲轴转动，完成发动机的启动。

将点火开关转到START位置时，发动机ECU将启动继电器转至ON，电流在电磁开关内部的吸引线圈和保持线圈中流动，并对柱塞产生引力，柱塞被吸引时，与柱塞相连的杆会受到促动，从而使超越离合器与小齿轮接合。另外，吸引柱塞将打开电磁开关，从而使B端子与M端子导通。这样，电流流入起动机电机。在启动发动机后，点火开关重新回到ON位置时，发动机ECU将启动继电器转至OFF位置，小齿轮与齿圈脱离。驱动齿轮和电枢轴间装有一个超越离合器，以防止损坏起动机。

目前汽车普遍采用的起动机为直流串励式起动机。安装在发动机左后方靠近发动机飞轮齿圈的地方，用两个螺钉固定在变速器外壳的螺纹孔内。起动机由端盖、电刷、电枢、驱动齿轮、单向离合器、电磁开关等组成，如图1-3-10所示。

④ 充电系统　由交流发电机、发动机ECU、组合仪表上的充电警告灯、蓄电池等组成，如图1-3-11所示。充电系统利用交流发电机输出，使蓄电池在不同的电气负荷下输出电压保持恒定的水平。发电机励磁线圈的旋转使定子中产生交流电压。产生的交流电流经过二极管的整流变为直流电。

在打开点火开关时，电流流入励磁线圈，在励磁线圈中产生初始励磁作用。当定子线圈在发动机启动后开始产生电力时，定子线圈的输出电流激励励磁线圈。交流发电机输出电压随励磁电流的增大而升高，随其减小而降低。当蓄电池电压（交流发电机S端子电压）达到约14.4V的调节电压时，励磁电流将被切断。当蓄电池电压低于调节电压时，调压器通过控制励磁电流将输出电压调节到一个恒定水平。另外，当励磁电流恒定时，交流发电机的输出电压将随发动机的转速增大而升高。

（2）照明系统

为了保证汽车行驶安全，目前汽车上都装备了多种照明及信号设备，而且各国对照明及信号设备在法律上都有不同程度的规定。不同汽车照明及信号系统是不完全相同的，除了美观、实用外，还必须满足两个要求：一个是保证运行安全；另一个是符合交通法规。汽车照明与信号系统的基本组成如图1-3-12所示，各照明灯作用及特征如表1-3-2所示。

目前汽车照明系统中常见的灯泡有卤素灯泡、氙气灯和LED灯。

卤素灯泡简称为卤素泡或者卤素灯，又称为钨卤灯泡、石英灯泡。原理是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体，在高温下，升华的钨丝与卤素进行化学作用，冷却后的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，避免钨丝过早断裂。因此卤素灯泡比白炽灯寿命长。卤素灯目前仍然大量使用在汽车的前照灯、小灯、尾灯、室内照明灯等位置。

氙气灯简称为氙灯，又称为HID气体放电灯，结构如图1-3-13所示。氙气灯利用配套的电子镇流器将汽车蓄电池12V电压瞬间提升到23kV以上，将氙气灯中的氙气电离形成电弧放电并使之稳定发光。

氙灯没有灯丝，这是氙灯与传统灯具最重要的区别。氙灯是利用两电极之间放电器产生的电弧来发光的，如同电焊中产生的电弧的亮光。高压脉冲电加在完全密闭的微型石英管内的金属电极之间，激励管内的物质（氙气、少量的水银蒸气、金属卤化物）在电弧中电离产生光亮。这种光亮的色温与太阳光相似，但含较多的绿色与蓝色成分，因此呈现蓝白色光。这种蓝白色光大幅提高了道路标志和指示牌的亮度。

氙气前照灯灯泡的光色和日光灯相似，其亮度是目前卤钨灯泡亮度的2.5倍，寿命是卤钨灯泡的5倍，灯泡的功率为35W，可节能40%，且色温舒适度高，可以有效减少驾驶员的视觉疲劳，对于驾车安全性也间接有所助益。奥迪A6L、Q5、A7等车系使用的氙气前照灯如图1-3-14所示。