現(xiàn)在的汽車是一個復(fù)雜的機電產(chǎn)品,，絕大多數(shù)的功能運行都是由電來控制的，比如發(fā)動機電控系統(tǒng),、自動變速箱電控系統(tǒng),、車身電控系統(tǒng)、制動與轉(zhuǎn)向電控系統(tǒng),，燈光系統(tǒng),，等等。那么有些人就會感到奇怪了：這汽車上沒有外接電源,，這些電都是從哪兒來的呢,？怎么感覺電能是取之不盡用之不竭的,？雖然汽車上有一個蓄電池，不過它所儲存的電量應(yīng)該是有限的,，當它的電能消耗殆盡的時候,，又是如何補充的呢？

汽車雖然沒有外接電源,，但是汽車本身是有電源的，可以實現(xiàn)自發(fā)電,，這就是汽車的充電系統(tǒng),。在汽車上有兩個電源，一個是蓄電池,，可以儲存一定的電能,，在發(fā)動機沒有啟動之前，汽車上所有的電能都是由它提供的,，比如啟動發(fā)動機,、聽音樂、汽車防盜系統(tǒng)等,；另一個是發(fā)電機,，它是汽車上的主電源，當發(fā)動機正常運行時,，汽車上的所有電能都是由發(fā)電機提供的,，多余的電能會儲存在蓄電池中，當發(fā)電機電能不足以應(yīng)付汽車用電時,，蓄電池會提供一部分電能輔助發(fā)電機工作,。它們二者協(xié)同工作，就構(gòu)成了汽車的電源系統(tǒng),。下面我們就來說說這套系統(tǒng)是如何工作的,，電能又是如何相互轉(zhuǎn)化的。

首先說明一下,，汽車上的電氣系統(tǒng)的特點是直流、低壓（12伏或24伏）,、負極搭鐵,，以下所有的論述，都是在這個前提下進行的,。

首先來說說蓄電池,。汽車上的蓄電池是汽車的輔助電源，絕大多數(shù)都是鉛酸蓄電池，它是一種低壓直流可逆電源,，可以讓化學能與電能相互轉(zhuǎn)化,。它的基本結(jié)構(gòu)是由極板、電解液,、隔板,、殼體這幾大部分組成的，其中極板分為正負極板,，正極板上涂敷著二氧化鉛,，負極板上涂敷著海綿狀的純金屬鉛，電解液是36%左右的硫酸水溶液,。根據(jù)極板的型式以及隔板結(jié)構(gòu)的不同,，蓄電池大致可以分為普通型蓄電池、免維護蓄電池,、干荷電蓄電池以及膠體蓄電池這幾大類，現(xiàn)在汽車上最常用的是免維護蓄電池,。帶有自動啟停功能的車型,，它的蓄電池是特制的，隔板是玻璃纖維的,，電解液被吸附在隔板上,，它的充放電速度更快，并且允許多次充放電,。如果它損壞了,，是不能用普通蓄電池代替的。

一般汽車上只有一個蓄電池,，屬于12伏電源系統(tǒng)；有些高檔汽車會并聯(lián)安裝主-副兩個蓄電池,，電源電壓仍然是12伏,；而在柴油發(fā)動機上，由于啟動力矩較大,，一般串聯(lián)安裝兩個蓄電池,，形成24伏電源系統(tǒng)。那么蓄電池電壓為什么都是12伏呢,？這就要從蓄電池的電能生成原理說起了,。

蓄電池在靜止狀態(tài)下，在正極板處,，二氧化鉛與硫酸作用生成帶正電荷的鉛離子沉浮在正極板上,，使正極板具有2V的正電位；在負極板處，純鉛電離為鉛離子和電子,，兩個電子留在負極板上,，使負極板具有約-0.1V的負電位；這樣在正負極之間就形成了大約2.1V的電位差,，這就是鉛酸蓄電池能夠建立起電動勢的原理,。這樣由一對正負極板組成的電池稱為一個單格蓄電池，一般蓄電池中有六對單格蓄電池,，它們串聯(lián)安裝在一起,，就組成了電壓為12.6伏的蓄電池，對外標稱12伏,。但事實上,，如果在靜止狀態(tài)下測量蓄電池電壓為 12伏，它的電量就所剩無幾了,，一般充滿電的蓄電池電壓都在12.6~12.8伏之間,。

那么蓄電池又是如何放電的呢,？當蓄電池接上負載后,，由于有電壓的存在，所以會產(chǎn)生電流,，驅(qū)動電子會從負極板流向正極板,，正負極板上的金屬鉛和二氧化鉛就變成了鉛離子，然后鉛離子與硫酸根結(jié)合生成硫酸鉛,。這個過程循環(huán)進行,，就會形成持續(xù)的放電電流，分子間的化學能就轉(zhuǎn)換成了電能,。由于這個過程會消耗電解液中的硫酸,，并生成硫酸鉛附著在正負極板上，所以隨著放電時間的延長,，電解液中的硫酸越來越少,，附著在極板上的硫酸鉛越來越多，硫酸與極板上的金屬鉛接觸的越來越少,，反應(yīng)速度越來越慢,，放電電流也隨之越來越小，所以蓄電池放電時間長了越來越無力,，就是這個緣故,。當極板上大部分被硫酸鉛覆蓋的時候，反應(yīng)基本就終止了,，這時候就是所說的“電放沒了”,。

由于蓄電池在放電過程中消耗硫酸，生成了水,，所以在放電過程中電解液的密度是逐漸下降的,，當蓄電池完全沒電的時候，電解液的密度也下降到了最低,。我們測量電解液的密度就可以大致的知道蓄電池的放電程度,，這也是免維護蓄電池電量觀察孔的原理。一般充滿電的蓄電池電解液密度是1.28g/ml左右,，完全沒電的蓄電池電解液密度是1.24g/ml左右,。并且完全放電的蓄電池電解液冰點會升高，在寒冷的冬季有結(jié)冰的危險,。

表征蓄電池容電量的參數(shù)是額定容量。所謂的額定容量,，就是把充滿電的新電瓶在平均溫度為30°C的條件下,，以20h放電率連續(xù)放電，直到電瓶電壓降低到10.5V為止,，電瓶所輸出的容量,。比如說我們汽車上常用的蓄電池型號是6-QA-60，其中的“60”就是額定容量,，是以3A的電流持續(xù)放電20小時，電瓶電壓下降到10.5V所得到的,。一般容電量越高的蓄電池,，內(nèi)部的正負極板、電解液等活性物質(zhì)越多,，體積越大,，成本也越高。現(xiàn)在的汽車為了降低成本,，通常會使用更小的蓄電池,，比如把6-QA-60換成6-QA-45的，蓄電池的體積和額定容量都降低了,，成本也降低了,，但是這樣的蓄電池很不耐用，連續(xù)啟動幾次發(fā)動機,，或者發(fā)動機熄火聽音樂,，蓄電池很快就虧電了。

再來說說汽車發(fā)電機,。汽車發(fā)電機是汽車上的主電源，在發(fā)動機正常運行時，汽車上所有的電能都是由發(fā)電機提供的,，剩余的電能還會給蓄電池充電?，F(xiàn)在汽車上所用的發(fā)電機大多為硅整流三相交流發(fā)電機，它的主要結(jié)構(gòu)是由轉(zhuǎn)子,、定子,、電刷與滑環(huán)機構(gòu)、三相橋式整流器,、軸承,、風扇和前后端蓋等組成。

那么發(fā)電機又是如何發(fā)電的呢,？當點火開關(guān)打開之后，蓄電池給發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈通電,，產(chǎn)生一個磁場,，這個過程稱為“勵磁”。在發(fā)電機運轉(zhuǎn)初期,，這個勵磁電流是由蓄電池提供的,，稱為“他勵”；當發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)后,，發(fā)出的電量足夠多了,，這個勵磁電流就由發(fā)電機自身提供，稱為“自勵”,。然后發(fā)電機轉(zhuǎn)子在發(fā)動機曲軸的帶動下高速旋轉(zhuǎn),，定子線圈就會切割轉(zhuǎn)子線圈的磁力線，根據(jù)楞次定律,，運動的導體切割磁力線就會產(chǎn)生電流,，所以在定子線圈中就會產(chǎn)生電流，發(fā)電機就是這樣發(fā)電的,。不過這樣發(fā)出來的電是三相交流電,，是不能直接在汽車上使用的，必須將其整流為直流電,。這個工作由安裝在發(fā)電機后端蓋上的整流器來完成,，它是由六個二極管組成的一個橋式整流電路，可以將三相交流電轉(zhuǎn)變成直流脈動電壓,。

從這里我們可以看出，發(fā)電機發(fā)電的根本原因是轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場,。如果沒有這個旋轉(zhuǎn)磁場,，是不可能發(fā)出電能的,。而通電的導體在磁場中運動就會受到力的作用，所以發(fā)電機轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時是會受到很大的阻力的,。這個阻力反作用于發(fā)動機曲軸,，對發(fā)動機的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生阻滯作用。所以,，發(fā)電機也是要消耗發(fā)動機功率的,，從最根本的因素談起，汽車上的電能都是由燃油轉(zhuǎn)化而來的,，所以耗電也就是耗油,，發(fā)電機相當于一個把燃油的化學能轉(zhuǎn)化為電能的一個工具，發(fā)電量越高,，自然消耗的燃油也越多,。一般來說，發(fā)電機的功率在0.8~1.5千瓦之間,，足以滿足汽車上所有的用電器同時工作所消耗的電能,，并且還會有剩余的電能給蓄電池充電。如果在某些特殊情況下,，發(fā)電機發(fā)電量不足,，蓄電池會協(xié)助供電。

一般汽車發(fā)動機與發(fā)電機的轉(zhuǎn)速比為1:2.5,，也就是說，當發(fā)動機以800轉(zhuǎn)/分鐘運轉(zhuǎn)時,，即發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn),，發(fā)電機可以2000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，此時足以使發(fā)電機發(fā)出足夠的電量了,。并且隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高，發(fā)電機的發(fā)電電壓和電流都隨之增大,。為了避免電壓過高,，在發(fā)電機上安裝了一個調(diào)節(jié)器，用來接通和切斷勵磁電流,。當發(fā)電機發(fā)電量過大時,，勵磁電流切斷，發(fā)電機就不發(fā)電了,。等電壓降低后,，勵磁電流重新接通，發(fā)電機恢復(fù)發(fā)電,。

那么發(fā)電機又是如何給蓄電池充電的呢,？在汽車電氣系統(tǒng)中，發(fā)電機和蓄電池是并聯(lián)的,，當發(fā)電機正常工作時,，它發(fā)出的電壓一般在13.5~14.5伏之間，高于蓄電池的12伏電壓,，在這種情況下,，蓄電池是以負載的型式存在的，相當于發(fā)電機給蓄電池供電,，也就是發(fā)電機給蓄電池充電,。

那么電能又是如何儲存在蓄電池中呢,？蓄電池在充電時,，在外界電源的作用下，有大量的電子從正極板返回負極板,，使極板上的硫酸鉛還原為純鉛和二氧化鉛,，硫酸根重新與水分子的氫根結(jié)合生成硫酸，這樣就相當于把電能轉(zhuǎn)化成了化學能儲存在蓄電池中,。當硫酸鉛全部還原為純鉛和二氧化鉛之時,，蓄電池就充滿電了。如果在此時繼續(xù)充電,，這些電能就會分解水,，生成了氫氣和氧氣。有時候蓄電池在補充充電時會“冒泡”,，其實就是電解的氫氣和氧氣逸出來了,。在充電過程中，由于電解液中的硫酸越來越多,，電解液的密度是逐漸增加的,，充電越足，電解液的密度越高,；當極板上的硫酸鉛全部轉(zhuǎn)化完后,，電解液的密度也達到了最高值。

以上就是汽車上電力的來源以及蓄電池與發(fā)電機電量的相互轉(zhuǎn)換過程,。在這個過程中，以發(fā)電機供電為主,，蓄電池只是在發(fā)動機熄火以及啟動初期提供電能,。在發(fā)動機正常運行時，如果發(fā)電機電量不足以應(yīng)付汽車電力需求時,，蓄電池也會輔助發(fā)電機供電,。比如一些小排量的發(fā)動機,，在低速運轉(zhuǎn)時，如果同時開啟了大燈等大功率電器,，發(fā)電機負荷過大,，運轉(zhuǎn)阻力過大，就會反作用于發(fā)動機,，發(fā)動機就會抖動嚴重,。此時蓄電池就會參與供電，避免發(fā)電機超負荷和發(fā)動機熄火,。此外,，如果汽車經(jīng)常短距離低速行駛，蓄電池的電能得不到足夠的補充,，也會虧電,，這時候就需要用外接電源來給蓄電池補充充電。