現在的汽車是一個複雜的機電産品，絕大多數的功能運行都是由電來控制的，比如發動機電控系統、自動變速箱電控系統、車身電控系統、制動與轉向電控系統，燈光系統，等等。那麼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？怎麼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，可以實現自發電，這就是汽車的充電系統。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，比如啟動發動機、聽音樂、汽車防盜系統等；另一個是發電機，它是汽車上的主電源，當發動機正常運行時，汽車上的所有電能都是由發電機提供的，多餘的電能會儲存在蓄電池中，當發電機電能不足以應付汽車用電時，蓄電池會提供一部分電能輔助發電機工作。它們二者協同工作，就構成了汽車的電源系統。下面我們就來說說這套系統是如何工作的，電能又是如何相互轉化的。

首先說明一下，汽車上的電氣系統的特點是直流、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化。它的基本結構是由極闆、電解液、隔闆、殼體這幾大部分組成的，其中極闆分為正負極闆，正極闆上塗敷着二氧化鉛，負極闆上塗敷着海綿狀的純金屬鉛，電解液是36%左右的硫酸水溶液。根據極闆的型式以及隔闆結構的不同，蓄電池大緻可以分為普通型蓄電池、免維護蓄電池、幹荷電蓄電池以及膠體蓄電池這幾大類，現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，隔闆是玻璃纖維的，電解液被吸附在隔闆上，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。

一般汽車上隻有一個蓄電池，屬于12伏電源系統；有些高檔汽車會并聯安裝主-副兩個蓄電池，電源電壓仍然是12伏；而在柴油發動機上，由于啟動力矩較大，一般串聯安裝兩個蓄電池，形成24伏電源系統。那麼蓄電池電壓為什麼都是12伏呢？這就要從蓄電池的電能生成原理說起了。

蓄電池在靜止狀态下，在正極闆處，二氧化鉛與硫酸作用生成帶正電荷的鉛離子沉浮在正極闆上，使正極闆具有2V的正電位；在負極闆處，純鉛電離為鉛離子和電子，兩個電子留在負極闆上，使負極闆具有約-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。這樣由一對正負極闆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，它們串聯安裝在一起，就組成了電壓為12.6伏的蓄電池，對外标稱12伏。但事實上，如果在靜止狀态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。

那麼蓄電池又是如何放電的呢？當蓄電池接上負載後，由于有電壓的存在，所以會産生電流，驅動電子會從負極闆流向正極闆，正負極闆上的金屬鉛和二氧化鉛就變成了鉛離子，然後鉛離子與硫酸根結合生成硫酸鉛。這個過程循環進行，就會形成持續的放電電流，分子間的化學能就轉換成了電能。由于這個過程會消耗電解液中的硫酸，并生成硫酸鉛附着在正負極闆上，所以随着放電時間的延長，電解液中的硫酸越來越少，附着在極闆上的硫酸鉛越來越多，硫酸與極闆上的金屬鉛接觸的越來越少，反應速度越來越慢，放電電流也随之越來越小，所以蓄電池放電時間長了越來越無力，就是這個緣故。當極闆上大部分被硫酸鉛覆蓋的時候，反應基本就終止了，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緻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，在寒冷的冬季有結冰的危險。

表征蓄電池容電量的參數是額定容量。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号是6-QA-60，其中的“60”就是額定容量，是以3A的電流持續放電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，内部的正負極闆、電解液等活性物質越多，體積越大，成本也越高。現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，連續啟動幾次發動機，或者發動機熄火聽音樂，蓄電池很快就虧電了。

再來說說汽車發電機。汽車發電機是汽車上的主電源，在發動機正常運行時，汽車上所有的電能都是由發電機提供的，剩餘的電能還會給蓄電池充電。現在汽車上所用的發電機大多為矽整流三相交流發電機，它的主要結構是由轉子、定子、電刷與滑環機構、三相橋式整流器、軸承、風扇和前後端蓋等組成。

那麼發電機又是如何發電的呢？當點火開關打開之後，蓄電池給發電機轉子線圈通電，産生一個磁場，這個過程稱為“勵磁”。在發電機運轉初期，這個勵磁電流是由蓄電池提供的，稱為“他勵”；當發電機正常運轉後，發出的電量足夠多了，這個勵磁電流就由發電機自身提供，稱為“自勵”。然後發電機轉子在發動機曲軸的帶動下高速旋轉，定子線圈就會切割轉子線圈的磁力線，根據楞次定律，運動的導體切割磁力線就會産生電流，所以在定子線圈中就會産生電流，發電機就是這樣發電的。不過這樣發出來的電是三相交流電，是不能直接在汽車上使用的，必須将其整流為直流電。這個工作由安裝在發電機後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，可以将三相交流電轉變成直流脈動電壓。

從這裡我們可以看出，發電機發電的根本原因是轉子高速旋轉産生的旋轉磁場。如果沒有這個旋轉磁場，是不可能發出電能的。而通電的導體在磁場中運動就會受到力的作用，所以發電機轉子運轉時是會受到很大的阻力的。這個阻力反作用于發動機曲軸，對發動機的運轉産生阻滞作用。所以，發電機也是要消耗發動機功率的，從最根本的因素談起，汽車上的電能都是由燃油轉化而來的，所以耗電也就是耗油，發電機相當于一個把燃油的化學能轉化為電能的一個工具，發電量越高，自然消耗的燃油也越多。一般來說，發電機的功率在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，并且還會有剩餘的電能給蓄電池充電。如果在某些特殊情況下，發電機發電量不足，蓄電池會協助供電。

一般汽車發動機與發電機的轉速比為1:2.5，也就是說，當發動機以800轉/分鐘運轉時，即發動機怠速運轉，發電機可以2000轉/分鐘的轉速運轉，此時足以使發電機發出足夠的電量了。并且随着發動機轉速的升高，發電機的發電電壓和電流都随之增大。為了避免電壓過高，在發電機上安裝了一個調節器，用來接通和切斷勵磁電流。當發電機發電量過大時，勵磁電流切斷，發電機就不發電了。等電壓降低後，勵磁電流重新接通，發電機恢複發電。

那麼發電機又是如何給蓄電池充電的呢？在汽車電氣系統中，發電機和蓄電池是并聯的，當發電機正常工作時，它發出的電壓一般在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，相當于發電機給蓄電池供電，也就是發電機給蓄電池充電。

那麼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闆返回負極闆，使極闆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合生成硫酸，這樣就相當于把電能轉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；當極闆上的硫酸鉛全部轉化完後，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電機電量的相互轉換過程。在這個過程中，以發電機供電為主，蓄電池隻是在發動機熄火以及啟動初期提供電能。在發動機正常運行時，如果發電機電量不足以應付汽車電力需求時，蓄電池也會輔助發電機供電。比如一些小排量的發動機，在低速運轉時，如果同時開啟了大燈等大功率電器，發電機負荷過大，運轉阻力過大，就會反作用于發動機，發動機就會抖動嚴重。此時蓄電池就會參與供電，避免發電機超負荷和發動機熄火。此外，如果汽車經常短距離低速行駛，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。

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