1、新能源汽车电学基础与高压安全,能够区分串联电路和并联电路，并在新能源汽车上运用。,项目1 电学基础知识,1.原子、电子和电荷载体,通常，物质由不同的元素构成。元素的最小组成部分是原子。原子也是可分割的，它由中子、质子和电子组成。右图所示的原子模型，即玻尔原子模型。它表示了电子、质子和中子之间的关系。,物质内部分布着正电荷（质子）和负电荷（电子）。当带正电的质子和带负电的电子数量刚好相等时，物质不带电。当带正电的质子和带负电的电子数量不相等时，该物质带电。,原子核：位于原子的中心，由质子和中子构成。中子：不带电荷的质量粒子。质子：带正电荷的粒子。质子和中子的质量几乎相等。,原子核：带正电荷。电子2、：带负电荷的粒子。原子壳内电子的数量与原子核内质子的数量相等。原子对外呈电中性。,电子在围绕原子核的几个圆形或椭圆形轨道上移动。一种物质最多有7条这样的轨道。由内向外用数字17 或大写英文字母KQ 表示。每条轨道上始终只有特定数量的电子在移动。电子多于质子或质子多于电子时，将原子称为离子。阳离子：原子的质子多于电子。阴离子：原子的电子多于质子。至少包括两个原子的新连接称为分子。,原子吸收能量（例如热、光和化学能）后，价电子从原子外侧壳体上脱离，形成所谓的自由电子。自由电子从一个原子移动到另一个原子时称为电子流动或电流。电子流动包括很多自由电子。自由电子的这种移动是不定向的，即没有任何优先移动方3、向。,电流：电荷载体（例如物质或真空中的自由电子或离子）的定向移动。电路组成：电源（能持续提供电能的装置叫电源，例如电池和发电机）、用电器（例如白炽灯泡）和导线。,2.电流,电路闭合时，所施加的电压使导体和用电器的所有自由电子同时朝一个方向移动，如上图所示。单位时间内流动的电子（电荷载体）数量就是电流强度，俗称电流。,符号：电流强度的符号是I。计量单位：电流强度I的计量单位是安培（A）。直流电流：在最简单的情况下，电流流动不随时间而改变，这种电流称为直流电流（DC）,将电路内部的电流方向规定为从正极流向负极。在一个闭合电路内，负极排斥自由电荷载体（电子），正极吸引自由电荷载体（电子），因此产生4、一个从负极流向正极的电子流。该电流方向为物理电流方向，又称为电子移动方向。两种电流方向，如右图所示。,交流电流（AC）：以周期方式改变极性（方向）和电流值（强度）的电流。该定义也适用于交流电压。交流电流的特点：其电流方向呈周期性变化，如下图所示。电流变化频率：（通常也称电源频率）表示每秒内电流朝相同方向流动的次数。,t交流电变化周期i瞬时电流ieff有效电流iss电流强度幅值ispos正向最大电流isneg反向最大电流,3.电压,电压电源始终具有带有不同电荷的两极，一侧是缺少电子的正极，另一侧是电子过剩的负极。在负极与正极之间有一种电子补偿趋势，即两极连接起来时，电子由负极流向正极，这种电子补5、偿趋势称作电压。,可按以下方式描述电压：电压是施加在自由电子上的压力或作用力。电压是产生电流的原因。两点或两极之间产生电荷差时就会形成电压（压力）。符号：电压的符号是U。计量单位：电压U的计量单位是伏特（V）。直流电压：电压值和极性保持不变的电压称为直流电压，如右图所示。,变动电压：电压的大小及方向随时间变化。交流电压：对电路分析来说，一种最为重要的变动电压是正弦交流电压，简称交流电压。交流电压的特点：大小及方向均随时间按正弦规律周期性变化。交流电压的瞬时值要用u或u（t）表示。右图展示了正弦交流电压（u）随时间（t）变化的情况。,在电路中，任意两点之间的电位差称为这两点的电压降。电压可分为：6、高电压、低电压和安全电压。高低电压间的区别：以电气设备的对地电压值为依据，对地电压高于或等于1 000V 的为高压；对地电压小于1 000V 的为低压。安全电压：人体较长时间接触而不致产生触电危险的电压。我国对工频安全电压规定了五个等级，即42V、36V、24V、12V 及6V。,4.电阻,自由电荷载体在导体内部移动的结果是，自由电荷载体与原子相撞，因此，电子流动受到干扰，这种效应称作电阻。特点：限制电路内电流。电路符号如下图所示。,电阻由导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值来定义，即R=U/I。电阻的大小可以用来衡量导体对电流阻碍作用的强弱，即导电性能的好坏。电阻的阻值与导体的材料、形状7、体积及周围环境等因素有关。,符号：电阻的符号是R。计量单位：电阻的计量单位是欧姆，用希腊字母表示。,不同导体的电阻按性质的不同还可分为两种类型：线性电阻或欧姆电阻，满足欧姆定律；非线性电阻，不满足欧姆定律。,线性电阻：阻值取决于导体的尺寸、比电阻和温度，计算公式如上图所示。,上图中，为比例系数，由导体的材料和周围温度决定，称为电阻率。电阻率：指温度为20时，长1m、横截面积为1mm2 导体的电阻值。电阻率的国际单位：欧姆米（m）。,在电工学中通常还会用到电阻的倒数，即电导率。电导率的符号：G。电导率的单位：西门子每米（S/m）。根据电导率，可将材料分为导体、非导体和半导体。,电子系统通常需要8、将电路电流限制在一个特定值内。电阻上注明的电阻值仅适用于温度20的条件。之所以有这种限制是因为所有材料的电阻都会随温度变化。,电压电源的内阻：至今我们都假设，一个电压电源始终提供规定电压U，例如纽扣电池提供4.5V 电压。但当接通一个或多个能量转换器（俗称用电器，例如白炽灯、电动机等）时，所有电池和大部分供电单元都会出现电压降。,5.欧姆定律,欧姆定律：在恒温下，一个金属导体上的电压降U与流经导体的电流强度为 I 的电流成正比。电压（U）=电流（I）电阻（R）欧姆定律可用以下三个公式表达：U=IRI=U/RR=U/I,欧姆定律成立时，以导体两端电压为横坐标，导体中的电流 I 为纵坐标，所做出的9、曲线，称为伏安特性曲线。通过坐标原点的直线。斜率为电阻的倒数。,6.电功及电功率,（1）电功,电能可以转化成多种其他形式的能量。电功的实质是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能，能的总量不变。,功的单位：焦耳（J）或者千瓦时（kWh）。电功的计算公式：W=Pt=UIt=UQ式中，Q为电荷；t 为通电时间；P为电功率。对于纯电阻电路（无电动机），电功的计算公式如下：W=Q=IRIt=I2Rt（Q 为电热，一般在串联电路中使用）；W=Q=（UU/R）t=（U2/R）t（一般在并联电路中使用）。,（2）电功率,在相同时间内，电流通过不同用电器所做的功，一般不同10、。为表示电流做功的快慢，物理学中引入了电功率的概念。电流在单位时间内所做的功叫作电功率。电功率用P来表示，P=UI。电压U的单位要用伏特（V）。电流I 的单位要用安培（A）。电功率P的单位就是瓦特（W）。电功率的单位还有千瓦，符号是kW。1kW=1 000W，1W=1 000mW把公式P=W/t 变形后可得W=Pt，由此可以定义“千瓦时”，电流在1h 内所做的功，就是1kWh。1kWh=1 000W3 600s=3.6106J电功率P、电压U、电流I 和电阻R 之间的关系，如图所示,7.电路类型,（1）串联电路,将电路元件（如电阻、电容、电感、用电器等）逐个顺次首尾相连，串联起来组成的电路叫串11、联电路。开关可在任何位置控制整个电路，即其作用与所在的位置无关。,（3）串联和并联的区别,串联和并联最直观的区别：两种连接方式中的电池所表现的不同特点，四节1.5V 电池串联起来有6V，而并联则仍然只有1.5V，如右图所示。,串联分压，并联分流：在串联电路中，各电阻上的电流相等，各电阻两端的电压之和等于电路总电压，可知每个电阻上的电压小于电路总电压，故串联电阻分压。在并联电路中，各电阻两端的电压相等，各电阻上的电流之和等于总电流（干路电流），可知每个电阻上的电流小于总电流（干路电流），故并联电阻分流。,那么，怎样判断电路中用电器之间是串联还是并联呢？用电器连接法：分析电路中用电器的连接方法，逐12、个顺次连接的是串联，并列在电路两点之间的是并联。电流流向法：电流从电源正极流出，依次流过每个元件的是串联；在某处分开流过两个支路，最后又合到一起，则该电路为并联。去除元件法：任意拿掉一个用电器，看其他用电器是否正常工作，如果所有用电器都被拿掉一遍，而其他用电器都可以继续工作，那么这几个用电器间的连接关系是并联，否则为串联。用笔画线代替导线，能用一根导线将所有用电器连起来为串联，不能则为并联。,1.任务准备安全防护：注意220V家用电压保护。工具设备：电气箱（行云新能INW-DQX）、插线板。台架车辆：无。辅助资料：电气箱（行云新能INW-DQX）使用说明书、连接导线、教材。,2.实施步骤（1）13、电气箱的识别与使用方法电气箱如右图所示，它由电源、汽车电气系统、传感器和汽车电子系统等部分组成。,汽车电源电气箱电源电路连接图和组件安装位置（位于电气箱的左上角）如下图 所示。电源部分主要为电气箱提供直流电源（5V、10V、12V）和交流电源（9V、12V、15V）。直流电源12V的15接线柱已经在电路板中与各用电系统接通，无需另外接线。交流电源需要连接线路并打开电源开关，同时LED 指示灯会点亮提示。连接电路中如果出现短路，则电源继电器左侧的熔丝会切断电源保护。,汽车电气系统汽车电气系统电路连接图和组件安装位置（左侧中间）如右图所示。汽车电气系统主要由电阻、继电器、电容、发电机、起动机、灯泡14、和调节电阻等常见汽车电气组件组成。该系统能够实现串联和并联电路、电容、电阻、电磁线圈等汽车电子元件特性的测量。最上方的15号接线柱已经全部和12V电源接通，最下方的31号（搭铁）接线柱和电源部分的31号线接通，无需和电源单独接线。,汽车电子系统汽车电子系统电路连接图和组件安装位置（右侧中间）如右图。汽车电子系统主要由二极管、限流电阻、发光二极管和晶体管等汽车常见电子元件组成。该系统能够实现二极管、晶体管等汽车电子元件特性的测量。最上方的15号接线柱已经全部和12V电源接通，中间的31号（搭铁）接线柱和电源部分的31号线接通，无需和电源单独接线。,汽车传感器汽车传感器电路连接图和组件安装位置（左15、侧下方）如图所示。汽车传感器主要由电阻、热敏电阻、发光二极管、电容和调节电阻等汽车常见电子元件组成。该系统能够实现汽车常见传感器特性的测量。最上方的15号接线柱已经全部和12V电源接通，最下方的31号（搭铁）接线柱和电源部分的31号线接通，无需和电源单独接线。,脉冲宽度（占空比）脉冲宽度电路连接图和组件安装位置（右侧上方）如图所示。脉冲宽度电路主要由电阻、调节电阻、单片机和二极管等汽车常见电子元件组成。该系统能够实现汽车占空比特性的测量。最上方的15号接线柱已经全部和12V电源接通，最下方的31号（搭铁）接线柱和电源部分的31号线接通，无需和电源单独接线。,（2）电路的连接使用电气箱（行云新能16、INW-DQX）实现串联电路和并联电路的连接。串联电路的连接：接通电源后观察灯泡的亮度_，无需测量。并联电路的连接：接通电源后观察灯泡的亮度_，无需测量。,1.熔断器的识别保险丝是通俗叫法，它的专业名称是“熔断器”，车用熔断器与家用熔断器的作用大同小异。当电路中用电器负载过大或电路中有短路的情况，导致电路中电流异常并超过其额定电流时熔断器会熔断，起到保护电路及用电设备的作用，它是保护构成汽车电路的导线、用电设备、装置等的重要部件。,1.熔断器的识别保险丝是通俗叫法，它的专业名称是“熔断器”，车用熔断器与家用熔断器的作用大同小异。当电路中用电器负载过大或电路中有短路的情况，导致电路中电流异常并超17、过其额定电流时熔断器会熔断，起到保护电路及用电设备的作用，它是保护构成汽车电路的导线、用电设备、装置等的重要部件。,任务2电路基础元件的识别,（1）车用熔断器种类熔断器的发展如下图所示。,熔断器的发展,按形状分：插片式熔断器、方形熔断器、玻璃管式熔断器、裸片熔断器、插栓式熔断器，如下图所示。,熔断器按形状分类,按额定电压分：高压熔断器、低压熔断器。高压熔断器：工作电压在DC32DC450V 之间。熔断器的额定电压值必须等于或大于工作电压，因此常见的高压熔断器的额定电压值分为32V、125V、250V 和600V 系列。按熔断速度分：快熔熔断器、慢熔熔断器。快熔熔断器的主要部件是细锡线，用在阻性18、电路中，保护一些对电流变化特别敏感的元 器件。慢熔熔断器又称为耐浪涌熔断器或延时熔断器，它与快熔熔断器的主要区别在于对瞬间脉冲电流的承受能力不同，其熔体主要部件是锡-铜合金片，主要应用于感性或容性电路。,一般来说，在刮水器、鼓风电动机、电动车窗等电路中使用慢熔熔断器，在前照灯、后玻璃除霜等电路中使用快熔插片式熔断器。,（2）插片式熔断器的结构与原理插片式熔断器主要由电极、熔断体（熔丝）和绝缘体组成，如下图所示。,插片式熔断器结构及电路符号,熔断体是熔断器的核心，熔断时起到切断电流的作用，由比普通导线熔点低的焊料金属制成。其尺寸经过非常精确的校准，当电流通过熔断体时，因熔断体存在一定的电阻，所以19、熔断体会发热，温度从环境温度逐渐上升，同时熔断器也会通过连接条件散热。受金属材料表面张力及重力作用，熔断体的液体部分向两端拉开距离并向下落，电压引起的电弧使熔断体温度继续上升，进一步拉开距离，直至电路电流被完全切断，从而起到保护电路安全的作用，如下图所示。综上，熔断器动作的真正原因是过电流引起的高热量。,熔断器熔断示意,熔断器分断时间,熔断器的电极（端子）通常有两个，它是熔断体和电路连接的重要部件，必须有良好的导电性，不应产生明显的安装接触电阻。电极（端子）和熔断器盒插座并不是完全接触，可通过透光观察出来。绝缘体的作用是将熔断体与电极固定成为刚性的整体，以便于安装。同时为方便检查，在绝缘体的上20、方两侧设计有测试点并标注有熔断器的类型、额定电压、额定电流及品牌，如右图所示。为保证使用安全，绝缘体的材料必须具有良好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性，在使用中不应产生断裂、变形、燃烧及短路等现象，如下图所示。,熔断器参数标注,劣质熔断器110%寿命试验的熔断情形,插片式熔断器按绝缘体和电极的尺寸不同分为中号平脚、小号长脚和小号短脚三种形式，如下图所示。,插片式熔断器的区分,（3）熔断器的规格及选择方法熔断器在使用过程中有两个重要的工作参数，一个是额定电流，另一个是额定电压。使用时要根据电路的电流和电压来选择相应的熔断器，如下图所示。,熔断器的规格,额定电压额定电压指熔断器的公称额定电压，是21、熔断器安全保护性能的指标。只有电路中的电压等于或小于熔断器额定电压时，熔断器才可保证熔断体经过电流熔断后不被击穿，不会持续拉弧或再次导通，从而安全可靠地切断电路。标准的熔断器额定电压值分为：32V、125V、250V 和600V。额定电流额定电流指熔断器的公称额定电流，它是一个识别名称，并不能真实反映实际熔断电流和熔断时间。为避免熔断器外壳损坏导致看不清标示的安培数，不同安培数的熔断器采用不同颜色，更换时只要确定其颜色相同即可，如右图所示。熔断器颜色有一套国际标准：2A 灰色、3A 紫色、4A 粉色、5A 橘黄、7.5A 咖啡色、10A 红色、15A 蓝色、20A 黄色、25A 无色透明、3022、A 绿色、40A 深橘。,熔断器颜色与额定电流对照,计算选取导线截面积在确定熔断器的容量后，为使熔断器与用电设备、连接导线相适应，发挥其保护电路的作用，必须选择对应熔断器额定电流的适当规格的导线，确保导线不发烟的最大电流大于熔断器的最低熔断电流。一般按熔断器额定电流的135%来计算。关于导线截面积的计算，可根据流通电流与导线截面积关系经验理论值进行选择，长时间工作的电气设备可选择实际载流量60%的导线，短时间工作的用电设备可选用实际载流量60%100%之间的导线，我国汽车线束标称导线截面积的推荐值见右表。,我国汽车线束标称导线截面积的推荐值,有些专家总结出导线截面积经验计算公式：A=I L/U23、d式中，I 为电流；P 为功率；Us 为系统电压；A 为导线截面积；Ud 为允许最大电压降损失；为铜导线电阻率，一般取值0.0185mm2/m；L 为导线长度，单位为m。,1.熔断器的识别保险丝是通俗叫法，它的专业名称是“熔断器”，车用熔断器与家用熔断器的作用大同小异。当电路中用电器负载过大或电路中有短路的情况，导致电路中电流异常并超过其额定电流时熔断器会熔断，起到保护电路及用电设备的作用，它是保护构成汽车电路的导线、用电设备、装置等的重要部件。,2.汽车灯泡的识别（1）卤素灯如下图所示，卤素灯其实就是生活中我们使用的白炽灯的升级版，加入卤族元素后，能使白炽灯的亮度提高1.5 倍，同时使用寿命24、也是普通白炽灯的23 倍。为了提高白炽灯的发光效率，首先必须提高钨丝的温度，但相应会造成钨的升华，并凝华在玻璃壳上使玻璃壳发黑。在白炽灯中充入卤族元素或卤化物，利用卤钨循环的原理可以消除白炽灯的玻璃壳发黑现象。,卤素灯泡及电路符号,（2）氙气灯氙气灯是目前高端车型普遍采用的车灯形式。氙气灯亮度较高，一般配备透镜后视觉效果更好。氙气灯在石英灯管内填充高压惰性气体氙气，取代传统的灯丝，在两段电极上有水银和碳素化合物，通过安定器以23000V 高压电刺激氙气发光，在两极间形成完美的白色电弧，发出的光接近太阳光。,氙气灯色温与亮度效果,一般来说，氙气灯相比卤素灯色温更高。目前主流的氙气灯色温4200625、000K，光色趋近于正午太阳光。理论上，越接近太阳光的颜色越容易使人眼适应。但目前改装氙气灯的色温多为4200K，这样的色温其实与卤素灯相差不大。这主要是考虑到实用性，色温越低越能保证光的穿透性。如左图所示。,由于色温不同，肉眼其实很好分辨卤素灯和氙气灯。色温是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。色温是通过对比色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。,为缓解氙气灯的延迟性，目前许多配备氙气灯的车型，远光灯依旧使用卤素灯。另外还可利用预先对氙气进行加热来消除延迟性，这种做法一般用于双透镜车型。透镜的作用是将氙气灯的散乱灯光汇聚成平行灯光，以获得更好的灯光指向性。由于氙气灯亮度较高，如果不加装透镜很26、容易使灯光发散，影响行车安全。双光透镜实际上是远近光一体透镜，“双”并不是指透镜数量，其含义是远近光共用一个发光单元，通过调整遮光板来实现远近光功能，如下图所示。,氙气灯的双透镜,除上面介绍的两种车用灯外，LED 灯的应用也愈发广泛。发光二极管（Light-EmittingDiode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。LED 灯的光学结构和氙气灯基本相同，都需要一个反射碗和一个透镜来汇聚平行光线。由于LED 灯对热敏感，还需要特别加装散热装置，如下图所示。,（3）LED 灯,LED 灯结构,（4）激光灯激光灯的发光元件是激光二极管，激光灯具有很多与LED 灯相似的优点，例如响应速度快、节能27、体积小、寿命长、亮度衰减低。在能耗和体积方面，激光灯比LED 灯有更大的优势。激光前照灯是宝马i8 的选装配置，标配LED 前照灯。在照射距离方面，激光前照灯能照射到车辆前方600m 的范围，而LED 远光灯只能照射到300m 的范围，如右图所示。,宝马i8 混合动力车的激光灯照射距离与LED 灯对比,宝马i8 混合动力车的激光前照灯照射过程A激光光源B反射镜C黄磷滤镜D反射碗,（1）直标法将电阻的阻值和偏差直接用数字和字母印在电阻上（无偏差标示为允许偏差20%）。,4.电阻的识别,（2）色标法将不同颜色的色环涂在电阻器（或电容器）上来表示电阻（电容器）的标称值及允许偏差，固定电阻器色环标志28、读数识别规则及各种颜色对应的数值，如左图所示。,第一部分：靠近电阻前端的一组用来表示阻值。每一条色环间等距，自成一组，容易和第二部分的色环区分。两位有效数的电阻值，用前三个色环来代表阻值。三位有效数的电阻值，用前四个色环来代表阻值。,第二部分：靠近电阻后端的一条色环用来代表公差精度。三色环电阻。第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环代表倍率。用前两个色环来代表阻值。四色环电阻。四个色环电阻的识别：第一、二色环分别代表两位有效数的阻值；第三色环代表倍率；第四环代表偏差。五色环电阻。五个色环电阻的识别：第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值；第四环代表倍率；第五环代表偏差。六色环电阻。六个色29、环电阻的识别：六色环电阻的前五个色环与五色环电阻含义一样，第六色环表示该电阻的温度系数。,热敏电阻的主要特点：灵敏度较高，其电阻温度系数比金属大10100 倍，能检测出10-6的温度变化。工作温度范围宽，常温器件适用于55315，高温器件适用温度高于315（目前最高可达2000），低温器件适用于-273-55。体积小，能够测量其他温度计无法测量的空隙、腔体及生物体内血管的温度。使用方便，电阻值可在0.1100k 间任意选择。易加工成复杂的形状，可大批量生产。稳定性好、过载能力强。,电容是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成的。电容器的存储能力以电容衡量，电容的单位是法拉（F）。电容取决于导电30、板的面积、导电板间的距离和板间绝缘材料（电介质）的性质。如右图所示，非极化电容器的两个接头相同，可以相互调换。,7.电磁线圈的识别电路中的电磁线圈指电感器，它由导线一根一根地绕起来，导线彼此绝缘，而绝缘管可以是空心的，也可以包含铁心或磁粉芯，如下图所示。电感器用L 表示，单位有亨利（H）、毫亨利（mH）和微亨利（H），1H=103mH=106H。,8.二极管的识别二极管是一种具有两个电极的电子元件，只允许电流由单一方向流过，具有整流功能。变容二极管（Varicap Diode）则用作电子式的可调电容器。二极管种类很多，如下图所示。,9.晶体管的识别,晶体管全称为半导体晶体管，也称双极型晶体管，31、它是一种控制电流的半导体器件，作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号，也用作无触点开关。,晶体管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的“PN 结”，两个“PN 结”把整块半导体分成三部分，中间部分是基极（B），两侧部分分别是发射极（E）和集电极（CC），排列方式有“PNP”和“NPN”两种，如下图所示。,1.熔断器的识别保险丝是通俗备、装置等的重要部件。,1.任务准备安全防护：注意实训展示柜的保护。工具设备：电路基础元件展示柜（行云新能INW-DZG）。台架车辆：无。辅助资料：教材。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,元件名称：；电路符号：；基本功能：。,THANK YOU,