新能源汽車維修專題-9

我們學(xué)習(xí)新能源汽車維修，繞不開直流電和交流電，在實(shí)際維修當(dāng)中，這兩種電你肯定都要遇到。可以這么說，直流電和交流電是電學(xué)當(dāng)中最基礎(chǔ)的知識(shí)，如果你對(duì)這些基礎(chǔ)電學(xué)知識(shí)都沒有概念，別說修新能源車了，在日常生活當(dāng)中你就是個(gè)“電盲”，家里那些簡(jiǎn)單的電工活，恐怕也指望不上。

之前我們?cè)凇半妷骸钡恼n程當(dāng)中，已經(jīng)提到過直流電和交流電，但是沒有展開講述。所以，我們還是有必要把這兩種電的基礎(chǔ)知識(shí)好好過一遍，給大家惡補(bǔ)一下。

這節(jié)課，我們就先來學(xué)習(xí)一下直流電。

要知道什么是直流電，先得了解電流，它到底是怎么形成的？

由于電源（比如電池）的正負(fù)極之間存在電勢(shì)差（也就是“電壓”），當(dāng)正負(fù)極之間通過電路連接形成回路之后，這種電勢(shì)差（電壓）就促使電子從負(fù)極（-）向正極（+）移動(dòng)，這種電子在電路內(nèi)部的規(guī)律性的流動(dòng)，就形成了電流。這里要提醒一下各位，由于電子攜帶的是負(fù)電荷，所以在電路當(dāng)中，電子的實(shí)際移動(dòng)方向，是從低電壓的負(fù)極（-）出發(fā)，一路穿過導(dǎo)線、元器件或者用電設(shè)備，移動(dòng)到高電壓的正極（+）。但是，根據(jù)物理學(xué)的規(guī)定，電流的方向是要參照正電荷的移動(dòng)方向，也就是說，電流是從高電壓的正極（+）通往低電壓的負(fù)極（-），這和電子的實(shí)際移動(dòng)方向是正好相反的。大家知道這一點(diǎn)就好，不用過多糾結(jié)。

新能源汽車上的橙色高壓線路

知道了電流的產(chǎn)生原理，我們?cè)賮砜纯粗绷麟娪质窃趺匆换厥拢?/p>

剛才說了，連接電源的電極，形成回路，就會(huì)產(chǎn)生電流。如果這個(gè)電源的電壓方向是固定的，那么在連接電極的回路當(dāng)中，這些電子就像被一股無形的、穩(wěn)定的力量在“推著跑”，從負(fù)極（-）跑出來，一路跑向正極（+），如此循環(huán)往復(fù)，電子跑動(dòng)的方向不會(huì)發(fā)生改變。這就像是咱們道路交通里面的單行線，所有車輛只能往一個(gè)方向行駛，不能逆行。

這種方向不隨時(shí)間變化的電流回路，就是直流電！這很好理解吧？ 更嚴(yán)謹(jǐn)更專業(yè)地說，所謂直流電，就是電荷沿著單一方向，在電路中持續(xù)、穩(wěn)定地流動(dòng)。

從字面意思來看，這個(gè)直流電肯定是個(gè)“直脾氣”，頭腦簡(jiǎn)單，沒有什么“花花腸子”，認(rèn)準(zhǔn)了一個(gè)方向，就一個(gè)勁兒地悶頭往前沖。當(dāng)然啦，這種性格的人，應(yīng)該是很好相處的，而這種類型的電，也是比較好理解、好測(cè)量的。

大家順便記一下這個(gè)直流電的英文名稱（Direct Current，簡(jiǎn)稱 DC），因?yàn)檠剑瑢硇履茉雌嚨囊恍┎考厦妫瑫?huì)用DC這個(gè)簡(jiǎn)稱來稱呼它。

直流電的方向

為了更好地理解直流電，我們可以把這個(gè)看不見的電荷移動(dòng)過程，想象成為一條在固定河道中持續(xù)流淌的河流。水往低處流，所以河水始終會(huì)朝著一個(gè)方向流動(dòng)，它通常都是發(fā)源于高山、高原，最終流入大海。而且只要水量充足、河道暢通，這個(gè)河水就不會(huì)斷流，也不會(huì)倒流。另外，在一定的時(shí)間內(nèi)，對(duì)于某個(gè)河道而言，這個(gè)水流的大小基本也是很穩(wěn)定的，不會(huì)一下子很急，一下子又很緩。當(dāng)然，我們說的是一段時(shí)間內(nèi)，要排除那些季節(jié)性的變化，比如雨季發(fā)洪水的時(shí)候，水流會(huì)變得很洶涌，枯水期的時(shí)候，水流又會(huì)變得很平緩。

直流電就像河流一樣，它總是從正極流到負(fù)極，從電壓高的地方流到電壓低的地方，只要這個(gè)電極的正負(fù)、電壓的高低點(diǎn)位是固定的，不變的，那么電流的方向就是始終如一的。電流的大小呢？在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，基本也是穩(wěn)定的。只有電源發(fā)生變化（電壓升高或者降低），或者電路發(fā)生變化（電阻變大或者變小），它才會(huì)有相應(yīng)的改變。

新能源汽車直流充電

直流電從哪里來？

最常見的直流電產(chǎn)生方式，就是通過化學(xué)電源來生成，比如我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫母呻姵亍⑿铍姵氐龋@些電池本質(zhì)上都是屬于化學(xué)電源。以干電池為例，它在內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。在干電池內(nèi)部，有正極、負(fù)極，以及電解液等物質(zhì)。當(dāng)電路接通時(shí)，化學(xué)反應(yīng)使得電子從負(fù)極流出，經(jīng)過外部電路流向正極，從而就產(chǎn)生了直流電。蓄電池也是類似的原理，不過它可以通過充電的方式，將外部的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)再釋放出直流電。

之前在學(xué)習(xí)電壓相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候，我們也提到過，說到直流電，我們必須要感謝電池的發(fā)明人——伏特。正是這位意大利物理學(xué)家，在1799年發(fā)明了電池，讓化學(xué)能源能夠轉(zhuǎn)化為電能，于是才有了直流電。也正是從電池和直流電開始，人類初步掌握了電的產(chǎn)生和應(yīng)用方法，這才能讓電學(xué)的發(fā)展成為可能。當(dāng)然，基于化學(xué)電池的電，畢竟電量有限，電壓也不穩(wěn)定，所以這個(gè)時(shí)候的直流電，還無法推廣應(yīng)用，更多只是出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里面。直到后來交流電發(fā)明之后，電學(xué)才開始得到真正的應(yīng)用。

意大利物理學(xué)家亞歷山大·伏特

我們?cè)谌粘Ｉ町?dāng)中，肯定會(huì)用到直流電。最常見的，就是使用各種電池供電的場(chǎng)景。比如電視或者空調(diào)的遙控器、無線鼠標(biāo)這些，大多都是用5號(hào)或者7號(hào)的小電池（干電池）來供電，輸出的就是直流電。 現(xiàn)在的手機(jī)、平板、電腦這些電子設(shè)備，更多是通過鋰電池來供電，這些大大小小的鋰電池，輸出的也都是直流電，將直流電直接供給這些電子設(shè)備，就能在不需要外接電源的情況下，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通訊、移動(dòng)辦公了。當(dāng)然，這類鋰電池都是可以充電的，通過充電器，充進(jìn)去的也是直流電。

在汽車上面，尤其傳統(tǒng)的燃油車上面，所用的主要也是直流電，這個(gè)直流電也是由電池來供電的。比如，燃油車上的啟動(dòng)電池，也就是那個(gè)鉛酸蓄電池，輸出的就是12V（小車）、或者24V（大車）的直流電。車上的發(fā)電機(jī)，要給蓄電池充電，它輸給蓄電池的也必須是直流電（輸出的電壓要高于蓄電池的電壓）。

我們的新能源汽車，它的儲(chǔ)能裝置就是動(dòng)力電池，可以儲(chǔ)存更多的電能。這個(gè)動(dòng)力電池輸出的電，也是直流電，而且是高壓直流電。需要充電的時(shí)候，充進(jìn)去的也必須是高壓直流電，充電電壓必須高于動(dòng)力電池的電壓。可以這么說，直流電的最直接來源，就是各種電池，也就是化學(xué)電源。

汽車上的12V蓄電池

但是，我們現(xiàn)在生活當(dāng)中所用的直流電，歸根結(jié)底，更多是來源于交流電。

我們通過各種“整流”裝置，將日常應(yīng)用更為廣泛的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再充入到蓄電池里面，或者提供給直流用電設(shè)備使用。交流能轉(zhuǎn)化為直流，核心就是要依靠這個(gè)所謂的“整流器”，它利用二極管等電子元件的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟姷恼?fù)交替的波形進(jìn)行 “整理”，只允許電流在一個(gè)方向上通過，從而就得到了直流電。這種方式在電源適配器、手機(jī)充電器等電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，同樣也在交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)揮重要作用，比如地鐵車輛的驅(qū)動(dòng)、新能源汽車的充電等等。

直流電還有一種產(chǎn)生方式，那就是通過直流發(fā)電機(jī)，直接發(fā)出直流電。最早的發(fā)電機(jī)，其實(shí)都是直流發(fā)電機(jī)。從1831年法拉第發(fā)明的第一臺(tái)圓盤式單極直流發(fā)電機(jī)，一直到1866年西門子推出的自勵(lì)直流發(fā)電機(jī)，在整個(gè)19世紀(jì)，基本都還是直流發(fā)電機(jī)和直流電的時(shí)代。但是，等到交流發(fā)電機(jī)和交流電出現(xiàn)之后，情況很快就發(fā)生了變化，直流發(fā)電機(jī)逐步淡出了歷史舞臺(tái)。目前，直流發(fā)電機(jī)只應(yīng)用于一些特定場(chǎng)景，比如：應(yīng)急供電、工業(yè)供電（電鍍、電解）、交通運(yùn)輸（小型船舶）、科學(xué)研究（航天器、電子顯微鏡、光譜儀等）。

英國(guó)科學(xué)家邁克爾·法拉第

直流電的主要特征

我們來看一下直流電的主要特征。

1、方向恒定（一往直前、不逆反）：

直流電最顯著的特性就是電流方向恒定不變，就是從高電壓流向低電壓，絕對(duì)不會(huì)掉頭。這使得它在一些需要穩(wěn)定電流方向的場(chǎng)合具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。例如，在很多電子設(shè)備中，比如芯片等電子元器件，需要非常穩(wěn)定的電源來保證這些元器件能正常工作，所以只能采用直流電來供電。如果是用交流電，電流方向頻繁變化，干擾很大，那就沒法正常工作了。

2、電壓穩(wěn)定（立場(chǎng)堅(jiān)定、毫不動(dòng)搖）：

同樣，直流電的電壓大小也是非常穩(wěn)定的。像常見的 5V、12V、24V、48V 等直流電源，能夠?yàn)楦鞣N設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓支持。雖然在實(shí)際應(yīng)用中，由于電源內(nèi)阻、負(fù)載變化等因素的影響，直流電壓也可能會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，但相比交流電，直流電的波動(dòng)范圍很小，而且很好去做穩(wěn)壓控制。

3、便于儲(chǔ)能和使用（電池絕配，好充好用）：

直流電可直接充入帶儲(chǔ)能功能的化學(xué)電池（可充電的蓄電池），并且便于移動(dòng)使用。大家應(yīng)該很好理解，要想將多余的電能存儲(chǔ)起來，最方便的辦法就是通過直流電，把電能直接存儲(chǔ)到蓄電池里面。另外，我們?nèi)粘Ｋ玫氖謾C(jī)、筆記本電腦，乃至于新能源汽車，也正是因?yàn)橛辛耸褂弥绷麟姷幕瘜W(xué)電池，給這些用電設(shè)備供電，才能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)用電。

正因?yàn)橹绷麟娋邆溥@些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，它的應(yīng)用非常廣泛，除了電池所用的是直流電，在電器設(shè)備內(nèi)部，比如穩(wěn)壓電源，肯定是直流供電，電路板內(nèi)部的控制電路，也是以直流電為主，這樣才好實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，還有那些傳感器和執(zhí)行器，基本也是直流的。

新能源汽車電池包

直流電在汽車上的應(yīng)用

從事傳統(tǒng)燃油車維修的電工師傅，應(yīng)該都很熟悉直流電，尤其是低壓直流電。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)燃油車上面，無論是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、底盤、車身這些核心控制系統(tǒng)，還是燈光、音響這些附屬電氣系統(tǒng)，絕大多數(shù)的用電場(chǎng)景，都是采用低壓直流電。

當(dāng)然，新能源車最大的不同就是，除了傳統(tǒng)的低壓直流電，還增加了高壓直流電，這個(gè)高壓直流電主要用于動(dòng)力電池的充放電、大功率設(shè)備（驅(qū)動(dòng)電機(jī)、熱泵空調(diào)、PTC等等）的供電，等等。怎么去和危險(xiǎn)性很高的高壓直流電打交道？怎么在保證安全的前提下去對(duì)高壓系統(tǒng)進(jìn)行檢修？這對(duì)于傳統(tǒng)燃油車的電工來說，肯定是個(gè)新課題。將來我們會(huì)有這方面的專門課程，給大家展開講。

此外，新能源車的另一個(gè)不同之處，就是交流電的成分也有了大幅增加。因?yàn)樾履茉窜嚧蠖嘈枰涣麟姍C(jī)來提供驅(qū)動(dòng)，而且新能源車的充電，也需要引入電網(wǎng)所用的交流電，把它轉(zhuǎn)換為直流電，才能充入到動(dòng)力電池里面。所以下節(jié)課，我們會(huì)重點(diǎn)學(xué)習(xí)交流電的相關(guān)知識(shí)。只有整明白了直流電和交流電，弄清楚它們?cè)谛履茉窜嚿显趺聪嗷ヅ浜蠀f(xié)同工作的，才有可能去做維修，否則就是瞎弄。

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