新能源汽車維修專題-9

我們學習新能源汽車維修，繞不開直流電和交流電，在實際維修當中，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當中最基礎的知識，如果你對這些基礎電學知識都沒有概念，別說修新能源車了，在日常生活當中你就是個“電盲”，家里那些簡單的電工活，恐怕也指望不上。

之前我們在“電壓”的課程當中，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知識好好過一遍，給大家惡補一下。

這節(jié)課，我們就先來學習一下直流電。

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）的正負極之間存在電勢差（也就是“電壓”），當正負極之間通過電路連接形成回路之后，這種電勢差（電壓）就促使電子從負極（-）向正極（+）移動，這種電子在電路內(nèi)部的規(guī)律性的流動，就形成了電流。這里要提醒一下各位，由于電子攜帶的是負電荷，所以在電路當中，電子的實際移動方向，是從低電壓的負極（-）出發(fā)，一路穿過導線、元器件或者用電設備，移動到高電壓的正極（+）。但是，根據(jù)物理學的規(guī)定，電流的方向是要參照正電荷的移動方向，也就是說，電流是從高電壓的正極（+）通往低電壓的負極（-），這和電子的實際移動方向是正好相反的。大家知道這一點就好，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，我們再來看看直流電又是怎么一回事？

剛才說了，連接電源的電極，形成回路，就會產(chǎn)生電流。如果這個電源的電壓方向是固定的，那么在連接電極的回路當中，這些電子就像被一股無形的、穩(wěn)定的力量在“推著跑”，從負極（-）跑出來，一路跑向正極（+），如此循環(huán)往復，電子跑動的方向不會發(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方向行駛，不能逆行。

這種方向不隨時間變化的電流回路，就是直流電！這很好理解吧？ 更嚴謹更專業(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。

從字面意思來看，這個直流電肯定是個“直脾氣”，頭腦簡單，沒有什么“花花腸子”，認準了一個方向，就一個勁兒地悶頭往前沖。當然啦，這種性格的人，應該是很好相處的，而這種類型的電，也是比較好理解、好測量的。

大家順便記一下這個直流電的英文名稱（Direct Current，簡稱 DC），因為呀，將來新能源汽車的一些部件上面，會用DC這個簡稱來稱呼它。

直流電的方向

為了更好地理解直流電，我們可以把這個看不見的電荷移動過程，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，所以河水始終會朝著一個方向流動，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，這個河水就不會斷流，也不會倒流。另外，在一定的時間內(nèi)，對于某個河道而言，這個水流的大小基本也是很穩(wěn)定的，不會一下子很急，一下子又很緩。當然，我們說的是一段時間內(nèi)，要排除那些季節(jié)性的變化，比如雨季發(fā)洪水的時候，水流會變得很洶涌，枯水期的時候，水流又會變得很平緩。

直流電就像河流一樣，它總是從正極流到負極，從電壓高的地方流到電壓低的地方，只要這個電極的正負、電壓的高低點位是固定的，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），它才會有相應的改變。

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)上都是屬于化學電源。以干電池為例，它在內(nèi)部發(fā)生化學反應，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。在干電池內(nèi)部，有正極、負極，以及電解液等物質(zhì)。當電路接通時，化學反應使得電子從負極流出，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)化為化學能儲存起來，在需要時再釋放出直流電。

之前在學習電壓相關(guān)的基礎知識的時候，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家，在1799年發(fā)明了電池，讓化學能源能夠轉(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)生和應用方法，這才能讓電學的發(fā)展成為可能。當然，基于化學電池的電，畢竟電量有限，電壓也不穩(wěn)定，所以這個時候的直流電，還無法推廣應用，更多只是出現(xiàn)在實驗室里面。直到后來交流電發(fā)明之后，電學才開始得到真正的應用。

意大利物理學家亞歷山大·伏特

我們在日常生活當中，肯定會用到直流電。最常見的，就是使用各種電池供電的場景。比如電視或者空調(diào)的遙控器、無線鼠標這些，大多都是用5號或者7號的小電池（干電池）來供電，輸出的就是直流電。 現(xiàn)在的手機、平板、電腦這些電子設備，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備，就能在不需要外接電源的情況下，實現(xiàn)移動通訊、移動辦公了。當然，這類鋰電池都是可以充電的，通過充電器，充進去的也是直流電。

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，這個直流電也是由電池來供電的。比如，燃油車上的啟動電池，也就是那個鉛酸蓄電池，輸出的就是12V（小車）、或者24V（大車）的直流電。車上的發(fā)電機，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，它的儲能裝置就是動力電池，可以儲存更多的電能。這個動力電池輸出的電，也是直流電，而且是高壓直流電。需要充電的時候，充進去的也必須是高壓直流電，充電電壓必須高于動力電池的電壓。可以這么說，直流電的最直接來源，就是各種電池，也就是化學電源。

汽車上的12V蓄電池

但是，我們現(xiàn)在生活當中所用的直流電，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備使用。交流能轉(zhuǎn)化為直流，核心就是要依靠這個所謂的“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摻惶娴牟ㄐ芜M行 “整理”，只允許電流在一個方向上通過，從而就得到了直流電。這種方式在電源適配器、手機充電器等電子設備中廣泛應用，同樣也在交通運輸行業(yè)發(fā)揮重要作用，比如地鐵車輛的驅(qū)動、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，直接發(fā)出直流電。最早的發(fā)電機，其實都是直流發(fā)電機。從1831年法拉第發(fā)明的第一臺圓盤式單極直流發(fā)電機，一直到1866年西門子推出的自勵直流發(fā)電機，在整個19世紀，基本都還是直流發(fā)電機和直流電的時代。但是，等到交流發(fā)電機和交流電出現(xiàn)之后，情況很快就發(fā)生了變化，直流發(fā)電機逐步淡出了歷史舞臺。目前，直流發(fā)電機只應用于一些特定場景，比如：應急供電、工業(yè)供電（電鍍、電解）、交通運輸（小型船舶）、科學研究（航天器、電子顯微鏡、光譜儀等）。

英國科學家邁克爾·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，絕對不會掉頭。這使得它在一些需要穩(wěn)定電流方向的場合具有獨特優(yōu)勢。例如，在很多電子設備中，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（立場堅定、毫不動搖）：

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，能夠為各種設備提供穩(wěn)定的電壓支持。雖然在實際應用中，由于電源內(nèi)阻、負載變化等因素的影響，直流電壓也可能會出現(xiàn)一定的波動，但相比交流電，直流電的波動范圍很小，而且很好去做穩(wěn)壓控制。

3、便于儲能和使用（電池絕配，好充好用）：

直流電可直接充入帶儲能功能的化學電池（可充電的蓄電池），并且便于移動使用。大家應該很好理解，要想將多余的電能存儲起來，最方便的辦法就是通過直流電，把電能直接存儲到蓄電池里面。另外，我們?nèi)粘Ｋ玫氖謾C、筆記本電腦，乃至于新能源汽車，也正是因為有了使用直流電的化學電池，給這些用電設備供電，才能夠?qū)崿F(xiàn)移動用電。

正因為直流電具備這些特點和優(yōu)勢，它的應用非常廣泛，除了電池所用的是直流電，在電器設備內(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，這樣才好實現(xiàn)精準控制，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用

從事傳統(tǒng)燃油車維修的電工師傅，應該都很熟悉直流電，尤其是低壓直流電。因為在傳統(tǒng)燃油車上面，無論是發(fā)動機、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)的用電場景，都是采用低壓直流電。

當然，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，這個高壓直流電主要用于動力電池的充放電、大功率設備（驅(qū)動電機、熱泵空調(diào)、PTC等等）的供電，等等。怎么去和危險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高壓系統(tǒng)進行檢修？這對于傳統(tǒng)燃油車的電工來說，肯定是個新課題。將來我們會有這方面的專門課程，給大家展開講。

此外，新能源車的另一個不同之處，就是交流電的成分也有了大幅增加。因為新能源車大多需要交流電機來提供驅(qū)動，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，才能充入到動力電池里面。所以下節(jié)課，我們會重點學習交流電的相關(guān)知識。只有整明白了直流電和交流電，弄清楚它們在新能源車上怎么相互配合協(xié)同工作的，才有可能去做維修，否則就是瞎弄。

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