新能源汽车维修专题-9|交流电|发电机|回路|新能源汽车|直流电|维修专题|蓄电池

我们学习新能源汽车维修，绕不开直流电和交流电，在实际维修当中，这两种电你肯定都要遇到。可以这么说，直流电和交流电是电学当中最基础的知识，如果你对这些基础电学知识都没有概念，别说修新能源车了，在日常生活当中你就是个“电盲”，家里那些简单的电工活，恐怕也指望不上。

之前我们在“电压”的课程当中，已经提到过直流电和交流电，但是没有展开讲述。所以，我们还是有必要把这两种电的基础知识好好过一遍，给大家恶补一下。

这节课，我们就先来学习一下直流电。

要知道什么是直流电，先得了解电流，它到底是怎么形成的？

由于电源（比如电池）的正负极之间存在电势差（也就是“电压”），当正负极之间通过电路连接形成回路之后，这种电势差（电压）就促使电子从负极（-）向正极（+）移动，这种电子在电路内部的规律性的流动，就形成了电流。这里要提醒一下各位，由于电子携带的是负电荷，所以在电路当中，电子的实际移动方向，是从低电压的负极（-）出发，一路穿过导线、元器件或者用电设备，移动到高电压的正极（+）。但是，根据物理学的规定，电流的方向是要参照正电荷的移动方向，也就是说，电流是从高电压的正极（+）通往低电压的负极（-），这和电子的实际移动方向是正好相反的。大家知道这一点就好，不用过多纠结。

新能源汽车上的橙色高压线路

知道了电流的产生原理，我们再来看看直流电又是怎么一回事？

刚才说了，连接电源的电极，形成回路，就会产生电流。如果这个电源的电压方向是固定的，那么在连接电极的回路当中，这些电子就像被一股无形的、稳定的力量在“推着跑”，从负极（-）跑出来，一路跑向正极（+），如此循环往复，电子跑动的方向不会发生改变。这就像是咱们道路交通里面的单行线，所有车辆只能往一个方向行驶，不能逆行。

这种方向不随时间变化的电流回路，就是直流电！这很好理解吧？更严谨更专业地说，所谓直流电，就是电荷沿着单一方向，在电路中持续、稳定地流动。

从字面意思来看，这个直流电肯定是个“直脾气”，头脑简单，没有什么“花花肠子”，认准了一个方向，就一个劲儿地闷头往前冲。当然啦，这种性格的人，应该是很好相处的，而这种类型的电，也是比较好理解、好测量的。

大家顺便记一下这个直流电的英文名称（Direct Current，简称 DC），因为呀，将来新能源汽车的一些部件上面，会用DC这个简称来称呼它。

直流电的方向

为了更好地理解直流电，我们可以把这个看不见的电荷移动过程，想象成为一条在固定河道中持续流淌的河流。水往低处流，所以河水始终会朝着一个方向流动，它通常都是发源于高山、高原，最终流入大海。而且只要水量充足、河道畅通，这个河水就不会断流，也不会倒流。另外，在一定的时间内，对于某个河道而言，这个水流的大小基本也是很稳定的，不会一下子很急，一下子又很缓。当然，我们说的是一段时间内，要排除那些季节性的变化，比如雨季发洪水的时候，水流会变得很汹涌，枯水期的时候，水流又会变得很平缓。

直流电就像河流一样，它总是从正极流到负极，从电压高的地方流到电压低的地方，只要这个电极的正负、电压的高低点位是固定的，不变的，那么电流的方向就是始终如一的。电流的大小呢？在一定的时间范围内，基本也是稳定的。只有电源发生变化（电压升高或者降低），或者电路发生变化（电阻变大或者变小），它才会有相应的改变。

新能源汽车直流充电

直流电从哪里来？

最常见的直流电产生方式，就是通过化学电源来生成，比如我们日常生活中使用的干电池、蓄电池等，这些电池本质上都是属于化学电源。以干电池为例，它在内部发生化学反应，将化学能转化为电能。在干电池内部，有正极、负极，以及电解液等物质。当电路接通时，化学反应使得电子从负极流出，经过外部电路流向正极，从而就产生了直流电。蓄电池也是类似的原理，不过它可以通过充电的方式，将外部的电能转化为化学能储存起来，在需要时再释放出直流电。

之前在学习电压相关的基础知识的时候，我们也提到过，说到直流电，我们必须要感谢电池的发明人——伏特。正是这位意大利物理学家，在1799年发明了电池，让化学能源能够转化为电能，于是才有了直流电。也正是从电池和直流电开始，人类初步掌握了电的产生和应用方法，这才能让电学的发展成为可能。当然，基于化学电池的电，毕竟电量有限，电压也不稳定，所以这个时候的直流电，还无法推广应用，更多只是出现在实验室里面。直到后来交流电发明之后，电学才开始得到真正的应用。

意大利物理学家亚历山大·伏特

我们在日常生活当中，肯定会用到直流电。最常见的，就是使用各种电池供电的场景。比如电视或者空调的遥控器、无线鼠标这些，大多都是用5号或者7号的小电池（干电池）来供电，输出的就是直流电。现在的手机、平板、电脑这些电子设备，更多是通过锂电池来供电，这些大大小小的锂电池，输出的也都是直流电，将直流电直接供给这些电子设备，就能在不需要外接电源的情况下，实现移动通讯、移动办公了。当然，这类锂电池都是可以充电的，通过充电器，充进去的也是直流电。

在汽车上面，尤其传统的燃油车上面，所用的主要也是直流电，这个直流电也是由电池来供电的。比如，燃油车上的启动电池，也就是那个铅酸蓄电池，输出的就是12V（小车）、或者24V（大车）的直流电。车上的发电机，要给蓄电池充电，它输给蓄电池的也必须是直流电（输出的电压要高于蓄电池的电压）。

我们的新能源汽车，它的储能装置就是动力电池，可以储存更多的电能。这个动力电池输出的电，也是直流电，而且是高压直流电。需要充电的时候，充进去的也必须是高压直流电，充电电压必须高于动力电池的电压。可以这么说，直流电的最直接来源，就是各种电池，也就是化学电源。

汽车上的12V蓄电池

但是，我们现在生活当中所用的直流电，归根结底，更多是来源于交流电。

我们通过各种“整流”装置，将日常应用更为广泛的交流电转换为直流电，再充入到蓄电池里面，或者提供给直流用电设备使用。交流能转化为直流，核心就是要依靠这个所谓的“整流器”，它利用二极管等电子元件的单向导电性，将交流电的正负交替的波形进行 “整理”，只允许电流在一个方向上通过，从而就得到了直流电。这种方式在电源适配器、手机充电器等电子设备中广泛应用，同样也在交通运输行业发挥重要作用，比如地铁车辆的驱动、新能源汽车的充电等等。

直流电还有一种产生方式，那就是通过直流发电机，直接发出直流电。最早的发电机，其实都是直流发电机。从1831年法拉第发明的第一台圆盘式单极直流发电机，一直到1866年西门子推出的自励直流发电机，在整个19世纪，基本都还是直流发电机和直流电的时代。但是，等到交流发电机和交流电出现之后，情况很快就发生了变化，直流发电机逐步淡出了历史舞台。目前，直流发电机只应用于一些特定场景，比如：应急供电、工业供电（电镀、电解）、交通运输（小型船舶）、科学研究（航天器、电子显微镜、光谱仪等）。

英国科学家迈克尔·法拉第

直流电的主要特征

我们来看一下直流电的主要特征。

1、方向恒定（一往直前、不逆反）：

直流电最显著的特性就是电流方向恒定不变，就是从高电压流向低电压，绝对不会掉头。这使得它在一些需要稳定电流方向的场合具有独特优势。例如，在很多电子设备中，比如芯片等电子元器件，需要非常稳定的电源来保证这些元器件能正常工作，所以只能采用直流电来供电。如果是用交流电，电流方向频繁变化，干扰很大，那就没法正常工作了。

2、电压稳定（立场坚定、毫不动摇）：

同样，直流电的电压大小也是非常稳定的。像常见的 5V、12V、24V、48V 等直流电源，能够为各种设备提供稳定的电压支持。虽然在实际应用中，由于电源内阻、负载变化等因素的影响，直流电压也可能会出现一定的波动，但相比交流电，直流电的波动范围很小，而且很好去做稳压控制。

3、便于储能和使用（电池绝配，好充好用）：

直流电可直接充入带储能功能的化学电池（可充电的蓄电池），并且便于移动使用。大家应该很好理解，要想将多余的电能存储起来，最方便的办法就是通过直流电，把电能直接存储到蓄电池里面。另外，我们日常所用的手机、笔记本电脑，乃至于新能源汽车，也正是因为有了使用直流电的化学电池，给这些用电设备供电，才能够实现移动用电。

正因为直流电具备这些特点和优势，它的应用非常广泛，除了电池所用的是直流电，在电器设备内部，比如稳压电源，肯定是直流供电，电路板内部的控制电路，也是以直流电为主，这样才好实现精准控制，还有那些传感器和执行器，基本也是直流的。

新能源汽车电池包

直流电在汽车上的应用

从事传统燃油车维修的电工师傅，应该都很熟悉直流电，尤其是低压直流电。因为在传统燃油车上面，无论是发动机、变速箱、底盘、车身这些核心控制系统，还是灯光、音响这些附属电气系统，绝大多数的用电场景，都是采用低压直流电。

当然，新能源车最大的不同就是，除了传统的低压直流电，还增加了高压直流电，这个高压直流电主要用于动力电池的充放电、大功率设备（驱动电机、热泵空调、PTC等等）的供电，等等。怎么去和危险性很高的高压直流电打交道？怎么在保证安全的前提下去对高压系统进行检修？这对于传统燃油车的电工来说，肯定是个新课题。将来我们会有这方面的专门课程，给大家展开讲。

此外，新能源车的另一个不同之处，就是交流电的成分也有了大幅增加。因为新能源车大多需要交流电机来提供驱动，而且新能源车的充电，也需要引入电网所用的交流电，把它转换为直流电，才能充入到动力电池里面。所以下节课，我们会重点学习交流电的相关知识。只有整明白了直流电和交流电，弄清楚它们在新能源车上怎么相互配合协同工作的，才有可能去做维修，否则就是瞎弄。