整車電量平衡計算

屈 穎，李 遠，楊 明

（河北中興汽車制造有限公司，河北 保定 071000）

汽車電器系統的電量平衡［1］，是指汽車發電機、蓄電池和其他各種用電設備之間電能產生和消耗的相互制約關系。

蓄電池與起動機、發電機及整車電器是一個電能供需關聯系統。蓄電池的主要作用是向起動機供電；發電機是汽車上的主要電源裝置，除在正常運行狀態下應保證整車電器 （除起動機外）的用電量外，還要向蓄電池補充電量。所以，合理地選擇蓄電池的容量、發電機的輸出功率是保證整車供電與用電平衡的必要條件。

研究汽車電器系統電量平衡的目的是：對起動機最大輸出功率與蓄電池容量優化匹配，既能夠保證車輛在我國任何地區環境溫度條件下可以正常起動，同時又能夠降低蓄電池成本和消耗量；對發電機有效輸出功率與整車電器 （除起動機外）耗電量優化匹配，既能夠保證蓄電池正常充放電工作，延長發電機和蓄電池的壽命，又能夠降低發電機成本和油耗量。

下文以中興一款汽油車為例，說明如何通過整車電量平衡計算來選取交流發電機和蓄電池，以保證整車電量平衡。

1 交流發電機的選用原則

發電機功率的選擇，應保證供給用電設備電能和滿足蓄電池充電的要求。選用時應遵循以下原則。

1）發電機熱態最大輸出電流應大于整車綜合工況下總電流的1.2倍。

2）常用行駛速度 （40km／h）時，發電機輸出電流大于極限工況 （夏季雨夜）最大電流，并保證6A以上的充電電流。

3）怠速時，發電機輸出電流大于白天怠速常用工況的電流。

4）怠速極限工況時，發電機的發電量大于此時用電量。如果發電機發電量不滿足要求，則以極限用電2h、蓄電池容量保證75%為原則計算。

2 整車主要工況的用電量計算

保證整個電器系統的輸入與輸出總電量的動態平衡，首先要計算整車用電量。整車用電量計算存在多種工況：綜合工況、極限工況 （夏季雨夜）、怠速常用工況和怠速極限工況。各工況下整車用電量如表1所示。總電負荷If由以下公式［2］計算。

式中：m——整車用電設備的數量；Kv——電壓系數，Kv=Ug／Ue；Ki——第i個用電設備的權值；Pei——第i個用電設備的額定功率，W；Ue——用電設備的標稱電壓［3］，V；Ug——發電機輸出電壓，取14.4V。

在夏季雨夜、怠速常用和怠速極限3種工況中，Ki取1，表1未列出項Ki取0。

表1 各工況下整車用電量

3 發電機功率的選取

根據整車實際用電和蓄電池的充放電平衡，為保證蓄電池可靠地充電，使蓄電池的充放電也達到平衡，發電機熱態最大輸出電流應大于整車綜合工況下總電流的1.2倍。

綜合工況下總電流I=78.62×1.2≈94.3 A，故要求發電機熱態最大輸出電流大于94.3A。

由上計算，初步選定發電機為14V／90A。發電機輸出曲線如圖1所示。

根據發電機輸出特性曲線對以下工況進行驗證。

1）最大輸出電流97 A，大于整車綜合工況下總電流的1.2倍 （94.3A），滿足要求。

2）常用行駛速度 （40km／h）時發電機輸出電流大于極限工況 （夏季雨夜）最大電流。

車速40 km／h時，3檔時發動機轉速大約為1828r／min， 發動機與發電機皮帶輪之比為2.2，發電機轉速大約為4022r／min。 根據發電機輸出特性曲線得知，此時發電機的輸出電流大約為89.5A，大于夏季雨夜最大電流73.6 A。89.5-73.6=16.9 A，此時能保證16.9A的充電電流，大于6A。

3）怠速時發電機輸出電流大于白天怠速常用工況的電流。

發動機與發電機皮帶輪之比為2.2，開空調時發動機高怠速為1000±50 r／min，發電機轉速大約在2200r／min。根據發電機輸出特性曲線得知，此時發電機的輸出電流大約為70A，大于白天怠速常用工況電流53.6A，滿足要求。

4）怠速極限工況時，發電機的發電量大于此時用電量。如果發電機發電量不滿足要求，則以極限用電2h、蓄電池容量保證75%為原則計算。

發動機與發電機皮帶輪之比為2.2，開空調時發動機高怠速為1000±50 r／min，發電機轉速大約在2200r／min。根據發電機輸出特性曲線得知，此時發電機的輸出電流大約為70A。怠速極限工況最大電流為73.6A，此時需要蓄電池與發電機并聯供電，蓄電池提供電流為73.6-70=3.6A。

根據經驗，以極限用電高峰怠速2h、蓄電池容量保證75%為原則計算。 Q=I×T=3.6×2=7.2 Ah， 所選擇的蓄電池容量不小于7.2／25%=28.8Ah。

以上驗證均滿足要求，故選用14 V／90 A的發電機。

4 蓄電池容量范圍的估算

蓄電池的主要任務是向起動機提供瞬時大電流，保證發動機在各種情況下能可靠地起動。該車型采用的4A91發動機的起動機功率大約為1.2kW。

根據經驗公式： 蓄電池容量C=（500～700）P／U=（500～700）×1.2／12=50～70Ah。

5 蓄電池-18℃冷起動電流的確定

由于蓄電池冷起動電流直接關系到起動機能否良好地起動，一般蓄電池的冷起動電流應該大于起動機功率曲線上功率最大點對應的起動電流，同時小于功率曲線與力矩曲線交點對應的電流。根據起動機輸出特性曲線 （圖2）可以看出：起動機輸出最大功率1.18 kW時起動電流為270 A；功率曲線與力矩曲線交點對應的電流為400 A，因此選用蓄電池的冷起動電流要大于270A，小于400A。

6 蓄電池的選取

蓄電池容量的選擇主要是根據整車用電設備和起動的功率確定的。

1）蓄電池容量為50～70Ah之間，-18℃的冷起動電流要在270～400A之間。

2）蓄電池的容量不能小于28.8Ah。

故選用容量為60Ah、冷起動電流400A（-18℃）的蓄電池滿足起動要求。

7 結束語

綜上所述，本文介紹了汽車電量平衡的理論計算，在汽車設計階段通過對不同工況的用電量計算，可以準確選擇發電機和蓄電池。此方法已經得到中興公司眾多車型的實際驗證，是一種準確可靠的方法。

［1］謝志華，葛高杰.汽車電量平衡計算及驗證［J］.汽車電器， 2009 （4）： 8-11.

［2］董利偉.乘用車整車電量平衡計算方法的研究與應用（I）［J］. 汽車電器， 2010 （2）： 9-15.

［3］ GB／T 2900.1—2008， 電工術語 基本術語［S］.