電平衡計算方法及其在整車試驗中的應(yīng)用

白樹立，楊新明，柳 蕭，張雅強(qiáng)

（奇瑞汽車股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

電平衡計算方法及其在整車試驗中的應(yīng)用

白樹立，楊新明，柳 蕭，張雅強(qiáng)

（奇瑞汽車股份有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

通過描述電源系統(tǒng)存在的問題，提出電平衡試驗的目的，重點(diǎn)介紹電平衡匹配計算方法和電平衡道路試驗分析方法。

電平衡；試驗方法；匹配計算；電器壽命

1 電源系統(tǒng)存在的問題及電平衡試驗?zāi)康?/h2>

目前，汽車電源系統(tǒng)的配置大多依靠估算或者理論計算，沒有規(guī)范的試驗方法驗證。汽車電源系統(tǒng)到底合不合適，是不是最佳狀態(tài)？如果整車電器系統(tǒng)存在問題，電源系統(tǒng)穩(wěn)定性不夠好，就會造成汽車電器系統(tǒng)壽命有所降低。

1.1 電源系統(tǒng)存在的問題

1）部分車型蓄電池容易出現(xiàn)失效，造成汽車不能正常起動。

2）整車電源系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致電器壽命有所下降。

3）電源系統(tǒng)裕量過大，使汽車電源系統(tǒng)成本大增。

1.2 電平衡試驗的目的

1）提高電源系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性。解決起動問題，確保正常靜止停放時間，評估系統(tǒng)電壓波動，避免波動過大對汽車電器壽命的影響。

2）節(jié)約電源系統(tǒng)成本。更低的容量達(dá)到更好的效果測量，評價蓄電池與發(fā)電機(jī)容量是否與電器負(fù)載匹配，降低冗余，保證最佳配合狀態(tài)以節(jié)約器件成本。

3）降低汽車油耗。減少汽車電源系統(tǒng)內(nèi)耗，減小電源系統(tǒng)質(zhì)量，達(dá)到降低油耗的目的。

4）延長電源系統(tǒng)使用壽命。防止過充電與過放電，防止極端情況出現(xiàn)，防止蓄電池過快損壞，電源穩(wěn)定能延長電器壽命。

5）降低汽車振動噪聲。降低電源系統(tǒng)波動，主要是發(fā)電機(jī)波動，評估發(fā)電機(jī)噪聲。

對電源系統(tǒng)蓄電池質(zhì)量與容量進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，如圖1所示。

圖1 蓄電池質(zhì)量與容量數(shù)據(jù)對比圖

通過統(tǒng)計可知，蓄電池容量每增加10 Ah，其質(zhì)量會增加1.7 kg ，蓄電池容量與其質(zhì)量成正比，同樣與其價格也成正比。

2 電平衡的匹配計算

汽車電平衡是指汽車上的發(fā)電機(jī)、蓄電池與汽車用電器在一定的時間內(nèi)電能產(chǎn)生與消耗上達(dá)到一個穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

2.1 蓄電池容量匹配計算

蓄電池容量的計算過程，是以起動機(jī)的起動工況為出發(fā)點(diǎn)，用以校驗蓄電池容量能否滿足起動機(jī)起動所需電量。蓄電池容量的計算流程如圖2所示。

圖2 蓄電池容量計算流程

由圖2可知，蓄電池容量匹配計算過程需要調(diào)用車型數(shù)據(jù)庫（發(fā)動機(jī)參數(shù)表）、起動機(jī)數(shù)據(jù)庫以及蓄電池數(shù)據(jù)庫。

2.2 發(fā)電機(jī)功率匹配計算

發(fā)電機(jī)功率的計算過程，是基于整車電器負(fù)載電流的統(tǒng)計，以及發(fā)電機(jī)對蓄電池的充電特性，從而校驗發(fā)電機(jī)的輸出電量能否滿足除在正常運(yùn)行狀態(tài)下保證整車電器的用電量外，還能夠向蓄電池補(bǔ)充電量。發(fā)電機(jī)功率計算如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)功率計算流程

發(fā)電機(jī)功率的計算過程，是通過對整車各用電器（除起動機(jī)外）統(tǒng)計的額定功率或額定電流，利用If的計算公式求出在不同工況下的總負(fù)載電流，再經(jīng)過發(fā)電機(jī)充電系數(shù)的處理，得到發(fā)電機(jī)輸出電流，最后計算出發(fā)電機(jī)輸出功率。

2.3 整車用電量估算

通過比較發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力與整車用電器按使用頻率計算得出的用電總電流的關(guān)系，來進(jìn)行發(fā)電機(jī)的選型及與整車用電器的匹配。

首先統(tǒng)計整車的各用電器的功率、工作電流和使用頻度，計算整車用電器最大需求電流。這是一個統(tǒng)計和計算的過程。

2.3.1 汽車用電設(shè)備的分類

根據(jù)汽車電器用電性質(zhì)，可將汽車電器的使用分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類共3類。

Ⅰ類：汽車行駛過程中，必須長期使用包括無條件長期使用（如汽油泵）和有條件長期使用（如水箱風(fēng)扇）的用電設(shè)備。

Ⅱ類：為安全行駛必備的短期使用的電器（各種轉(zhuǎn)向燈）。

Ⅲ類：為改善乘車舒適性而隨機(jī)使用的電器（如電動門窗）。

2.3.2 用電器用電量的估算

汽車用電器隨季節(jié)與環(huán)境變化，其使用的機(jī)會也不同，分別用μo、μs、μw表示與氣候季節(jié)無關(guān)、電器在夏季、電器在冬季的使用頻度系數(shù)，車輛用電器使用的頻度系數(shù)可以根據(jù)長期的道路行駛統(tǒng)計獲得，引用的數(shù)據(jù)如表1所示。

以表1為例，介紹汽車電器設(shè)備電量理論估算值。

式中：μi——第i個用電器所對應(yīng)的使用頻率系數(shù)；Ii——第i個用電器的電流。

整車夏季使用加權(quán)結(jié)果是：I加權(quán)= 114.117 A。在選用容量和信號時，與整車用電器的最大需求電量114.117 A 相比較，發(fā)電機(jī)的最大輸出電流需大于114.117 A，對照已有發(fā)電機(jī)參數(shù)，選出符合條件的發(fā)電機(jī)。

3 電平衡道路試驗分析方法

3.1 如何評價電平衡狀態(tài)

通過以下3種方法進(jìn)行分析：① 蓄電池充放電電流比K值分析；② 蓄電池電量比Q值分析；③ 蓄電池端電壓U值分析。

3.1.1 K值分析

蓄電池充放電電流比K＝Qc/ Qd，Qc為蓄電池充電電流積分，Qd為蓄電池放電電流積分。以K值來衡量蓄電池電平衡狀態(tài)。如果K值過大，說明發(fā)電機(jī)容量過大，蓄電池充電的時間或者容量就會過多。如果 K值過小，則表明發(fā)電機(jī)發(fā)電能力不足，蓄電池虧電的可能性增加。那么K值處于何處狀態(tài)比較合適呢？

蓄電池充放電比K是一個過程量，實(shí)際對汽車起動及運(yùn)行起影響的還是蓄電池內(nèi)的電量。因此，有必要對蓄電池電量進(jìn)行測量，所以提出了另一個重要參數(shù)，蓄電池電量比Q。

3.1.2 Q 值分析

蓄電池電量比Q＝Q后÷Q前，Q前為電平衡道路試驗前蓄電池內(nèi)的電量（以20小時率容量表示），要求試驗前蓄電池電量統(tǒng)一為50 %額定容量；Q后為電平衡道路試驗后蓄電池內(nèi)的電量（以20小時率容量表示）。Q 值如果越大，則說明發(fā)電機(jī)容量充足；Q 值

越小，則說明發(fā)電機(jī)能力不足。

表1 汽車用電器使用的頻度系數(shù)

3.2 輸出電壓適宜范圍

發(fā)電機(jī)電壓與電流關(guān)系見圖4。蓄電池端電壓能直接反映電源系統(tǒng)的負(fù)載狀態(tài)。因為當(dāng)負(fù)載大于發(fā)電機(jī)發(fā)電能力，發(fā)電機(jī)電壓會下降很快。采集發(fā)電機(jī)端電壓能直接反映電源系統(tǒng)的負(fù)載狀態(tài)，13.5 V是發(fā)電機(jī)特性曲線的輸出電壓。從設(shè)計理論來說，如果輸出電壓＜13.5 V，說明發(fā)電機(jī)已處于滿負(fù)荷狀態(tài)；如果輸出電壓＞13.5 V，則說明發(fā)電機(jī)還有一定的裕量。

圖4 發(fā)電機(jī)電壓與電流關(guān)系

3.3 動靜態(tài)的統(tǒng)一研究

動靜態(tài)研究公式為

式中：t——整車停放時間，h；Qg——可用容量，Ah；Ql——最低低溫起動容量，Ah；Is——汽車靜態(tài)電流，A；Ib——蓄電池自放電電流（Ib=蓄電池自放電率×蓄電池額定容量/24），A。

通過這個公式，使汽車電平衡試驗形成了一完整的整體。動靜態(tài)電平衡試驗研究主要表現(xiàn)在以下2方面：①靜態(tài)性能是動態(tài)性能的開始；②動態(tài)性能試驗后，要給靜態(tài)提供充足的儲備。

在規(guī)定時間的動態(tài)試驗后，汽車蓄電池應(yīng)保持有足夠的電量起動汽車。

4 電平衡將來的試驗與研究前景

1）在汽車研發(fā)之初，裝車之前，能利用模擬臺架模擬電平衡性能，得出最佳配合參數(shù)，達(dá)到最優(yōu)化的效果。事先要測量城市工況的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電電流與負(fù)載電流等，再進(jìn)行臺架模擬。

2）對各指標(biāo)數(shù)據(jù)修正，得出更精確，更確定的數(shù)值。

3）分析電源系統(tǒng)效率的問題，達(dá)到更高效，更低油耗。

4）分析電源系統(tǒng)壽命及其影響因素，使汽車電源系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

［1］奇瑞汽車整車電平衡試驗規(guī)范［Z］.

［2］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.

［3］董利偉.乘用車整車電量平衡計算方法的研究與應(yīng)用（I）［J］.汽車電器，2010（3）：8-9.

（編輯 心 翔）

Electric Balance Calculating Method and Its Application in Vehicle Test

BAI Shu-li， YANG Xin-ming， LIU Xiao， ZHANG Ya-qiang
（Chery Automobile Co.， Ltd.， Ordos 017000， China）

Through describing existing issues in the electric system， this article demonstrates the purpose of electric balance testing， and introduces its calculating methods as well as road test analysis methods.

electric balance; testing method; matching calculation; electronics working life

U467.1

A

1003-8639（2017）06-0039-04

2016-07-29；

2016-08-12

白樹立（1986-），線束工程師，主要研究方向為汽車電器技術(shù)。