整車電平衡與蓄電池故障率的研究

屈 穎，馬自剛，張少輝

（長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

整車電平衡是指發(fā)電機(jī)、蓄電池和用電負(fù)載之間的電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系［1］。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓高于蓄電池電壓時(shí)，發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池充電，同時(shí)為用電負(fù)載提供電源；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓低于蓄電池電壓時(shí)，蓄電池放電，由發(fā)電機(jī)和蓄電池共同對(duì)用電負(fù)載供電。

電量平衡分為靜態(tài)電平衡和動(dòng)態(tài)電平衡。通常說(shuō)的整車電平衡為動(dòng)態(tài)電平衡。

動(dòng)態(tài)電平衡：由于汽車上用電器有不同使用頻度，不同季節(jié)、氣候、時(shí)段，不同人的使用習(xí)慣，均會(huì)形成各種用電器的使用組合，形成不同的用電需求。合理匹配發(fā)電機(jī)、用電負(fù)載、蓄電池，使整車電氣系統(tǒng)在車輛行駛或怠速時(shí)達(dá)到電能供需平衡，且將蓄電池電量維持在一個(gè)良好的區(qū)間。

1 整車電量平衡特性

首先，從電平衡的概念可以看出，沒(méi)有絕對(duì)的電平衡，電平衡是一個(gè)相對(duì)概念，相對(duì)地將蓄電池電量維持在一個(gè)區(qū)間。

當(dāng)蓄電池電量維持的區(qū)間相對(duì)較高時(shí)，行駛工況良好，發(fā)電機(jī)發(fā)電量能滿足啟停或停車過(guò)程中蓄電池消耗的電量，此時(shí)蓄電池就會(huì)在一個(gè)良好的狀態(tài)下充放電使用。

當(dāng)蓄電池電量維持的區(qū)間相對(duì)較低時(shí)，在較惡劣條件下：堵車嚴(yán)重路段導(dǎo)致怠速時(shí)間長(zhǎng)或啟停頻繁、ACC擋或ON擋不著車時(shí)開負(fù)載或停置時(shí)間較長(zhǎng)、低速大負(fù)載時(shí)間長(zhǎng)、低速行駛且行程短、停車放置時(shí)間久等，發(fā)電機(jī)不能及時(shí)給蓄電池補(bǔ)充啟停或停車過(guò)程中消耗的電量，導(dǎo)致蓄電池電量下降到無(wú)法啟動(dòng)的程度，就可能導(dǎo)致蓄電池極板硫化。

其次，整車電量不平衡導(dǎo)致的蓄電池虧電，應(yīng)具有重復(fù)性。即同一輛車，在同一車主相同使用條件下，會(huì)重復(fù)導(dǎo)致蓄電池虧電。只不過(guò)會(huì)因?yàn)樾铍姵爻跏茧娏康牟煌瑢?dǎo)致不同蓄電池從更換到再次虧電的時(shí)間長(zhǎng)短不同。

2 整車電量平衡與蓄電池虧電的關(guān)系

發(fā)電機(jī)發(fā)電量不足是導(dǎo)致蓄電池虧電的一個(gè)原因，車輛在使用的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)發(fā)電量不能保證蓄電池電量維持在一個(gè)良好的區(qū)間，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致蓄電池虧電。

在相同的電平衡條件下，蓄電池初始電量是蓄電池電量維持在一個(gè)良好區(qū)間的前提。初始電量高，蓄電池電量有一定余量應(yīng)付偶爾的惡劣條件，不容易導(dǎo)致蓄電池虧電；初始電量低，電平衡能保證蓄電池電量穩(wěn)定在一定區(qū)間，但稍微出現(xiàn)一次惡劣條件，蓄電池電量就可能會(huì)下降到低于最低電量，甚至導(dǎo)致無(wú)法啟動(dòng)。

3 蓄電池故障的市場(chǎng)數(shù)據(jù)

對(duì)于動(dòng)態(tài)電平衡來(lái)說(shuō)：A車型和B車型怠速充電，C車型和D車型怠速放電。

1）6個(gè)月蓄電池故障數(shù)據(jù)按照行駛里程分析，見表1。從表1看出：怠速充電和怠速放電車型的蓄電池故障率和行駛里程一個(gè)因素?zé)o明顯關(guān)系。

表1 不同行駛里程故障率

2）6個(gè)月蓄電池故障數(shù)據(jù)按照日均里程分析，見表2。從表2看出：怠速充電和怠速放電車型的蓄電池故障率和日均里程一個(gè)因素?zé)o明顯關(guān)系。

表2 不同日均里程故障率

3）A車型6個(gè)月蓄電池故障數(shù)據(jù)按照配置分析，見表3。從表3看出：配置高的車型，蓄電池故障率也高。

表3 故障百分比

4）A、B、C、D車型上市后蓄電池虧電問(wèn)題復(fù)發(fā)情況統(tǒng)計(jì)，見表4。從表4看出：怠速充電車型，蓄電池二次虧電比例低。

表4 二次虧電比例

4 整車電平衡與蓄電池故障率的關(guān)系

從以上數(shù)據(jù)可以看出，不同電平衡車型的蓄電池故障率和行駛里程、日均里程沒(méi)有明顯關(guān)系。但是蓄電池故障率和車型配置高低有關(guān)，即和整車用電量有關(guān)，而且不同電平衡的車型和蓄電池故障中的二次虧電比例明顯有關(guān)，怠速充電車型比怠速放電車型二次虧電的比例低。

根據(jù)以上分析，為了降低蓄電池故障率，首先需要將電平衡判定標(biāo)準(zhǔn)改為：在給定的負(fù)載條件下，怠速、城市、高速工況試驗(yàn)后都不允許蓄電池放電。

蓄電池虧電的原因很多，有些原因很明確，例如某個(gè)模塊不休眠導(dǎo)致靜態(tài)電流大；加裝大功率電器件導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)電量不滿足整車需求；場(chǎng)地用車或者教練車長(zhǎng)期頻繁啟動(dòng)和低速行駛等。但是整車電平衡導(dǎo)致蓄電池虧電是個(gè)綜合問(wèn)題，很難用一個(gè)條件確認(rèn)。

5 電平衡研究方向

既然電平衡是一個(gè)相對(duì)概念，就要研究怎樣將蓄電池電量維持在一個(gè)良好的區(qū)間。

影響蓄電池電量維持在一個(gè)怎樣區(qū)間的因素，除了上述提到的蓄電池初始電量、車主的駕駛習(xí)慣、車主的行駛工況之外，還有以下2個(gè)方面。

1）電平衡判定標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)明確：在特定負(fù)載條件下，怠速、城市、高速工況試驗(yàn)后都不允許蓄電池放電，但并不等同于任何工況下蓄電池都不放電。“特定的負(fù)載條件”中負(fù)載的大小，會(huì)影響蓄電池電量維持在一個(gè)不同的區(qū)間。

2）對(duì)于智能發(fā)電機(jī)，不同的發(fā)電機(jī)控制策略［2］和控制參數(shù)也會(huì)影響蓄電池電量維持的區(qū)間。發(fā)電機(jī)控制策略和控制參數(shù)的優(yōu)化需要蓄電池的一些參數(shù) （例如蓄電池最優(yōu)充電電壓和最優(yōu)SOC值等）的支持。

為了讓發(fā)電機(jī)、蓄電池和整車負(fù)載都在最優(yōu)的狀態(tài)下工作，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)和蓄電池的壽命，降低成本，需要繼續(xù)研究整車電平衡。