整車電量平衡的驗證方法淺析

楊國樑，李鑫睿，韓光省，譚金超

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300；2.天津會佳智能科技有限公司，天津 300400）

在傳統車行駛過程中，車輛用電需求由發電機和蓄電池提供，新能源車則由DC/DC和蓄電池提供。發電機或DC/DC的選型及其與蓄電池的匹配就成為整車正常用電最關鍵的一個因素。電量平衡是發電機或DC/DC向整車的供電量與整車電器用電量的一個動態平衡，故發電機或DC/DC的選型直接影響到整車用電是否夠用，是否導致蓄電池饋電等問題。設計出一個可靠可行的驗證整車電量平衡的方法是至關重要的。

1 驗證參數的確定

通過試驗驗證，測量、記錄各電氣設備的動態參數，驗證整車電平衡設計的合理性，并為系統優化提供思路。整車電量平衡的驗證是針對于車輛的供耗電系統，在此過程中需要監控具有代表性的電氣參數作為支持。

1.1 電流及電壓參數

1）供電系統：發電機或DC/DC。在動態的電量平衡過程中要監控供電系統電壓值和電流值，進而可以計算其功率，用以判斷輸出電量是否夠用、選型是否合理。

2）耗電系統：整車各電氣負載及零部件。蓄電池，在車輛起動或者休眠后的用電需求全部來自于蓄電池，若在電量平衡過程中出現蓄電池饋電的情況則為嚴重問題。需要通過監控蓄電池的正負極電流來判斷蓄電池在試驗過程中充放電情況。

大功率負載，在行車過程中一些大功率負載難免需要開啟，如：鼓風機、冷卻風扇和后風窗除霜等。需要監控這類負載的電壓及電流。

常用用電器，夜間行車時駕駛員需要開啟各類燈具類負載；也會伴有轉動方向盤、踩下制動踏板等動作，同時也可以監控到EPS（電子助力轉向）電流及真空泵電流；在雨雪天氣中還需開啟雨刮、空調及座椅加熱等功能。

綜上所述，根據實驗要求監控不同的電氣參數，但是始終要考慮實際情況。貼近實際情況開啟不同的負載，力求實驗的真實性。

1.2 溫度參數

眾所周知，汽車作為一種特殊商品，需要在各個地區正常使用。可針對車身重要部件進行溫度監控。在機艙內部可以監控：發電機/DC/DC表面溫度、前艙蓋中部溫度、前圍板中間溫度、蓄電池表面溫度、冷卻風扇表面溫度等，對這個機艙溫度做出一個整體把控，確認機艙熱管理是否優良及零部件是否在正常工作溫度范圍內。

2 試驗工況的確定

整車電量平衡驗證試驗包括不同的氣候條件和城市道路循環工況條件。一般氣候條件分為夏季和冬季，城市道路循環工況若干。

2.1 氣候條件

夏季氣候條件可分為夏季雨夜和夏季白晝；同樣，冬季氣候條件可分為冬季雪夜和冬季白晝。夏季氣候條件一般溫度設置在35～45℃；冬季氣候條件一般溫度設置在-10～-20℃。雨夜氣候條件還需要求濕度，一般設置為50%RH。如果要力求驗證結果真實，最好將車輛在實驗開始前浸泡6～12h。

2.2 工況條件

各國采用的試驗工況（即車速、發動機轉速、負荷）因國情而異，其實質是模擬這些區域內城市或者郊區（換個角度是乘用車或者大巴車或其他特殊用車）運行狀況，包括加速爬坡、減速、勻速等。因此，工況之間本身沒有絕對意義上的優劣之分，只不過有些機構更權威發布的標準更為人所公認。

以ECE-15駕駛循環工況為例，該工況單個循環195s，包含駐車、勻速、加速、減速，加速、減速過程均為線性過程。可根據實際情況進行多個循環，一般選取15個循環。單個循環構成如表1所示。

表1 ECE-15工況說明

除了城市道路工況，還應該考慮市郊道路工況和駐車工況。從不同角度出發，檢驗整車電量平衡的可靠性。在市郊道路工況中，可以保持一定速度的勻速行駛。如以100km/h的速度行駛1h。在駐車工況中，應注意開啟關閉天窗及車窗，打開危險報警燈，開啟收音機等用戶可能的操作。監控一段時間后，進而判斷整車是否滿足電量平衡。

3 某車型試驗結果分析

以某款新能源轎車為例，將不同工況的結果進行簡單分析。經過多工況轉轂試驗臺的試驗，采用高精度數據采集設備記錄全程數據。駐車工況試驗數據如圖1及圖2、表2所示。

根據測試數據知，整個測試時長1800s。在夏季氣候條件下，測試過程中蓄電池以31.638A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為31.638*0.5Ah/60Ah≈26.36%＞0%；在冬季氣候條件下，測試過程中蓄電池以5.828A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為5.828*0.5Ah/60Ah≈4.85%＞0%；DC/DC能夠滿足該工況下已開啟的車載電器功率消耗。無論是冬季氣候還是夏季氣候，車輛DC/DC、蓄電池以及其他已開啟電器負載滿足動態平衡。

圖1 夏季駐車工況

圖2 冬季駐車工況

表2 某車型主要電流性能表（駐車工況）

ECE-15工況試驗數據如圖3及圖4、表3所示。在ECE-15工況中，可以在波形圖中發現，DC/DC輸出電流波形較為密集，這是由于該工況下車輛急加速較頻繁，車載用電也隨之驟升。

圖3 夏季ECE-15工況

圖4 冬季ECE-15工況

表3 某車型主要電流性能表（ECE-15工況）

根據測試數據知，整個測試時長3000s。在夏季氣候條件下，測試過程中蓄電池以16.204A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為（16.204*3000/3600）Ah/60Ah≈22.5%＞0%；在冬季氣候條件下，測試過程中蓄電池以5.240A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為（5.240*3000/3600）Ah/60Ah≈7.27%＞0%；DC/DC能夠滿足該工況下已開啟的車載電器功率消耗。無論是冬季氣候還是夏季氣候，車輛DC/DC、蓄電池以及其他已開啟電器負載滿足動態平衡。

4 結論

DC/DC在滿足整車用電需要的同時應兼顧經濟方面的考慮。若DC/DC選型過小，則無法滿足整車正常用電；若DC/DC選型過大，則不利于成本優化，增加了制造整車的經濟投入。發電機的選型應從汽車行駛的極限情況出發，滿足極限工況的整車用電需求；同時考慮溫度對發電機工作性能的影響。

蓄電池的選型要考慮3個因素：冷啟動能力、充放電性能和整車靜態電流。本文著重考慮充放電性能，在正常車輛使用過程中，可能導致蓄電池不是滿電狀態。選擇充電性能較好的蓄電池可以保證在車輛行駛過程中極大限度地對蓄電池進行充電，以防出現蓄電池饋電的問題。蓄電池在夏季工況充電情況良好，在冬季充電情況較差。在評估整車電量平衡是否達標時應著重考慮冬季工況。

隨著我國綜合實力的飛速發展，汽車已經走進千家萬戶，汽車的品質和行車安全成為了人們首要考慮的因素。筆者根據自身的工作經驗分析了當下整車電量平衡的科學驗證方法，希望對整車電平衡的設計提供更多的思路，促進中國汽車行業更進一步發展。