某車型發動機怠速降低對整車用電平衡的影響

讓松，陳積先，覃北階，王丹，張華樹，孟輝，譚功偉（國家汽車質量監督檢驗中心，湖北 襄陽 441004）

某車型發動機怠速降低對整車用電平衡的影響

讓松，陳積先，覃北階，王丹，張華樹，孟輝，譚功偉
（國家汽車質量監督檢驗中心，湖北 襄陽 441004）

闡述汽車整車電氣系統電量平衡發電機、蓄電池和用電器三者之間的關系。列出整車電氣系統負載情況，以某車型負載5為例，分析在模擬城市工況、60km／h勻速行駛工況和試驗場綜合路循環工況下，怠速降低前后整車用電設備試驗數據，論證發動機怠速情況整車電平衡存在差異。

整車電平衡；模擬工況；綜合路循環工況

整車電氣系統是汽車交流發電機、蓄電池和各種用電器件的總和，而整車電氣系統的電量平衡（簡稱整車電平衡）是指汽車交流發電機、蓄電池和其它各種用電器之間的電能產生與消耗的相互制約關系。汽車交流發電機是汽車的主要電源，它將發動機的部分機械能轉化成電能，其功用是在發動機正常運轉時（怠速以上），向各種用電器供電，同時向蓄電池充電。

汽車電氣系統用電平衡試驗是驗證車輛在各種運行狀態下，整個汽車電氣系統中用電設備的匹配情況，包括發電機的工作性能參數（電機轉速、輸出電流、輸出電壓和環境溫度）和蓄電池的電荷量對整車電量平衡的影響。出于其它方面的考慮，某乘用車欲將發動機的怠速從AC／OFF：750r／min降低到700 r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min。本文驗證該車型發動機怠降低前后整車電平衡差異，進而分析發動機的怠速降低對整車用電平衡的影響。

1 試驗說明

選取某車型樣車一臺，其怠速為AC／OFF：750 r／min，AC／ON：850 r／min。車輛使用中對電氣負載的要求根據車輛在使用過程中情況，電氣系統可以分為表1所示幾種負載情況。具體用電負載見表2。其中在不同負載下按照GB／T12545.1—2001乘用車燃料消耗量試驗方法中第4條模擬城市工況、60 km／h勻速行駛工況以及試驗場綜合路循環工況進行試驗，試驗工況的先后可以按實際場地情況安排，每個工況之間的車輛移動應按最短移動距離安排。試驗中負載使用參照表2的要求，對于未提及的負載可以根據試驗時對應的車輛使用條件進行開啟。試驗中每個工況開始時和結束時要對短期間歇工作的負載進行一次操作，每個工況運行期間長期連續工作的負載要一直開啟，空調處于最大風量，刮水系統處于最高速度（刮水器拆離）。

表1 電氣系統的負載列表

2 試驗結果

本文僅選取負載5（極端情況）作分析說明，其它負載情況略去，如表3所示。

表2 不同負載下用電設備的使用情況

表3 負載5使用情況下試驗數據

3 負載5試驗分析及結論

3.1 模擬城市工況

表4 怠速降低前負載5試驗數據

表5 怠速降低后負載5試驗數據

汽車在轉轂試驗臺上按照歐洲耐久性模擬城市工況進行試驗，怠速降低前后大功耗實時動態特性曲線分別如圖1、圖2所示，試驗數據處理的結果見表4、表5。從數據中可以看出：在歐洲耐久性模擬城市工況下，當汽車在大功耗狀態下運行時，由于車速變化較大（195 s一個循環）、怠速時間長、平均車速低、發電機的轉速變化也很大，故發電能力也隨之變化；在整個試驗過程中，空調壓縮機頻繁啟動和停止，從而使整個平均用電電流波動在39.98～43.83A（怠速降低前43.83A，怠速降低后39.98A），最大用電電流達48.35～59.44A（怠速降低前48.35A，怠速降低后59.44 A），發動機處于怠速狀態或者轉速調整的過程中，發電機發電能力下降，輸出電流不足以提供給用電系統，需要蓄電池補充供電量。因此在發動機轉速高時蓄電池處于充電狀態；發動機轉速低或者系統用電需求突然變大時蓄電池參與供電，才能保證整個電氣系統的大功耗用電。在整個試驗過程中蓄電池的平均充電電流怠速降低前3.69A、怠速降低后-0.76A，這說明蓄電池怠速降低前大約一半的時間都處于充電狀態，故試驗后蓄電池的電壓略高于試驗前蓄電池的電壓。而怠速降低后整體來說在放電，故試驗后蓄電池的電壓略低于試驗前蓄電池的電壓。

由此可以得到結論：在出現極限用電情況（夏天悶熱的雨夜行車，經常性長時間怠速）時，仍然是超過一半的時間蓄電池處在充電狀態。試驗結束后，蓄電池電壓高于試驗開始時刻，說明從整體上來看，在負載5的情況下，怠速降低前本車發電機的發電能力基本滿足電平衡的要求，而怠速降低后電池略微虧電。

3.2 60km／h勻速工況

汽車在60km／h的勻速行駛試驗工況進行試驗，怠速降低前后實時動態特性曲線分別如圖3、圖4所示，試驗數據處理的結果見表4、表5。從數據中可以看出：汽車在大功耗狀態以60km／h的速度運行時，當發動機的平均轉速在怠速降低前1 522.17 r／min、怠速降低后1512.34r／min左右時，用電系統的用電電流怠速降低前37.21～50.21A、怠速降低后為36.95～54.29A，蓄電池大部分時間處于充電狀態，整個試驗過程以充電為主，平均充電電流怠速降低前為1.26A、怠速降低后為7.13A，故試驗后蓄電池的電壓會高于試驗前蓄電池的電壓。

由此可以得到結論：當汽車長時間工作在大功耗狀態（夏天悶熱的雨夜行車）下，車輛以60km／h的速度運行（在高速公路或城際、郊區公路等無頻繁的制動怠速的路況下），其發電能力已能滿足電平衡要求。

3.3 綜合路循環工況

試驗場綜合路循環工況，怠速降低前后實時動態特性曲線分別如圖5、圖6所示，試驗數據處理的結果見表4、表5。從數據中可以看出：在模擬實際城市工況下，當汽車在大功耗狀態下運行時，車速變化較大（十字路口的紅綠燈等），發電機的轉速變化也很大，點火系統、空調系統、散熱系統等用電都較平穩，總的用電電流平均值怠速降低前保持在36.83A、怠速降低后保持在37.08A左右，發動機的轉速變化也很大，只靠發電機還是不能滿足整個電氣系統的用電需求，因此蓄電池也需要頻繁切換充電狀態和放電狀態，才能保證整個電氣系統的較大功耗用電。而實際工況的平均車速比歐洲耐久性模擬城市工況時高、怠速時間短，因此怠速降低前蓄電池總體還是處于充電狀態的，平均充電電流為3.1 3A，試驗后蓄電池的電壓高于試驗前；怠速降低后蓄電池略微虧電（虧電：在一定的負載狀態下，使得蓄電池端電壓下降、容量降低的汽車行駛或怠速過程。電池長期處于虧電狀態，會降低其使用壽命），平均放電電流為0.61A，試驗后蓄電池的電壓低于試驗前。

由此可以得到結論：在頻繁起步和停車的實際城市工況下，如果車輛長時間工作在較大功耗狀態（夏天悶熱的雨夜行車，經常性怠速）下，怠速降低后電池略微虧電。

4 結束語

本文通過試驗的方法，驗證了某車型將發動機的怠速從AC／OFF：750r／min降低到700r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min，降低前后整車電平衡差異，由此知道該車發動機怠速降低后，負載5的模擬城市工況進行試驗和試驗場綜合路循環工況，電池略微虧電，若電器長期工作在大工況下會造成電池嚴重虧電。綜上所述，該車型在如上的條件下降低怠速，將不滿足整車用電平衡；若要降低其怠速，應加大其發電機功率并驗證整車用電平衡情況。

（編輯 心翔）

Influence of Reduced Engine Idle Speed of A Car Model on Vehicle Power Balance

RANG Song，CHEN Ji-xian，QIN Bei-jie，WANG Dan，ZHANG Hua-shu，MENG Hui，TAN Gong-wei
（National Automobile Quality Supervision and Test Center，Xiangyang 441004，China）

The relation between generator，battery and electric appliance in the power balance of vehicle electrical system is elaborated here.The test data of vehicle electric appliances before and after idle speed reduction are analyzed under three working conditions as follows：simulated urban，constant speed driving at 60 km／h；comprehensive road driving cycle at test track.The result shows that the vehicle power balance differs at different engine idle speed.

vehicle power balance；simulated working condition；comprehensive road driving cycle condition

U463.61

A

1003－8639（2014）07－0068－04

2013-11-06；

2013-11-25

讓松（1987-），男，湖北襄陽人，工程師，研究方向為汽車電子電器及新能源汽車檢測。