整车电量平衡计算

屈 颖，李 远，杨 明

（河北中兴汽车制造有限公司，河北 保定 071000）

汽车电器系统的电量平衡［1］，是指汽车发电机、蓄电池和其他各种用电设备之间电能产生和消耗的相互制约关系。

蓄电池与起动机、发电机及整车电器是一个电能供需关联系统。蓄电池的主要作用是向起动机供电；发电机是汽车上的主要电源装置，除在正常运行状态下应保证整车电器 （除起动机外）的用电量外，还要向蓄电池补充电量。所以，合理地选择蓄电池的容量、发电机的输出功率是保证整车供电与用电平衡的必要条件。

研究汽车电器系统电量平衡的目的是：对起动机最大输出功率与蓄电池容量优化匹配，既能够保证车辆在我国任何地区环境温度条件下可以正常起动，同时又能够降低蓄电池成本和消耗量；对发电机有效输出功率与整车电器 （除起动机外）耗电量优化匹配，既能够保证蓄电池正常充放电工作，延长发电机和蓄电池的寿命，又能够降低发电机成本和油耗量。

下文以中兴一款汽油车为例，说明如何通过整车电量平衡计算来选取交流发电机和蓄电池，以保证整车电量平衡。

1 交流发电机的选用原则

发电机功率的选择，应保证供给用电设备电能和满足蓄电池充电的要求。选用时应遵循以下原则。

1）发电机热态最大输出电流应大于整车综合工况下总电流的1.2倍。

2）常用行驶速度 （40km／h）时，发电机输出电流大于极限工况 （夏季雨夜）最大电流，并保证6A以上的充电电流。

3）怠速时，发电机输出电流大于白天怠速常用工况的电流。

4）怠速极限工况时，发电机的发电量大于此时用电量。如果发电机发电量不满足要求，则以极限用电2h、蓄电池容量保证75%为原则计算。

2 整车主要工况的用电量计算

保证整个电器系统的输入与输出总电量的动态平衡，首先要计算整车用电量。整车用电量计算存在多种工况：综合工况、极限工况 （夏季雨夜）、怠速常用工况和怠速极限工况。各工况下整车用电量如表1所示。总电负荷If由以下公式［2］计算。

式中：m——整车用电设备的数量；Kv——电压系数，Kv=Ug／Ue；Ki——第i个用电设备的权值；Pei——第i个用电设备的额定功率，W；Ue——用电设备的标称电压［3］，V；Ug——发电机输出电压，取14.4V。

在夏季雨夜、怠速常用和怠速极限3种工况中，Ki取1，表1未列出项Ki取0。

表1 各工况下整车用电量

3 发电机功率的选取

根据整车实际用电和蓄电池的充放电平衡，为保证蓄电池可靠地充电，使蓄电池的充放电也达到平衡，发电机热态最大输出电流应大于整车综合工况下总电流的1.2倍。

综合工况下总电流I=78.62×1.2≈94.3 A，故要求发电机热态最大输出电流大于94.3A。

由上计算，初步选定发电机为14V／90A。发电机输出曲线如图1所示。

根据发电机输出特性曲线对以下工况进行验证。

1）最大输出电流97 A，大于整车综合工况下总电流的1.2倍 （94.3A），满足要求。

2）常用行驶速度 （40km／h）时发电机输出电流大于极限工况 （夏季雨夜）最大电流。

车速40 km／h时，3档时发动机转速大约为1828r／min， 发动机与发电机皮带轮之比为2.2，发电机转速大约为4022r／min。 根据发电机输出特性曲线得知，此时发电机的输出电流大约为89.5A，大于夏季雨夜最大电流73.6 A。89.5-73.6=16.9 A，此时能保证16.9A的充电电流，大于6A。

3）怠速时发电机输出电流大于白天怠速常用工况的电流。

发动机与发电机皮带轮之比为2.2，开空调时发动机高怠速为1000±50 r／min，发电机转速大约在2200r／min。根据发电机输出特性曲线得知，此时发电机的输出电流大约为70A，大于白天怠速常用工况电流53.6A，满足要求。

4）怠速极限工况时，发电机的发电量大于此时用电量。如果发电机发电量不满足要求，则以极限用电2h、蓄电池容量保证75%为原则计算。

发动机与发电机皮带轮之比为2.2，开空调时发动机高怠速为1000±50 r／min，发电机转速大约在2200r／min。根据发电机输出特性曲线得知，此时发电机的输出电流大约为70A。怠速极限工况最大电流为73.6A，此时需要蓄电池与发电机并联供电，蓄电池提供电流为73.6-70=3.6A。

根据经验，以极限用电高峰怠速2h、蓄电池容量保证75%为原则计算。 Q=I×T=3.6×2=7.2 Ah， 所选择的蓄电池容量不小于7.2／25%=28.8Ah。

以上验证均满足要求，故选用14 V／90 A的发电机。

4 蓄电池容量范围的估算

蓄电池的主要任务是向起动机提供瞬时大电流，保证发动机在各种情况下能可靠地起动。该车型采用的4A91发动机的起动机功率大约为1.2kW。

根据经验公式： 蓄电池容量C=（500～700）P／U=（500～700）×1.2／12=50～70Ah。

5 蓄电池-18℃冷起动电流的确定

由于蓄电池冷起动电流直接关系到起动机能否良好地起动，一般蓄电池的冷起动电流应该大于起动机功率曲线上功率最大点对应的起动电流，同时小于功率曲线与力矩曲线交点对应的电流。根据起动机输出特性曲线 （图2）可以看出：起动机输出最大功率1.18 kW时起动电流为270 A；功率曲线与力矩曲线交点对应的电流为400 A，因此选用蓄电池的冷起动电流要大于270A，小于400A。

6 蓄电池的选取

蓄电池容量的选择主要是根据整车用电设备和起动的功率确定的。

1）蓄电池容量为50～70Ah之间，-18℃的冷起动电流要在270～400A之间。

2）蓄电池的容量不能小于28.8Ah。

故选用容量为60Ah、冷起动电流400A（-18℃）的蓄电池满足起动要求。

7 结束语

综上所述，本文介绍了汽车电量平衡的理论计算，在汽车设计阶段通过对不同工况的用电量计算，可以准确选择发电机和蓄电池。此方法已经得到中兴公司众多车型的实际验证，是一种准确可靠的方法。

［1］谢志华，葛高杰.汽车电量平衡计算及验证［J］.汽车电器， 2009 （4）： 8-11.

［2］董利伟.乘用车整车电量平衡计算方法的研究与应用（I）［J］. 汽车电器， 2010 （2）： 9-15.

［3］ GB／T 2900.1—2008， 电工术语 基本术语［S］.