某车型发动机怠速降低对整车用电平衡的影响

让松，陈积先，覃北阶，王丹，张华树，孟辉，谭功伟（国家汽车质量监督检验中心，湖北 襄阳 441004）

某车型发动机怠速降低对整车用电平衡的影响

让松，陈积先，覃北阶，王丹，张华树，孟辉，谭功伟
（国家汽车质量监督检验中心，湖北 襄阳 441004）

阐述汽车整车电气系统电量平衡发电机、蓄电池和用电器三者之间的关系。列出整车电气系统负载情况，以某车型负载5为例，分析在模拟城市工况、60km／h匀速行驶工况和试验场综合路循环工况下，怠速降低前后整车用电设备试验数据，论证发动机怠速情况整车电平衡存在差异。

整车电平衡；模拟工况；综合路循环工况

整车电气系统是汽车交流发电机、蓄电池和各种用电器件的总和，而整车电气系统的电量平衡（简称整车电平衡）是指汽车交流发电机、蓄电池和其它各种用电器之间的电能产生与消耗的相互制约关系。汽车交流发电机是汽车的主要电源，它将发动机的部分机械能转化成电能，其功用是在发动机正常运转时（怠速以上），向各种用电器供电，同时向蓄电池充电。

汽车电气系统用电平衡试验是验证车辆在各种运行状态下，整个汽车电气系统中用电设备的匹配情况，包括发电机的工作性能参数（电机转速、输出电流、输出电压和环境温度）和蓄电池的电荷量对整车电量平衡的影响。出于其它方面的考虑，某乘用车欲将发动机的怠速从AC／OFF：750r／min降低到700 r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min。本文验证该车型发动机怠降低前后整车电平衡差异，进而分析发动机的怠速降低对整车用电平衡的影响。

1 试验说明

选取某车型样车一台，其怠速为AC／OFF：750 r／min，AC／ON：850 r／min。车辆使用中对电气负载的要求根据车辆在使用过程中情况，电气系统可以分为表1所示几种负载情况。具体用电负载见表2。其中在不同负载下按照GB／T12545.1—2001乘用车燃料消耗量试验方法中第4条模拟城市工况、60 km／h匀速行驶工况以及试验场综合路循环工况进行试验，试验工况的先后可以按实际场地情况安排，每个工况之间的车辆移动应按最短移动距离安排。试验中负载使用参照表2的要求，对于未提及的负载可以根据试验时对应的车辆使用条件进行开启。试验中每个工况开始时和结束时要对短期间歇工作的负载进行一次操作，每个工况运行期间长期连续工作的负载要一直开启，空调处于最大风量，刮水系统处于最高速度（刮水器拆离）。

表1 电气系统的负载列表

2 试验结果

本文仅选取负载5（极端情况）作分析说明，其它负载情况略去，如表3所示。

表2 不同负载下用电设备的使用情况

表3 负载5使用情况下试验数据

3 负载5试验分析及结论

3.1 模拟城市工况

表4 怠速降低前负载5试验数据

表5 怠速降低后负载5试验数据

汽车在转毂试验台上按照欧洲耐久性模拟城市工况进行试验，怠速降低前后大功耗实时动态特性曲线分别如图1、图2所示，试验数据处理的结果见表4、表5。从数据中可以看出：在欧洲耐久性模拟城市工况下，当汽车在大功耗状态下运行时，由于车速变化较大（195 s一个循环）、怠速时间长、平均车速低、发电机的转速变化也很大，故发电能力也随之变化；在整个试验过程中，空调压缩机频繁启动和停止，从而使整个平均用电电流波动在39.98～43.83A（怠速降低前43.83A，怠速降低后39.98A），最大用电电流达48.35～59.44A（怠速降低前48.35A，怠速降低后59.44 A），发动机处于怠速状态或者转速调整的过程中，发电机发电能力下降，输出电流不足以提供给用电系统，需要蓄电池补充供电量。因此在发动机转速高时蓄电池处于充电状态；发动机转速低或者系统用电需求突然变大时蓄电池参与供电，才能保证整个电气系统的大功耗用电。在整个试验过程中蓄电池的平均充电电流怠速降低前3.69A、怠速降低后-0.76A，这说明蓄电池怠速降低前大约一半的时间都处于充电状态，故试验后蓄电池的电压略高于试验前蓄电池的电压。而怠速降低后整体来说在放电，故试验后蓄电池的电压略低于试验前蓄电池的电压。

由此可以得到结论：在出现极限用电情况（夏天闷热的雨夜行车，经常性长时间怠速）时，仍然是超过一半的时间蓄电池处在充电状态。试验结束后，蓄电池电压高于试验开始时刻，说明从整体上来看，在负载5的情况下，怠速降低前本车发电机的发电能力基本满足电平衡的要求，而怠速降低后电池略微亏电。

3.2 60km／h匀速工况

汽车在60km／h的匀速行驶试验工况进行试验，怠速降低前后实时动态特性曲线分别如图3、图4所示，试验数据处理的结果见表4、表5。从数据中可以看出：汽车在大功耗状态以60km／h的速度运行时，当发动机的平均转速在怠速降低前1 522.17 r／min、怠速降低后1512.34r／min左右时，用电系统的用电电流怠速降低前37.21～50.21A、怠速降低后为36.95～54.29A，蓄电池大部分时间处于充电状态，整个试验过程以充电为主，平均充电电流怠速降低前为1.26A、怠速降低后为7.13A，故试验后蓄电池的电压会高于试验前蓄电池的电压。

由此可以得到结论：当汽车长时间工作在大功耗状态（夏天闷热的雨夜行车）下，车辆以60km／h的速度运行（在高速公路或城际、郊区公路等无频繁的制动怠速的路况下），其发电能力已能满足电平衡要求。

3.3 综合路循环工况

试验场综合路循环工况，怠速降低前后实时动态特性曲线分别如图5、图6所示，试验数据处理的结果见表4、表5。从数据中可以看出：在模拟实际城市工况下，当汽车在大功耗状态下运行时，车速变化较大（十字路口的红绿灯等），发电机的转速变化也很大，点火系统、空调系统、散热系统等用电都较平稳，总的用电电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，发动机的转速变化也很大，只靠发电机还是不能满足整个电气系统的用电需求，因此蓄电池也需要频繁切换充电状态和放电状态，才能保证整个电气系统的较大功耗用电。而实际工况的平均车速比欧洲耐久性模拟城市工况时高、怠速时间短，因此怠速降低前蓄电池总体还是处于充电状态的，平均充电电流为3.1 3A，试验后蓄电池的电压高于试验前；怠速降低后蓄电池略微亏电（亏电：在一定的负载状态下，使得蓄电池端电压下降、容量降低的汽车行驶或怠速过程。电池长期处于亏电状态，会降低其使用寿命），平均放电电流为0.61A，试验后蓄电池的电压低于试验前。

由此可以得到结论：在频繁起步和停车的实际城市工况下，如果车辆长时间工作在较大功耗状态（夏天闷热的雨夜行车，经常性怠速）下，怠速降低后电池略微亏电。

4 结束语

本文通过试验的方法，验证了某车型将发动机的怠速从AC／OFF：750r／min降低到700r／min，AC／ON：850 r／min降低到825 r／min，降低前后整车电平衡差异，由此知道该车发动机怠速降低后，负载5的模拟城市工况进行试验和试验场综合路循环工况，电池略微亏电，若电器长期工作在大工况下会造成电池严重亏电。综上所述，该车型在如上的条件下降低怠速，将不满足整车用电平衡；若要降低其怠速，应加大其发电机功率并验证整车用电平衡情况。

（编辑 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

让松（1987-），男，湖北襄阳人，工程师，研究方向为汽车电子电器及新能源汽车检测。