汽车电平衡匹配设计浅析

石志勇，韩勇，王宜海

（安徽省江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车电平衡匹配设计浅析

石志勇，韩勇，王宜海

（安徽省江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着汽车电子电器技术的迅速发展，电器功能日益增多且复杂，整车电平衡在汽车电气设计中尤显重要。电平衡是指发电机、蓄电池、整车用电器在一定时间内发电量和用电量达到稳定的平衡状态。本文详细介绍了汽车电平衡设计方法，并分析了发电机、蓄电池的选型和作用。

电子电器；电源；电平衡；蓄电池

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-28-03

1、各个设备的作用

1.1 蓄电池的作用

在起动发动机期间，它开动启动机、点火系统、电子燃油喷射和发动机的其它电器设备；

每当发动机停止运转时，由它给汽车电器件供电；

每当发动机低速运行的这段有限时间内，由它协助提供电流，补充发电机所欠缺的发电量；

它起到了整车电气系统的电压稳定器的作用。

对蓄电池的最大需求出现在它必须给启动机供电的时候，起动起动机，需要几百安培电流，其具体数值还受温度、发动机排量和发动机性能等的影响。

1.2 发电机的作用

从保证用电和提高供电系统的经济性考虑，发电机功率的选择应以汽车行驶时正常用电量和对蓄电池充电电流的大小为基础。在发动机高速运转时，发电机应能给整车用电器正常供电，适当时给蓄电池充电，以保证蓄电池处于满电荷状态；在发动机低速运行时，可以允许蓄电池协助发电机给整车用电器供电。而在冬季雪夜和夏季雨夜是整车用电量的极限情况，允许蓄电池向用电设备提供一定大小的放电电流，以满足整车的用电需求。

2、电平衡计算方法

电平衡计算就是选用合适的方法对整车用电量和发电量进行计算，最终使得发电量和用电量达到动态平衡即可。本计算可以得到两个结果：一是在发动机不起动时（ON档下）对蓄电池容量的要求；二是在发动机起动后对发电机容量的要求。

1）发动机不起动时

定义在ON档时整车用电器按一定的使用频率使用一段时间后，还能保证发动机正常起动，蓄电池容量QB由启动设计匹配给出几个可选的蓄电池。

可由以下公式表示：

其中：N——可起动的次数；

QB——蓄电池容量；

QON——ON档下消耗的容量；

QS——单次起动消耗的能量。

说明：N——理论上N大于1就应该可以保证发动机起动，但实际起动过程中条件非常复杂，为防止起动不良，对N值留有一定的余量，这里给出N=3的参考值，也可以根据主机厂相关经验调整取值。

55%*QB——蓄电池容量取SOC的55%作为参考值，一般为保证整车能正常起动，蓄电池可使用的电量为总电量的55%，主机厂也可根据自己电池模型调整参数。

QON——在ON档时整车用电器按一定的使用频率使用一段时间后消耗的总能量。

QS——定义一次完整起动过程为5s或根据主机厂定义，在5s内起动机和所有起动瞬间能工作的电器件共同消耗的能量。

2）发动机起动后

发动机起动后，正常情况整车完全由发电机来提供电能，此时考查发电机的发电能力。因为夏季雨夜和冬季雪夜是整车用电负载最大的时候，我们用加权法来计算这两种工况。如果在这两种极端工况下发电机能满足整车的用电需求，那么在其他工况，发电机也能满足整车用电需求。

3、各个参数的计算

3.1 QS的计算

发动机起动过程中，整车由蓄电池供电，将起动瞬间可能会使用的用电器全部统计出来，并求出总电流IS。

3.2 QON的计算

ON档时发动机不起动，整车由蓄电池供电，我们可以将用电器分为4类：

（1）必须在发动机运行时才能工作

例如，散热风扇、220V电源输出、后视镜加热等，在这里我们就不能计算它们的电流。

（2）一般在ON档不会打开的用电器

例如，远光灯、倒车灯、制动灯、PAS、座椅加热等。

（3）ON档时有些系统只有ECU工作，执行器不工作

例如，TCU、ESC、发动机控制器等，这些在正常工作是电流会比较大，但在ON档时它们可能只有ECU的工作电流，这个电流就会比较小。

（4）其它用电器

a.使用频率比发动机运转时小的电器；例如，雨刮、近光灯、前雾灯、后雾灯等，有些用电器不会像车辆行驶一样使用的多。

b. 使用频率和发动机运转时差不多的用电器ON档时电器件的使用频度系统也是基于以上原则给出，并假设ON档可以工作1小时（主机厂可根据车型实际情况修改）。

ION为每个用电器在ON档时消耗的电流，ION=Ii*F（F为用电器使用频度系数，参考值见频度系数表，主机厂也可根据自己的实际情况对频度系数进行调整）。

将上面计算的QON、QS、QB代入上面的公式即可算出发动机可起动的次数，由此验证所选择的蓄电池是否符合电平衡的要求。

4、发电机选型

当车辆在正常行驶时，整车供电以发电机供电为主，发电机功率的选择应保证满足整车的正常电器用电量和蓄电池充电，这里的计算主要给发电机的选型提供参考。

整车所有的用电器一般不会全部同时工作，也不会一直工作，整车电器使用环境比较复杂，这里需要根据用电器使用习惯引入频度系数以简化计算；并且由于电器件在冬季和夏季的使用有较大差异，所以我们要分成冬季和夏季两种情况来计算，最后取两者中的最大值。

其中Us是与夏季相关的频度系数，IS是夏季使用电器电流之和

其中uw是与冬季相关的频度系数，IW是冬季使用电器电流之和

（1）为保证蓄电池有足够的充电在上面计算的较大值的基础上再加上蓄电池容量的10%作为发电机选型的参考输出：

（2）但在实际应用中，为节省陈本，蓄电池在怠速时可以适当放电；根据经验要求在夏季怠速工况下，一个满充的蓄电池在怠速4小时以后，容量不低于60%。由一下公式可以算出怠速时发电机的最小输入电流I：

5、静态电流计算

车辆在长途运输或长时停放后应能起动发动机，所以在蓄电池选型时，需考虑整车静态电流的验证。因此在蓄电池的选择上应该考虑蓄电池由于车子正常停放一定时间后其电压值也能满足启动电压的要求，车子停放过程中蓄电池的正常漏电包括两部分：

（1）整车各电器系统控制单元的静态电流；

（2）蓄电池本身的自放电。

蓄电池本身的自放电是属于蓄电池质量及制造工艺等决定的，而我们能控制的也就是各控制单元的静态电流。由以下公式计算出整车需满足的静态电流I：

其中：I——整车需满足的静态电流；

T——需要停放的时间（天数），由于考虑到可能会有海运，时间较长，可以45天作为参考值，主机厂可根据实际情况修改时间；

30%*QB——蓄电池容量的30%；

1‰*T* QB——蓄电池每天的自放电为1‰；

QS——单次起动消耗的能量。

6、相关系数附表

本文计算中涉及的相关频度系数参考值如下：

（1）us与夏季相关频度系数。相关用电设备：散热器风扇、冷凝器风扇、刮水器、空调压缩机和空调鼓风机。

（2）uo与季节气候无关频度系数。相关用电设备： 连续工作制设备、短时工作制设备和随机使用的设备。

（3）F是用电器在ON档使用频度系数。

7、总结

（1）本设计计算中考虑了发动机未起动时用电器的使用情况，并对用电量进行了估算，再结合实际要求验证蓄电池是否满足使用需求；

（2）在发动机起动后的电平衡计算校核中，对整车动态电平衡进行了校核；

（3）在电量计算中所用到的用电器使用频度系数都为经验值，在具体计算中可以根据实际情况进行调整。

电器 F Uo Us 电器 F Uo Us日间行车灯 0.8 0.3 空调系统 0.2 0.4 0.7位置灯 0.2 0.7 鼓风机 0.2 0.4 0.7转向灯 0.05 0.1 空调压缩机 0.3 1近光灯 0.2 0.5 起动机 0.01远光灯 0.3 行车记录仪 1 1前雾灯 0.05 0.4 发动机控制器 0.1 1后雾灯 0.05 0.4 油泵 0.05 1倒车灯 0.05 风扇 0.5 0.6制动灯 0.1 TCU 0.05 0.1牌照灯 0.2 0.7 ABS 0.2门灯 0.1 0.1 PAS 0.05工具箱灯 0.05 0.05 安全囊控制器 1 1阅读灯 0.2 0.2 座椅加热 0 0氛围灯 0.2 0.3 收音机 0.5 0.7背光灯 0.2 0.7 MP5 0.5 0.7顶柜照明灯 0.05 0.05 液体加热器 0.1卧铺照明灯 0.3 0.3 燃油加热 0.1前雨刮电机 0.05 0.4 0.3 发动机预热 0.1冰箱 0.7 尿素处理单元 0.1 0.5洗涤电机 0.1 取力器 1后视镜 0.05 0.1 空气干燥 1后视镜加热 0.2 0 缓速器 0.2玻璃升降器 0.1 0.1 扬声器 0.5 0.7门锁系统 0.05 0.1 24V电源 0.2 0.2 BCM 1 1 220V电源输出 0.05喇叭 0.05 0.1 组合仪表 0.5 1点烟器 0.1 0.1 胎压监测系统 0.5 1

[1]李高林,刘铁山，范学.整车静态电平衡测试研究[J].汽车电器，2014（8）.

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[4]刘德生，胡定辉. 汽车电平衡的设计计算与验证方法[J].汽车电器，2014（1）.

The design of automotive electrical balance

ShiZhiYong, HanYong, WangYiHai
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230022）

With the rapid development of automotive electrical and electronic technology, the electrical function of the growing and complex vehicle electrical balance is particularly important in the automotive electrical design. Power balance is the generator, battery, vehicle within a certain time with the electrical power generation and electricity consumption reached a stable equilibrium. This paper describes the design of automotive electrical balance method, and analyzed the generator, battery selection and role.

Electronic appliances；Power supply；Power balance；Battery

U463.6

A

1671-7988(2015)04-28-03

石志勇，就职于安徽省江淮汽车股份有限公司。