电平衡计算方法及其在整车试验中的应用

白树立，杨新明，柳 萧，张雅强

（奇瑞汽车股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

电平衡计算方法及其在整车试验中的应用

白树立，杨新明，柳 萧，张雅强

（奇瑞汽车股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

通过描述电源系统存在的问题，提出电平衡试验的目的，重点介绍电平衡匹配计算方法和电平衡道路试验分析方法。

电平衡；试验方法；匹配计算；电器寿命

1 电源系统存在的问题及电平衡试验目的

目前，汽车电源系统的配置大多依靠估算或者理论计算，没有规范的试验方法验证。汽车电源系统到底合不合适，是不是最佳状态？如果整车电器系统存在问题，电源系统稳定性不够好，就会造成汽车电器系统寿命有所降低。

1.1 电源系统存在的问题

1）部分车型蓄电池容易出现失效，造成汽车不能正常起动。

2）整车电源系统不稳定，导致电器寿命有所下降。

3）电源系统裕量过大，使汽车电源系统成本大增。

1.2 电平衡试验的目的

1）提高电源系统稳定性与可靠性。解决起动问题，确保正常静止停放时间，评估系统电压波动，避免波动过大对汽车电器寿命的影响。

2）节约电源系统成本。更低的容量达到更好的效果测量，评价蓄电池与发电机容量是否与电器负载匹配，降低冗余，保证最佳配合状态以节约器件成本。

3）降低汽车油耗。减少汽车电源系统内耗，减小电源系统质量，达到降低油耗的目的。

4）延长电源系统使用寿命。防止过充电与过放电，防止极端情况出现，防止蓄电池过快损坏，电源稳定能延长电器寿命。

5）降低汽车振动噪声。降低电源系统波动，主要是发电机波动，评估发电机噪声。

对电源系统蓄电池质量与容量进行数据对比，如图1所示。

图1 蓄电池质量与容量数据对比图

通过统计可知，蓄电池容量每增加10 Ah，其质量会增加1.7 kg ，蓄电池容量与其质量成正比，同样与其价格也成正比。

2 电平衡的匹配计算

汽车电平衡是指汽车上的发电机、蓄电池与汽车用电器在一定的时间内电能产生与消耗上达到一个稳定的平衡状态。

2.1 蓄电池容量匹配计算

蓄电池容量的计算过程，是以起动机的起动工况为出发点，用以校验蓄电池容量能否满足起动机起动所需电量。蓄电池容量的计算流程如图2所示。

图2 蓄电池容量计算流程

由图2可知，蓄电池容量匹配计算过程需要调用车型数据库（发动机参数表）、起动机数据库以及蓄电池数据库。

2.2 发电机功率匹配计算

发电机功率的计算过程，是基于整车电器负载电流的统计，以及发电机对蓄电池的充电特性，从而校验发电机的输出电量能否满足除在正常运行状态下保证整车电器的用电量外，还能够向蓄电池补充电量。发电机功率计算如图3所示。

图3 发电机功率计算流程

发电机功率的计算过程，是通过对整车各用电器（除起动机外）统计的额定功率或额定电流，利用If的计算公式求出在不同工况下的总负载电流，再经过发电机充电系数的处理，得到发电机输出电流，最后计算出发电机输出功率。

2.3 整车用电量估算

通过比较发电机的发电能力与整车用电器按使用频率计算得出的用电总电流的关系，来进行发电机的选型及与整车用电器的匹配。

首先统计整车的各用电器的功率、工作电流和使用频度，计算整车用电器最大需求电流。这是一个统计和计算的过程。

2.3.1 汽车用电设备的分类

根据汽车电器用电性质，可将汽车电器的使用分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类共3类。

Ⅰ类：汽车行驶过程中，必须长期使用包括无条件长期使用（如汽油泵）和有条件长期使用（如水箱风扇）的用电设备。

Ⅱ类：为安全行驶必备的短期使用的电器（各种转向灯）。

Ⅲ类：为改善乘车舒适性而随机使用的电器（如电动门窗）。

2.3.2 用电器用电量的估算

汽车用电器随季节与环境变化，其使用的机会也不同，分别用μo、μs、μw表示与气候季节无关、电器在夏季、电器在冬季的使用频度系数，车辆用电器使用的频度系数可以根据长期的道路行驶统计获得，引用的数据如表1所示。

以表1为例，介绍汽车电器设备电量理论估算值。

式中：μi——第i个用电器所对应的使用频率系数；Ii——第i个用电器的电流。

整车夏季使用加权结果是：I加权= 114.117 A。在选用容量和信号时，与整车用电器的最大需求电量114.117 A 相比较，发电机的最大输出电流需大于114.117 A，对照已有发电机参数，选出符合条件的发电机。

3 电平衡道路试验分析方法

3.1 如何评价电平衡状态

通过以下3种方法进行分析：① 蓄电池充放电电流比K值分析；② 蓄电池电量比Q值分析；③ 蓄电池端电压U值分析。

3.1.1 K值分析

蓄电池充放电电流比K＝Qc/ Qd，Qc为蓄电池充电电流积分，Qd为蓄电池放电电流积分。以K值来衡量蓄电池电平衡状态。如果K值过大，说明发电机容量过大，蓄电池充电的时间或者容量就会过多。如果 K值过小，则表明发电机发电能力不足，蓄电池亏电的可能性增加。那么K值处于何处状态比较合适呢？

蓄电池充放电比K是一个过程量，实际对汽车起动及运行起影响的还是蓄电池内的电量。因此，有必要对蓄电池电量进行测量，所以提出了另一个重要参数，蓄电池电量比Q。

3.1.2 Q 值分析

蓄电池电量比Q＝Q后÷Q前，Q前为电平衡道路试验前蓄电池内的电量（以20小时率容量表示），要求试验前蓄电池电量统一为50 %额定容量；Q后为电平衡道路试验后蓄电池内的电量（以20小时率容量表示）。Q 值如果越大，则说明发电机容量充足；Q 值

越小，则说明发电机能力不足。

表1 汽车用电器使用的频度系数

3.2 输出电压适宜范围

发电机电压与电流关系见图4。蓄电池端电压能直接反映电源系统的负载状态。因为当负载大于发电机发电能力，发电机电压会下降很快。采集发电机端电压能直接反映电源系统的负载状态，13.5 V是发电机特性曲线的输出电压。从设计理论来说，如果输出电压＜13.5 V，说明发电机已处于满负荷状态；如果输出电压＞13.5 V，则说明发电机还有一定的裕量。

图4 发电机电压与电流关系

3.3 动静态的统一研究

动静态研究公式为

式中：t——整车停放时间，h；Qg——可用容量，Ah；Ql——最低低温起动容量，Ah；Is——汽车静态电流，A；Ib——蓄电池自放电电流（Ib=蓄电池自放电率×蓄电池额定容量/24），A。

通过这个公式，使汽车电平衡试验形成了一完整的整体。动静态电平衡试验研究主要表现在以下2方面：①静态性能是动态性能的开始；②动态性能试验后，要给静态提供充足的储备。

在规定时间的动态试验后，汽车蓄电池应保持有足够的电量起动汽车。

4 电平衡将来的试验与研究前景

1）在汽车研发之初，装车之前，能利用模拟台架模拟电平衡性能，得出最佳配合参数，达到最优化的效果。事先要测量城市工况的发动机转速、发电电流与负载电流等，再进行台架模拟。

2）对各指标数据修正，得出更精确，更确定的数值。

3）分析电源系统效率的问题，达到更高效，更低油耗。

4）分析电源系统寿命及其影响因素，使汽车电源系统达到最优运行状态。

［1］奇瑞汽车整车电平衡试验规范［Z］.

［2］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.

［3］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（3）：8-9.

（编辑 心 翔）

Electric Balance Calculating Method and Its Application in Vehicle Test

BAI Shu-li， YANG Xin-ming， LIU Xiao， ZHANG Ya-qiang
（Chery Automobile Co.， Ltd.， Ordos 017000， China）

Through describing existing issues in the electric system， this article demonstrates the purpose of electric balance testing， and introduces its calculating methods as well as road test analysis methods.

electric balance; testing method; matching calculation; electronics working life

U467.1

A

1003-8639（2017）06-0039-04

2016-07-29；

2016-08-12

白树立（1986-），线束工程师，主要研究方向为汽车电器技术。