车辆亏电问题分析及改进方法

冯兴旺，刘志英

（1.长城汽车股份有限公司，河北 保定 071000；2.北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

1 引言

某车型在售出后频频出现不能正常启动现象，更换蓄电池后恢复正常，因此引起顾客抱怨。

针对此现象我们对整车及蓄电池从设计、品质等方面进行了一系列测试分析，找出了亏电真因，使问题得以彻底解决并避免。

2 原因分析

①整车静态电流值较大，蓄电池以此静态电流静态放电较短时间即达不到车辆起动条件，从而造成车辆不能正常启动；②整车静态电流小，但由于某些控制器本身品质如电子元器件品质不稳定、车辆放置过程中电路发生异常等原因导致网络意外唤醒，使车辆静态电流变大，导致蓄电池长时间大电流放电而亏电；③因用户异常操作如停车后忘记锁车、忘记关灯等大功率负载不能自动关闭，使蓄电池长期大电流耗电；④蓄电池本身品质问题，比如自放电性能、容量衰减大等。

总之，影响整车亏电原因主要有两个：一是车辆本身性能；二是蓄电池。

在整车设计开发过程中均会有整车技术规范VTS（Vehicle Technical Specification）对相关电器性能指标进行规定，那么实际车辆及零部件是否满足要求？车辆系统稳定性及零部件品质是否达标？下面通过整车及蓄电池各项性能测试，分析、排查车辆不能正常启动原因，定位问题、制定解决办法。

2.1 蓄电池性能测试

该车型蓄电池容量为70Ah。从生产线库房随机抽取12块蓄电池进行了如下相关测试。

1）蓄电池容量测试 （本测试均在常温下进行，下同），以确定12块蓄电池容量是否达标

依据GB／T 5008.1-2013 《起动用铅酸蓄电池第一部分：技术条件和试验方法》规定，对各蓄电池充满电，静置5h，以20h率放电到10.5V所用时间乘以20h率即为蓄电池容量，其中20h率是蓄电池标称容量除以20，因该车蓄电池额定容量Cn是70Ah，则20h率为3.5A。通过测试，各蓄电池实际容量均不低于额定容量，即满足要求。具体容量见表1。

表1 蓄电池容量测试

2）车辆起动蓄电池最低SOC测试

SOC全称State of Charge，即荷电状态，用来反映电池的剩余电量，其数值上定义为剩余容量占实际容量的比值。实际测试时用上述各蓄电池实际容量 （Ce）除以20即20h率放电电流 （In）作为恒流放电电流，如果放电时间为T，则SOC（%）＝（Ce－In·T）／Ce，即放电20小时SOC即为0%，放电15小时SOC为25%，放电14小时SOC为30%…依次类推，静置5h后依次装在同一辆车上起动测试，各SOC下蓄电池电压、车辆起动情况见表2。

表2 各SOC下蓄电池电压、车辆起动情况

由此可见，满足车辆起动的蓄电池SOC在35%以上，蓄电池电压在11.85V左右。

通过此值可进行不同整车静态电流模拟放电若干天后起动测试，得出不同整车静态电流车辆静置时间。

3）蓄电池在不同整车静态电流条件下静置时间测试

模拟10mA整车静态电流台架放电试验，放电期间每24h记录蓄电池电压变化，至128天3块蓄电池电压均为12V多，依次装车起动上述同一辆车，测试结果：均能起动。具体测试数据见表3。

表3 模拟10mA整车静态电流台架放电试验

模拟18mA整车静态电流台架放电试验，放电期间每24h记录蓄电池电压变化，测得最低73天能起动车辆。具体测试数据见表4。

表4 模拟18mA整车静态电流台架放电试验

模拟44mA整车静态电流台架放电试验，测得最低43天能起动车辆。具体测试数据见表5。

表5 模拟44mA整车静态电流台架放电试验

不同整车静态电流静置时间与车辆起动的关系见表6。

表6 不同整车静态电流静置时间与车辆起动的关系

2.2 整车静态电流测试

随机抽取3辆样车，用毫安表对整车静态电流进行测试，测试示意图见图1。测试方法：将蓄电池负极线束断开，将毫安表串入负极线束与蓄电池负极端子之间，为防止瞬间大电流对毫安表的冲击，在毫安表两端并联常闭开关K1，3辆样车点火开关置OFF、关闭所有用电设备、关闭发动机舱盖及后备厢盖、拔出车钥匙、闭锁。断开K1，待毫安表指针稳定后读取数值。

测得3辆车的整车静态电流分别为9.75mA、9.8mA、9.8mA。通过2.1章不同整车静态电流静置时间测试，车辆静置128天以上起动不会有问题。

图1 整车静态电流测试示意图

2.3 整车各系统稳定性测试

对2.2章使用的3样车进行静置测试。首先对车载蓄电池进行充电，使蓄电池初始荷电量为100%SOC，静置5h后，按图2连接测试系统。3辆样车点火开关置OFF、关闭所有用电设备、关闭发动机舱盖及后备厢盖、拔出车钥匙、闭锁，待车辆进入休眠状态后开始试验。期间每24h用万用表和毫安表监测蓄电池端电压和整车静态电流，40天时3样车蓄电池端电压 （V）／整车静态电流 （mA） 分别为：12.603／9.75、12.636／9.75、12.517／9.8，车辆均一次起动成功。

测试过程中发现蓄电池每天压降为0.004V，和2.1蓄电池模拟放电测试结果基本一致，依次类推车辆静置120天照样能正常起动。

图2 整车静置测试示意图

2.4 整车电平衡试验验证

对其中一样车模拟最严酷条件 （夏季雨夜）进行电平衡试验，试验工况为怠速、城市和高速工况，测试条件为环境温度40℃。测试参数及传感器布置见表7，其电器负载开启情况见表8，试验在带转毂的环境模拟舱内进行，每个工况试验1h。

表7 测试参数及传感器布置

试验用CSM模块和Imc数据采集设备采集3个工况数据，通过统计分析得出测试结果见表9，其中高速工况和城市工况蓄电池均为充电状态，充电电量分别为0.18Ah和0.21Ah，怠速工况为放电状态，但只有0.22Ah，且3个工况蓄电池电压为13.5V以上，所以从整车电平衡方面来评估，不会造成车辆亏电。其中怠速工况测试波形见图3。

2.5 整车漏电管理测试

样车从功能安全方面进行了完善设计，已考虑到各种不确定因素如客户到家后忘记锁车、忘记关闭顶灯等异常操作而引起蓄电池长期带负荷工作进而造成蓄电池亏电，致使车辆无法正常起动。

表8 用电器开启状态表

表9 3个工况电平衡测试结果

根据设计要求，点火开关在OFF档时组合仪表、顶灯、小灯及报警灯可工作，ACC档时除上述外大屏可工作，但无论哪种情况车辆网络系统都应该休眠，静态电流恢复至设计值。

表10是模拟用户异常操作进行的各项测试。测试结果：各种情况下经过一定时间后车辆均能休眠，静态电流达到9.8mA。

表10 模拟用户异常操作进行的各项测试

综上所述，整车电器设计及整车品质不是影响整车起动问题的根本原因。

2.6 蓄电池本身品质验证

国标GB／T 5008.1《起动用铅酸蓄电池 第1部分：技术条件和试验方法》中关于容量的要求：

20小时率实际容量Ce应在第3次或之前的20小时率容量试验时达到额定容量Cn。本车蓄电池额定容量Cn为70Ah，按标准对部分蓄电池进行了容量测试，测试结果见表11。

从测试结果看，除10#蓄电池在第3次试验仍能达到额定容量外其余5个样品均不满足要求，其中3#和4#样品在第2次试验时即不能达到额定容量。

表11 部分蓄电池容量测试

其中3#蓄电池第2次放电曲线见图4，容量仅为64Ah。

图4 蓄电池放电曲线

3 总结

经调研，发生整车起动困难的车辆均为库存或4S店刚售出车辆，因这些车辆静置时间长短不一，有的蓄电池已经是亏电状态，故而导致起动困难。

该车型亏电原因是蓄电池，主要是疏于蓄电池的管理。据了解，蓄电池从入库到出库再到装车、整车库存、4S店库存等各环节均没有标准的充放电操作，有的库存时间相对较长，造成蓄电池严重亏电同时有不同程度的损伤甚至损坏。

对策：①加强蓄电池从入库到装车再到车辆出售期间的管理，制定管理规定制度，定期对其充电、测量，保证其优质性能。②蓄电池容量不达标属其本身品质问题，应加强对供应商的管控与要求。