汽车12V 蓄电池20h 率容量计算及储备容量验证方法

李文龙

（北汽越野车研究院， 北京 101300）

在当前汽车开发过程中，12V起动蓄电池的选型比较重要，蓄电池的型号直接决定了发动机起动过程并影响汽车的使用条件。而在蓄电池的众多性能参数中，20h率容量和储备容量则直接决定了蓄电池的型号和尺寸大小等要素，是蓄电池选型开发中必不可少的考虑因素。相比于以往蓄电池选型的计算，本文以某车型为例，论述蓄电池20h率容量的计算方法，并提供一种全新的储备容量的验证方法，通过此方法能较为准确地确定蓄电池的相关参数并进一步确定具体的蓄电池型号。

1 计算依据

在进行选型计算前，需要根据车型项目的指标要求，确定以下两个方面的内容。

1） 车辆正常使用，蓄电池未亏电。在常温模式下静置45天，或在低温模式下静置21天，车辆能够起动。根据车型项目规定的静态电流值，计算蓄电池20h率容量C20（蓄电池在25℃的环境下，以20h率电流放电到终止电压10.5V时，所放出的电量，单位为Ah）。储备容量Cr为：在25℃环境温度下，蓄电池以25A的恒定电流从100%容量放电至终止电压（10.5V） 时总的放电容量。记录电压到10.5V时的时间，储备容量单位为min［1］。

2） 车辆在行驶过程中发电机失效或不能给整车供电后，车辆开启安全行驶必要电器功能、车速在60km/h的前提下仍能工作60min，以此验证蓄电池的储备容量。

需要说明的是：不同的企业，要求能保证再次起动的车辆静置天数及发电机失效后车辆能够继续行驶的时间各有不同，以上两个方面内的数值也有不同。

2 静态电流

静态电流：在汽车上所有开关都处在断开状态下蓄电池的供出电流，即汽车中所有的子模块中，直接连接在“常电”线上且常闭负载引起的对蓄电池的电流需求。

每款车型的静态电流会根据此款车型上实际使用的模块数量和种类来进行设定，一般车型的VTS指标会对静态电流值有所规定。本文所列举车型的模块静态电流设计值见表1，整车静态电流设计目标值总和为24.43mA。此次取静态电流为25mA来进行计算。

3 计算20h率容量

确定了静态电流的设计值后，根据下面的公式 （1） 来计算［2］。

式中：SOC1——蓄电池初始容量状态，%；SOC2——蓄电池放置后容量状态，%；DAYS——客户模式下车辆停放天数，天；SD——蓄电池30天自放电率，%/30天；SL——启动损失，Ah；Iq——整车静态电流值，mA。

计算时，按常温模式和低温模式来定义公式 （1） 中的参数，参照表2。

表1 各模块静态电流设计目标值

表2 模式与相关参数要求

常温模式 （环境温度为25℃）：SOC1=80%，SOC2=40%；DAYS=40天；SD：蓄电池30天自放电率5%；SL：启动损失，客户下SL取0Ah；Iq：整车静态电流25mA。代入公式 （1）得：C20=72.07Ah。

低温模式（环境温度为-20℃）：SOC1=100%，SOC2=80%；DAYS=21天；SD：蓄电池30天自放电率5%；SL：启动损失，客户下SL取0 Ah；Iq：整车静态电流25mA。代入公式 （1）得：C20=76.36Ah。

综合以上计算来看，蓄电池20h率容量不应小于80Ah。蓄电池的型号预选为某一H7型号电池，此型号电池20h率容量为80Ah，储备容量为140min。

4 验证储备容量

欲验证此H7型号电池的储备容量，需要先计算出车辆在行驶过程中发电机失效或不能给整车供电后，车辆开启安全行驶必要用电器所消耗的电流值。

发电机失效后，仪表充电指示灯报警，此时维持车辆运行的电流有：持续工作电流Icon、前照灯电流IH、位置灯电流IL。系统电压按12V计算。

4.1 持续工作电流Icon

产生持续工作电流Icon的用电器包括：发动机点火系统40W；前氧传感器87W；后氧传感器25.2W；仪表24W；PWM冷却风扇；燃油泵102W。

考虑到前、后氧传感器的短时工作特性，将对应电流进行比例换算，得：Icon=Iign+0.1Ifoxg+0.1Iroxg+Iipc+Ipwm+Ipump。

需要说明：PWM冷却风扇的工作电流是靠占空比来进行控制的。在标定试验中，ECU根据发动机水温来调整占空比，最终达到调整风扇转速的目的。

根据标定试验得到在不同水温与水流量开度下的占空比（表3）。在此种情况下，取水温95℃、100℃、105℃以上，水流量开度为85%的3个工况 （按照表3，占空比分别为30、70、90），依次按占60%、30%、10%的工作时间来计算出平均电流。

表3 不同水温与水流量开度下的占空比

根据已有PWM风扇厂家标定的《电流-占空比标定表》，查表可得特定占空比对应的风扇工作电流。占空比分别为30、70、90时的工作电流为8A、56A、72A。根据风扇工作时占空比的工况分布，对占空比分别为30、70、90时的工作电流乘以对应的占比系数可得风扇工作时的平均电流：

4.2 前照灯工作电流

4.3 位置灯工作电流

电流需求：I总=Icon+IH+IL=51.165A。

下面验证此H7型号电池以I总的电流放电，能持续的放电时间。

铅酸蓄电池在不同放电电流下，放电容量不同。放电小时率越小，则放电电流越大，放电容量越小［2］。故蓄电池以I总的电流值进行放电，可持续的放电时间需要进行计算得出。

根据Peukert提出的换算公式（2） 进行计算：

式中：I——放电电流，A；t——放电时间，h；n，k为常数［3］。

换算得：

已知此H7型号蓄电池参数：I1=4，t1=20 （根据20h率容量为80Ah求得）；I2=25，t2=2.33 （根据储备容量为140min求得）。代入已知参数后得：n=1.17，k=100.82。

当电池以电流为I总=51.165A进行放电时，可持续的放电时间为：t=k/In=100.82/51.1651.17=0.88h=60.6min。由此可知，此型号蓄电池可满足在设定工况下车辆仍可运行60min的要求。

按照以上计算，选型的蓄电池可满足使用需求。

5 结论

按照以上论述的计算和验证方法，能相对合理地选出蓄电池的两项重要的基本参数，那么也就基本定义了蓄电池型号。当然，蓄电池选型时，需要考虑的因素不仅有20h率容量和储备容量，还有冷启动性能等。通过进一步地验证蓄电池的其他性能参数，则可最终确定此款车型所需蓄电池的型号。