基于某混动车型的整车电平衡测试

仲秦　张承淋　毛艺　王磊

摘 要：整车电量平衡试验即为发电机（或DC-DC）、蓄电池输出的电能与整车用电器的电能损耗形成一种平衡且比较稳定的状态，随着汽车用电系统的不断增加，电路系统的设计也越来越复杂，整车电平衡测试对于整车电器开发的重要性也更加的突出。在本文中，笔者以一款混动车型的电平衡测试为背景，对测试方法以及评价准则进行详述，为混动车型电平衡试验提供指导。

关键词：电平衡试验 混动车型 测试方法

随着人们对车辆乘坐舒适性、驾驶安全性、节能环保等各项性能要求的提高，车辆机电一体化程度越来越高，车载电子电器部件变得越来越复杂，汽车供电系统的压力越来越大[1]，整车电源系统供耗电的匹配特性也越来越重要，所以在新车型电气系统的开发阶段，必须对整车供耗电系统之间的匹配特性进行验证，验证其整车在一定时间内电能的产生与消耗能否达到稳定的平衡状态。

1 某混动车型电平衡设计思路

该款混动车型的动力系统以及电源分配系统采用的是发动机配合DC-DC及蓄电池的组合，该款发动机取消了发电机设计，在飞轮与变速箱之间增加了一个可产生电能的装置，输出的电能由高压线传递至DC-DC，再由DC-DC传递至蓄电池和整车用电器，这一动力系统的设计思路使得整个车辆供电系统，排除掉了因传统发电机在不同工况下的性能差异，在这个过程中，DC-DC、蓄电池、整车用电负荷三者之间所产生的电能和消耗的电能应该要达到一种动态平衡关系，且这种平衡关系不能因车辆的行驶工况不同而被打破。

2 某混动车型电平衡试验理论设计

电平衡试验设定需要从车辆行驶工况、试验环境温度和整车电器负载工作状态这三个基本方面进行规范要求[2]。

2.1 行驶工况的选择

为尽可能多的涵盖车辆用户的行驶状况，首先应该从行车环境入手，分为夏季与冬季两个季节，依照我国冬夏两季平均气温指数，可将冬季温度假定为-10℃，夏季温度假定为38℃。根据汽车行驶状况大致可分 8 种：平常日间、平常夜间、冬季日间、冬季夜间、夏季日间、夏季夜间、冬季雪夜、夏季雨夜[3]。结合电平衡的试验目的，在考量电气系统性能时，应采取极端工况，即大量用电器开启的情况。最终行驶的工况确定为：一般高速工况：①冬季雪夜②夏季雨夜;一般城市工况：①冬季雪夜②夏季雨夜;怠速工况：①冬季雪夜②夏季雨夜。

2.2 负载运行情况确定

不同的用电器本身功率不尽相同，一些用电器需要长时间工作，一些用电器则是短时工作。结合每种工况电器的负载可划分为4类：①动力系统，如发动机、各类传感器;②安全装置，如车灯、雨刮;③舒适配置，如空调、收放机、音响;④短时使用用电器，如车窗升降、喇叭等。依据工况的选择、电器负载类型，编制出测试时车辆用电器开启情况，见表1。

2.3 试验场所及路谱选择

目前进行电平衡测试的途径主要有两种，一种为实车路试，即在真实道路上对车辆进行电平衡试验，这种方法优点在于能真实的还原用车场景，缺点在于环境和道路的选择较为困难，冬夏两季的季节跨度长，整车开发成本升高，不建议采取该种方法。第二种验证的途径为在带转毂的温度试验舱中模拟冬夏两季的温度，使用典型工况进行路试，该方法能有效缩短开发周期，为目前主流测试途径。

在路谱的选择上，各家的怠速工况与高速工况测试方案大体相同，高速工况采用（100±10）km/h，而电平衡试验的关键在于城市工况的路谱选择，城市工况路谱选择得越合理，越能反映出车辆在实际道路中的表现。目前国内试验室采用较多的工况有：NEDC工况、FTP75工况、JC08工况以及一份国外某知名品牌汽车制造商所用的工况[4]。最终，在经过多份路谱比较之后，结合各自优缺点，不断优化改进，制作出一份实用性较强，普遍适用于家用车的路谱，该路谱中车速分布有48km/h、36km/h、32km/h、28km/h、20km/h、16km/h，比较准确模拟出城市正常行驶、拥堵路况的状态，同时路谱中也体现出了车辆急加、减速的情况，路谱曲线见图1。

2.4 蓄电池选型及整备

电平衡试验后，蓄电池的容量将作为重要的评价指标，它的容量都应保持在良好的状态。根据该款混动车型的设计要求，整车采用的是一块65Ah的铅酸蓄电池。根据试验工况要求，需要分别准备6块相同規格的蓄电池，并在试验前依据不同季节、不同工况对蓄电池进行预处理，记录下处理后的蓄电池电压，并在蓄电池上做上对应工况的便签，预处理参数。

3 某混动车型电平衡实车验证测试

3.1 试验设备

进行电平衡测试需要读取DC-DC、蓄电池、电子扇、鼓风机等大功率电器的电流电压数据，因此需准备霍尔线圈式的电流环及导线若干，通过合理走线，将线连接至放于副驾座位上的集成式数采设备。电流环采样精度：<2%。

3.2 试验过程

（1）选取电压已经稳定的待测蓄电池放于试验车辆中，将整车置于冬季或夏季环境中6h，此目的是为了让试验车辆更好的模拟真实工况;（2）利用非试验用蓄电池启动车辆，进行试验前最后一次数据调试，调试结束后整车熄火/下电，换上待测蓄电池;（3）打开数据采集软件，开始记录数据，启动车辆，依照表1负载运行表，根据当前进行的试验工况，逐一打开相关用电器;（4）每个季节的三种工况试验顺序为：怠速→城市→高速，怠速工况运行45分钟;城市工况采用图1城市工况路谱 进行两个循环的测试，共1小时;高速工况采用（100±10）km/h运行40分钟;（5）每个工况运行完之后，按照 表1 负载运行表 的倒序，将各个用电器关闭，最后车辆熄火，将当前工况使用的试验蓄电池取出车辆，放置于常温环境开始静置12小时;（6）给试验车量换上下一个工况所备蓄电池，重复（3）～（5）步骤，直至冬季和夏季工况全部完成;（7）试验完成12小时之后，对每一块蓄电池进行电压测量，将电压值记录在蓄电池表面标签上。

3.3 试验结果

冬季工况电平衡测试结果见表2，夏季工况电平衡测试结果见表3。

3.4 结论

通过试验后的数据可看到，冬季工况下蓄电池得以缓流的形式进行充放电，充电电流平均值仍然为正，夏季工况中，蓄电池充电电流平均值明显比冬季工况要优秀。以上数据说明整车供耗电系统处于平衡状态，整车的电源系统供电能力复合设计要求。

4 结语

随着当前汽车工业的高速发展以及电动化、智能化的大量普及，在汽车电器功能和配置不断增高的情况下，汽车电源系统的设计面临着更为严苛的考核。笔者通过此次某混动车型的电平衡测试，介绍了整个测试流程，从前期的试验设计和理论计算，确定试验工况以及试验路谱，到最后的试验验证和数据收集，希望以此能对汽车电气系统的设计和验证有所帮助。

参考文献：

[1]付国良.整车电平衡设计及验证方[J].汽车电器，2015，（1）：6-8，14.

[2]焦庆宏，王温锐，宋宁.轻型商用车电量平衡试验研究[J].汽车技术，2015（2）：24-28.

[3]范道祥.浅谈纯电动车整车电平衡[J].商品与质量，2018，（43）：50，65.

[4] 安永岭，端木琼，王子龙，等.基于某款车型的整车电平衡验证测试[J].汽车电器，2015，（7）：63～66.