整车电量平衡的验证方法浅析

杨国樑，李鑫睿，韩光省，谭金超

（1.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300300；2.天津会佳智能科技有限公司，天津 300400）

在传统车行驶过程中，车辆用电需求由发电机和蓄电池提供，新能源车则由DC/DC和蓄电池提供。发电机或DC/DC的选型及其与蓄电池的匹配就成为整车正常用电最关键的一个因素。电量平衡是发电机或DC/DC向整车的供电量与整车电器用电量的一个动态平衡，故发电机或DC/DC的选型直接影响到整车用电是否够用，是否导致蓄电池馈电等问题。设计出一个可靠可行的验证整车电量平衡的方法是至关重要的。

1 验证参数的确定

通过试验验证，测量、记录各电气设备的动态参数，验证整车电平衡设计的合理性，并为系统优化提供思路。整车电量平衡的验证是针对于车辆的供耗电系统，在此过程中需要监控具有代表性的电气参数作为支持。

1.1 电流及电压参数

1）供电系统：发电机或DC/DC。在动态的电量平衡过程中要监控供电系统电压值和电流值，进而可以计算其功率，用以判断输出电量是否够用、选型是否合理。

2）耗电系统：整车各电气负载及零部件。蓄电池，在车辆起动或者休眠后的用电需求全部来自于蓄电池，若在电量平衡过程中出现蓄电池馈电的情况则为严重问题。需要通过监控蓄电池的正负极电流来判断蓄电池在试验过程中充放电情况。

大功率负载，在行车过程中一些大功率负载难免需要开启，如：鼓风机、冷却风扇和后风窗除霜等。需要监控这类负载的电压及电流。

常用用电器，夜间行车时驾驶员需要开启各类灯具类负载；也会伴有转动方向盘、踩下制动踏板等动作，同时也可以监控到EPS（电子助力转向）电流及真空泵电流；在雨雪天气中还需开启雨刮、空调及座椅加热等功能。

综上所述，根据实验要求监控不同的电气参数，但是始终要考虑实际情况。贴近实际情况开启不同的负载，力求实验的真实性。

1.2 温度参数

众所周知，汽车作为一种特殊商品，需要在各个地区正常使用。可针对车身重要部件进行温度监控。在机舱内部可以监控：发电机/DC/DC表面温度、前舱盖中部温度、前围板中间温度、蓄电池表面温度、冷却风扇表面温度等，对这个机舱温度做出一个整体把控，确认机舱热管理是否优良及零部件是否在正常工作温度范围内。

2 试验工况的确定

整车电量平衡验证试验包括不同的气候条件和城市道路循环工况条件。一般气候条件分为夏季和冬季，城市道路循环工况若干。

2.1 气候条件

夏季气候条件可分为夏季雨夜和夏季白昼；同样，冬季气候条件可分为冬季雪夜和冬季白昼。夏季气候条件一般温度设置在35～45℃；冬季气候条件一般温度设置在-10～-20℃。雨夜气候条件还需要求湿度，一般设置为50%RH。如果要力求验证结果真实，最好将车辆在实验开始前浸泡6～12h。

2.2 工况条件

各国采用的试验工况（即车速、发动机转速、负荷）因国情而异，其实质是模拟这些区域内城市或者郊区（换个角度是乘用车或者大巴车或其他特殊用车）运行状况，包括加速爬坡、减速、匀速等。因此，工况之间本身没有绝对意义上的优劣之分，只不过有些机构更权威发布的标准更为人所公认。

以ECE-15驾驶循环工况为例，该工况单个循环195s，包含驻车、匀速、加速、减速，加速、减速过程均为线性过程。可根据实际情况进行多个循环，一般选取15个循环。单个循环构成如表1所示。

表1 ECE-15工况说明

除了城市道路工况，还应该考虑市郊道路工况和驻车工况。从不同角度出发，检验整车电量平衡的可靠性。在市郊道路工况中，可以保持一定速度的匀速行驶。如以100km/h的速度行驶1h。在驻车工况中，应注意开启关闭天窗及车窗，打开危险报警灯，开启收音机等用户可能的操作。监控一段时间后，进而判断整车是否满足电量平衡。

3 某车型试验结果分析

以某款新能源轿车为例，将不同工况的结果进行简单分析。经过多工况转毂试验台的试验，采用高精度数据采集设备记录全程数据。驻车工况试验数据如图1及图2、表2所示。

根据测试数据知，整个测试时长1800s。在夏季气候条件下，测试过程中蓄电池以31.638A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为31.638*0.5Ah/60Ah≈26.36%＞0%；在冬季气候条件下，测试过程中蓄电池以5.828A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为5.828*0.5Ah/60Ah≈4.85%＞0%；DC/DC能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。无论是冬季气候还是夏季气候，车辆DC/DC、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。

图1 夏季驻车工况

图2 冬季驻车工况

表2 某车型主要电流性能表（驻车工况）

ECE-15工况试验数据如图3及图4、表3所示。在ECE-15工况中，可以在波形图中发现，DC/DC输出电流波形较为密集，这是由于该工况下车辆急加速较频繁，车载用电也随之骤升。

图3 夏季ECE-15工况

图4 冬季ECE-15工况

表3 某车型主要电流性能表（ECE-15工况）

根据测试数据知，整个测试时长3000s。在夏季气候条件下，测试过程中蓄电池以16.204A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为（16.204*3000/3600）Ah/60Ah≈22.5%＞0%；在冬季气候条件下，测试过程中蓄电池以5.240A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为（5.240*3000/3600）Ah/60Ah≈7.27%＞0%；DC/DC能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。无论是冬季气候还是夏季气候，车辆DC/DC、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。

4 结论

DC/DC在满足整车用电需要的同时应兼顾经济方面的考虑。若DC/DC选型过小，则无法满足整车正常用电；若DC/DC选型过大，则不利于成本优化，增加了制造整车的经济投入。发电机的选型应从汽车行驶的极限情况出发，满足极限工况的整车用电需求；同时考虑温度对发电机工作性能的影响。

蓄电池的选型要考虑3个因素：冷启动能力、充放电性能和整车静态电流。本文着重考虑充放电性能，在正常车辆使用过程中，可能导致蓄电池不是满电状态。选择充电性能较好的蓄电池可以保证在车辆行驶过程中极大限度地对蓄电池进行充电，以防出现蓄电池馈电的问题。蓄电池在夏季工况充电情况良好，在冬季充电情况较差。在评估整车电量平衡是否达标时应着重考虑冬季工况。

随着我国综合实力的飞速发展，汽车已经走进千家万户，汽车的品质和行车安全成为了人们首要考虑的因素。笔者根据自身的工作经验分析了当下整车电量平衡的科学验证方法，希望对整车电平衡的设计提供更多的思路，促进中国汽车行业更进一步发展。