整車電量平衡計(jì)算

屈 穎，李 遠(yuǎn)，楊 明

（河北中興汽車制造有限公司，河北 保定 071000）

汽車電器系統(tǒng)的電量平衡［1］，是指汽車發(fā)電機(jī)、蓄電池和其他各種用電設(shè)備之間電能產(chǎn)生和消耗的相互制約關(guān)系。

蓄電池與起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及整車電器是一個(gè)電能供需關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。蓄電池的主要作用是向起動(dòng)機(jī)供電；發(fā)電機(jī)是汽車上的主要電源裝置，除在正常運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)保證整車電器 （除起動(dòng)機(jī)外）的用電量外，還要向蓄電池補(bǔ)充電量。所以，合理地選擇蓄電池的容量、發(fā)電機(jī)的輸出功率是保證整車供電與用電平衡的必要條件。

研究汽車電器系統(tǒng)電量平衡的目的是：對(duì)起動(dòng)機(jī)最大輸出功率與蓄電池容量優(yōu)化匹配，既能夠保證車輛在我國任何地區(qū)環(huán)境溫度條件下可以正常起動(dòng)，同時(shí)又能夠降低蓄電池成本和消耗量；對(duì)發(fā)電機(jī)有效輸出功率與整車電器 （除起動(dòng)機(jī)外）耗電量優(yōu)化匹配，既能夠保證蓄電池正常充放電工作，延長發(fā)電機(jī)和蓄電池的壽命，又能夠降低發(fā)電機(jī)成本和油耗量。

下文以中興一款汽油車為例，說明如何通過整車電量平衡計(jì)算來選取交流發(fā)電機(jī)和蓄電池，以保證整車電量平衡。

1 交流發(fā)電機(jī)的選用原則

發(fā)電機(jī)功率的選擇，應(yīng)保證供給用電設(shè)備電能和滿足蓄電池充電的要求。選用時(shí)應(yīng)遵循以下原則。

1）發(fā)電機(jī)熱態(tài)最大輸出電流應(yīng)大于整車綜合工況下總電流的1.2倍。

2）常用行駛速度 （40km／h）時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流大于極限工況 （夏季雨夜）最大電流，并保證6A以上的充電電流。

3）怠速時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流大于白天怠速常用工況的電流。

4）怠速極限工況時(shí)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電量大于此時(shí)用電量。如果發(fā)電機(jī)發(fā)電量不滿足要求，則以極限用電2h、蓄電池容量保證75%為原則計(jì)算。

2 整車主要工況的用電量計(jì)算

保證整個(gè)電器系統(tǒng)的輸入與輸出總電量的動(dòng)態(tài)平衡，首先要計(jì)算整車用電量。整車用電量計(jì)算存在多種工況：綜合工況、極限工況 （夏季雨夜）、怠速常用工況和怠速極限工況。各工況下整車用電量如表1所示。總電負(fù)荷If由以下公式［2］計(jì)算。

式中：m——整車用電設(shè)備的數(shù)量；Kv——電壓系數(shù)，Kv=Ug／Ue；Ki——第i個(gè)用電設(shè)備的權(quán)值；Pei——第i個(gè)用電設(shè)備的額定功率，W；Ue——用電設(shè)備的標(biāo)稱電壓［3］，V；Ug——發(fā)電機(jī)輸出電壓，取14.4V。

在夏季雨夜、怠速常用和怠速極限3種工況中，Ki取1，表1未列出項(xiàng)Ki取0。

表1 各工況下整車用電量

3 發(fā)電機(jī)功率的選取

根據(jù)整車實(shí)際用電和蓄電池的充放電平衡，為保證蓄電池可靠地充電，使蓄電池的充放電也達(dá)到平衡，發(fā)電機(jī)熱態(tài)最大輸出電流應(yīng)大于整車綜合工況下總電流的1.2倍。

綜合工況下總電流I=78.62×1.2≈94.3 A，故要求發(fā)電機(jī)熱態(tài)最大輸出電流大于94.3A。

由上計(jì)算，初步選定發(fā)電機(jī)為14V／90A。發(fā)電機(jī)輸出曲線如圖1所示。

根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出特性曲線對(duì)以下工況進(jìn)行驗(yàn)證。

1）最大輸出電流97 A，大于整車綜合工況下總電流的1.2倍 （94.3A），滿足要求。

2）常用行駛速度 （40km／h）時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電流大于極限工況 （夏季雨夜）最大電流。

車速40 km／h時(shí)，3檔時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大約為1828r／min， 發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)皮帶輪之比為2.2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大約為4022r／min。 根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出特性曲線得知，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電流大約為89.5A，大于夏季雨夜最大電流73.6 A。89.5-73.6=16.9 A，此時(shí)能保證16.9A的充電電流，大于6A。

3）怠速時(shí)發(fā)電機(jī)輸出電流大于白天怠速常用工況的電流。

發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)皮帶輪之比為2.2，開空調(diào)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高怠速為1000±50 r／min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大約在2200r／min。根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出特性曲線得知，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電流大約為70A，大于白天怠速常用工況電流53.6A，滿足要求。

4）怠速極限工況時(shí)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電量大于此時(shí)用電量。如果發(fā)電機(jī)發(fā)電量不滿足要求，則以極限用電2h、蓄電池容量保證75%為原則計(jì)算。

發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)皮帶輪之比為2.2，開空調(diào)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)高怠速為1000±50 r／min，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大約在2200r／min。根據(jù)發(fā)電機(jī)輸出特性曲線得知，此時(shí)發(fā)電機(jī)的輸出電流大約為70A。怠速極限工況最大電流為73.6A，此時(shí)需要蓄電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電，蓄電池提供電流為73.6-70=3.6A。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，以極限用電高峰怠速2h、蓄電池容量保證75%為原則計(jì)算。 Q=I×T=3.6×2=7.2 Ah， 所選擇的蓄電池容量不小于7.2／25%=28.8Ah。

以上驗(yàn)證均滿足要求，故選用14 V／90 A的發(fā)電機(jī)。

4 蓄電池容量范圍的估算

蓄電池的主要任務(wù)是向起動(dòng)機(jī)提供瞬時(shí)大電流，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種情況下能可靠地起動(dòng)。該車型采用的4A91發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)功率大約為1.2kW。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 蓄電池容量C=（500～700）P／U=（500～700）×1.2／12=50～70Ah。

5 蓄電池-18℃冷起動(dòng)電流的確定

由于蓄電池冷起動(dòng)電流直接關(guān)系到起動(dòng)機(jī)能否良好地起動(dòng)，一般蓄電池的冷起動(dòng)電流應(yīng)該大于起動(dòng)機(jī)功率曲線上功率最大點(diǎn)對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流，同時(shí)小于功率曲線與力矩曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流。根據(jù)起動(dòng)機(jī)輸出特性曲線 （圖2）可以看出：起動(dòng)機(jī)輸出最大功率1.18 kW時(shí)起動(dòng)電流為270 A；功率曲線與力矩曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流為400 A，因此選用蓄電池的冷起動(dòng)電流要大于270A，小于400A。

6 蓄電池的選取

蓄電池容量的選擇主要是根據(jù)整車用電設(shè)備和起動(dòng)的功率確定的。

1）蓄電池容量為50～70Ah之間，-18℃的冷起動(dòng)電流要在270～400A之間。

2）蓄電池的容量不能小于28.8Ah。

故選用容量為60Ah、冷起動(dòng)電流400A（-18℃）的蓄電池滿足起動(dòng)要求。

7 結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了汽車電量平衡的理論計(jì)算，在汽車設(shè)計(jì)階段通過對(duì)不同工況的用電量計(jì)算，可以準(zhǔn)確選擇發(fā)電機(jī)和蓄電池。此方法已經(jīng)得到中興公司眾多車型的實(shí)際驗(yàn)證，是一種準(zhǔn)確可靠的方法。

［1］謝志華，葛高杰.汽車電量平衡計(jì)算及驗(yàn)證［J］.汽車電器， 2009 （4）： 8-11.

［2］董利偉.乘用車整車電量平衡計(jì)算方法的研究與應(yīng)用（I）［J］. 汽車電器， 2010 （2）： 9-15.

［3］ GB／T 2900.1—2008， 電工術(shù)語 基本術(shù)語［S］.