汽車電平衡匹配設計淺析

石志勇，韓勇，王宜海

（安徽省江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車電平衡匹配設計淺析

石志勇，韓勇，王宜海

（安徽省江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著汽車電子電器技術的迅速發展，電器功能日益增多且復雜，整車電平衡在汽車電氣設計中尤顯重要。電平衡是指發電機、蓄電池、整車用電器在一定時間內發電量和用電量達到穩定的平衡狀態。本文詳細介紹了汽車電平衡設計方法，并分析了發電機、蓄電池的選型和作用。

電子電器；電源；電平衡；蓄電池

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-28-03

1、各個設備的作用

1.1 蓄電池的作用

在起動發動機期間，它開動啟動機、點火系統、電子燃油噴射和發動機的其它電器設備；

每當發動機停止運轉時，由它給汽車電器件供電；

每當發動機低速運行的這段有限時間內，由它協助提供電流，補充發電機所欠缺的發電量；

它起到了整車電氣系統的電壓穩定器的作用。

對蓄電池的最大需求出現在它必須給啟動機供電的時候，起動起動機，需要幾百安培電流，其具體數值還受溫度、發動機排量和發動機性能等的影響。

1.2 發電機的作用

從保證用電和提高供電系統的經濟性考慮，發電機功率的選擇應以汽車行駛時正常用電量和對蓄電池充電電流的大小為基礎。在發動機高速運轉時，發電機應能給整車用電器正常供電，適當時給蓄電池充電，以保證蓄電池處于滿電荷狀態；在發動機低速運行時，可以允許蓄電池協助發電機給整車用電器供電。而在冬季雪夜和夏季雨夜是整車用電量的極限情況，允許蓄電池向用電設備提供一定大小的放電電流，以滿足整車的用電需求。

2、電平衡計算方法

電平衡計算就是選用合適的方法對整車用電量和發電量進行計算，最終使得發電量和用電量達到動態平衡即可。本計算可以得到兩個結果：一是在發動機不起動時（ON檔下）對蓄電池容量的要求；二是在發動機起動后對發電機容量的要求。

1）發動機不起動時

定義在ON檔時整車用電器按一定的使用頻率使用一段時間后，還能保證發動機正常起動，蓄電池容量QB由啟動設計匹配給出幾個可選的蓄電池。

可由以下公式表示：

其中：N——可起動的次數；

QB——蓄電池容量；

QON——ON檔下消耗的容量；

QS——單次起動消耗的能量。

說明：N——理論上N大于1就應該可以保證發動機起動，但實際起動過程中條件非常復雜，為防止起動不良，對N值留有一定的余量，這里給出N=3的參考值，也可以根據主機廠相關經驗調整取值。

55%*QB——蓄電池容量取SOC的55%作為參考值，一般為保證整車能正常起動，蓄電池可使用的電量為總電量的55%，主機廠也可根據自己電池模型調整參數。

QON——在ON檔時整車用電器按一定的使用頻率使用一段時間后消耗的總能量。

QS——定義一次完整起動過程為5s或根據主機廠定義，在5s內起動機和所有起動瞬間能工作的電器件共同消耗的能量。

2）發動機起動后

發動機起動后，正常情況整車完全由發電機來提供電能，此時考查發電機的發電能力。因為夏季雨夜和冬季雪夜是整車用電負載最大的時候，我們用加權法來計算這兩種工況。如果在這兩種極端工況下發電機能滿足整車的用電需求，那么在其他工況，發電機也能滿足整車用電需求。

3、各個參數的計算

3.1 QS的計算

發動機起動過程中，整車由蓄電池供電，將起動瞬間可能會使用的用電器全部統計出來，并求出總電流IS。

3.2 QON的計算

ON檔時發動機不起動，整車由蓄電池供電，我們可以將用電器分為4類：

（1）必須在發動機運行時才能工作

例如，散熱風扇、220V電源輸出、后視鏡加熱等，在這里我們就不能計算它們的電流。

（2）一般在ON檔不會打開的用電器

例如，遠光燈、倒車燈、制動燈、PAS、座椅加熱等。

（3）ON檔時有些系統只有ECU工作，執行器不工作

例如，TCU、ESC、發動機控制器等，這些在正常工作是電流會比較大，但在ON檔時它們可能只有ECU的工作電流，這個電流就會比較小。

（4）其它用電器

a.使用頻率比發動機運轉時小的電器；例如，雨刮、近光燈、前霧燈、后霧燈等，有些用電器不會像車輛行駛一樣使用的多。

b. 使用頻率和發動機運轉時差不多的用電器ON檔時電器件的使用頻度系統也是基于以上原則給出，并假設ON檔可以工作1小時（主機廠可根據車型實際情況修改）。

ION為每個用電器在ON檔時消耗的電流，ION=Ii*F（F為用電器使用頻度系數，參考值見頻度系數表，主機廠也可根據自己的實際情況對頻度系數進行調整）。

將上面計算的QON、QS、QB代入上面的公式即可算出發動機可起動的次數，由此驗證所選擇的蓄電池是否符合電平衡的要求。

4、發電機選型

當車輛在正常行駛時，整車供電以發電機供電為主，發電機功率的選擇應保證滿足整車的正常電器用電量和蓄電池充電，這里的計算主要給發電機的選型提供參考。

整車所有的用電器一般不會全部同時工作，也不會一直工作，整車電器使用環境比較復雜，這里需要根據用電器使用習慣引入頻度系數以簡化計算；并且由于電器件在冬季和夏季的使用有較大差異，所以我們要分成冬季和夏季兩種情況來計算，最后取兩者中的最大值。

其中Us是與夏季相關的頻度系數，IS是夏季使用電器電流之和

其中uw是與冬季相關的頻度系數，IW是冬季使用電器電流之和

（1）為保證蓄電池有足夠的充電在上面計算的較大值的基礎上再加上蓄電池容量的10%作為發電機選型的參考輸出：

（2）但在實際應用中，為節省陳本，蓄電池在怠速時可以適當放電；根據經驗要求在夏季怠速工況下，一個滿充的蓄電池在怠速4小時以后，容量不低于60%。由一下公式可以算出怠速時發電機的最小輸入電流I：

5、靜態電流計算

車輛在長途運輸或長時停放后應能起動發動機，所以在蓄電池選型時，需考慮整車靜態電流的驗證。因此在蓄電池的選擇上應該考慮蓄電池由于車子正常停放一定時間后其電壓值也能滿足啟動電壓的要求，車子停放過程中蓄電池的正常漏電包括兩部分：

（1）整車各電器系統控制單元的靜態電流；

（2）蓄電池本身的自放電。

蓄電池本身的自放電是屬于蓄電池質量及制造工藝等決定的，而我們能控制的也就是各控制單元的靜態電流。由以下公式計算出整車需滿足的靜態電流I：

其中：I——整車需滿足的靜態電流；

T——需要停放的時間（天數），由于考慮到可能會有海運，時間較長，可以45天作為參考值，主機廠可根據實際情況修改時間；

30%*QB——蓄電池容量的30%；

1‰*T* QB——蓄電池每天的自放電為1‰；

QS——單次起動消耗的能量。

6、相關系數附表

本文計算中涉及的相關頻度系數參考值如下：

（1）us與夏季相關頻度系數。相關用電設備：散熱器風扇、冷凝器風扇、刮水器、空調壓縮機和空調鼓風機。

（2）uo與季節氣候無關頻度系數。相關用電設備： 連續工作制設備、短時工作制設備和隨機使用的設備。

（3）F是用電器在ON檔使用頻度系數。

7、總結

（1）本設計計算中考慮了發動機未起動時用電器的使用情況，并對用電量進行了估算，再結合實際要求驗證蓄電池是否滿足使用需求；

（2）在發動機起動后的電平衡計算校核中，對整車動態電平衡進行了校核；

（3）在電量計算中所用到的用電器使用頻度系數都為經驗值，在具體計算中可以根據實際情況進行調整。

電器 F Uo Us 電器 F Uo Us日間行車燈 0.8 0.3 空調系統 0.2 0.4 0.7位置燈 0.2 0.7 鼓風機 0.2 0.4 0.7轉向燈 0.05 0.1 空調壓縮機 0.3 1近光燈 0.2 0.5 起動機 0.01遠光燈 0.3 行車記錄儀 1 1前霧燈 0.05 0.4 發動機控制器 0.1 1后霧燈 0.05 0.4 油泵 0.05 1倒車燈 0.05 風扇 0.5 0.6制動燈 0.1 TCU 0.05 0.1牌照燈 0.2 0.7 ABS 0.2門燈 0.1 0.1 PAS 0.05工具箱燈 0.05 0.05 安全囊控制器 1 1閱讀燈 0.2 0.2 座椅加熱 0 0氛圍燈 0.2 0.3 收音機 0.5 0.7背光燈 0.2 0.7 MP5 0.5 0.7頂柜照明燈 0.05 0.05 液體加熱器 0.1臥鋪照明燈 0.3 0.3 燃油加熱 0.1前雨刮電機 0.05 0.4 0.3 發動機預熱 0.1冰箱 0.7 尿素處理單元 0.1 0.5洗滌電機 0.1 取力器 1后視鏡 0.05 0.1 空氣干燥 1后視鏡加熱 0.2 0 緩速器 0.2玻璃升降器 0.1 0.1 揚聲器 0.5 0.7門鎖系統 0.05 0.1 24V電源 0.2 0.2 BCM 1 1 220V電源輸出 0.05喇叭 0.05 0.1 組合儀表 0.5 1點煙器 0.1 0.1 胎壓監測系統 0.5 1

[1]李高林,劉鐵山，范學.整車靜態電平衡測試研究[J].汽車電器，2014（8）.

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[4]劉德生，胡定輝. 汽車電平衡的設計計算與驗證方法[J].汽車電器，2014（1）.

The design of automotive electrical balance

ShiZhiYong, HanYong, WangYiHai
（Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230022）

With the rapid development of automotive electrical and electronic technology, the electrical function of the growing and complex vehicle electrical balance is particularly important in the automotive electrical design. Power balance is the generator, battery, vehicle within a certain time with the electrical power generation and electricity consumption reached a stable equilibrium. This paper describes the design of automotive electrical balance method, and analyzed the generator, battery selection and role.

Electronic appliances；Power supply；Power balance；Battery

U463.6

A

1671-7988(2015)04-28-03

石志勇，就職于安徽省江淮汽車股份有限公司。