汽車12V 蓄電池20h 率容量計算及儲備容量驗證方法

李文龍

（北汽越野車研究院， 北京 101300）

在當前汽車開發過程中，12V起動蓄電池的選型比較重要，蓄電池的型號直接決定了發動機起動過程并影響汽車的使用條件。而在蓄電池的眾多性能參數中，20h率容量和儲備容量則直接決定了蓄電池的型號和尺寸大小等要素，是蓄電池選型開發中必不可少的考慮因素。相比于以往蓄電池選型的計算，本文以某車型為例，論述蓄電池20h率容量的計算方法，并提供一種全新的儲備容量的驗證方法，通過此方法能較為準確地確定蓄電池的相關參數并進一步確定具體的蓄電池型號。

1 計算依據

在進行選型計算前，需要根據車型項目的指標要求，確定以下兩個方面的內容。

1） 車輛正常使用，蓄電池未虧電。在常溫模式下靜置45天，或在低溫模式下靜置21天，車輛能夠起動。根據車型項目規定的靜態電流值，計算蓄電池20h率容量C20（蓄電池在25℃的環境下，以20h率電流放電到終止電壓10.5V時，所放出的電量，單位為Ah）。儲備容量Cr為：在25℃環境溫度下，蓄電池以25A的恒定電流從100%容量放電至終止電壓（10.5V） 時總的放電容量。記錄電壓到10.5V時的時間，儲備容量單位為min［1］。

2） 車輛在行駛過程中發電機失效或不能給整車供電后，車輛開啟安全行駛必要電器功能、車速在60km/h的前提下仍能工作60min，以此驗證蓄電池的儲備容量。

需要說明的是：不同的企業，要求能保證再次起動的車輛靜置天數及發電機失效后車輛能夠繼續行駛的時間各有不同，以上兩個方面內的數值也有不同。

2 靜態電流

靜態電流：在汽車上所有開關都處在斷開狀態下蓄電池的供出電流，即汽車中所有的子模塊中，直接連接在“常電”線上且常閉負載引起的對蓄電池的電流需求。

每款車型的靜態電流會根據此款車型上實際使用的模塊數量和種類來進行設定，一般車型的VTS指標會對靜態電流值有所規定。本文所列舉車型的模塊靜態電流設計值見表1，整車靜態電流設計目標值總和為24.43mA。此次取靜態電流為25mA來進行計算。

3 計算20h率容量

確定了靜態電流的設計值后，根據下面的公式 （1） 來計算［2］。

式中：SOC1——蓄電池初始容量狀態，%；SOC2——蓄電池放置后容量狀態，%；DAYS——客戶模式下車輛停放天數，天；SD——蓄電池30天自放電率，%/30天；SL——啟動損失，Ah；Iq——整車靜態電流值，mA。

計算時，按常溫模式和低溫模式來定義公式 （1） 中的參數，參照表2。

表1 各模塊靜態電流設計目標值

表2 模式與相關參數要求

常溫模式 （環境溫度為25℃）：SOC1=80%，SOC2=40%；DAYS=40天；SD：蓄電池30天自放電率5%；SL：啟動損失，客戶下SL取0Ah；Iq：整車靜態電流25mA。代入公式 （1）得：C20=72.07Ah。

低溫模式（環境溫度為-20℃）：SOC1=100%，SOC2=80%；DAYS=21天；SD：蓄電池30天自放電率5%；SL：啟動損失，客戶下SL取0 Ah；Iq：整車靜態電流25mA。代入公式 （1）得：C20=76.36Ah。

綜合以上計算來看，蓄電池20h率容量不應小于80Ah。蓄電池的型號預選為某一H7型號電池，此型號電池20h率容量為80Ah，儲備容量為140min。

4 驗證儲備容量

欲驗證此H7型號電池的儲備容量，需要先計算出車輛在行駛過程中發電機失效或不能給整車供電后，車輛開啟安全行駛必要用電器所消耗的電流值。

發電機失效后，儀表充電指示燈報警，此時維持車輛運行的電流有：持續工作電流Icon、前照燈電流IH、位置燈電流IL。系統電壓按12V計算。

4.1 持續工作電流Icon

產生持續工作電流Icon的用電器包括：發動機點火系統40W；前氧傳感器87W；后氧傳感器25.2W；儀表24W；PWM冷卻風扇；燃油泵102W。

考慮到前、后氧傳感器的短時工作特性，將對應電流進行比例換算，得：Icon=Iign+0.1Ifoxg+0.1Iroxg+Iipc+Ipwm+Ipump。

需要說明：PWM冷卻風扇的工作電流是靠占空比來進行控制的。在標定試驗中，ECU根據發動機水溫來調整占空比，最終達到調整風扇轉速的目的。

根據標定試驗得到在不同水溫與水流量開度下的占空比（表3）。在此種情況下，取水溫95℃、100℃、105℃以上，水流量開度為85%的3個工況 （按照表3，占空比分別為30、70、90），依次按占60%、30%、10%的工作時間來計算出平均電流。

表3 不同水溫與水流量開度下的占空比

根據已有PWM風扇廠家標定的《電流-占空比標定表》，查表可得特定占空比對應的風扇工作電流。占空比分別為30、70、90時的工作電流為8A、56A、72A。根據風扇工作時占空比的工況分布，對占空比分別為30、70、90時的工作電流乘以對應的占比系數可得風扇工作時的平均電流：

4.2 前照燈工作電流

4.3 位置燈工作電流

電流需求：I總=Icon+IH+IL=51.165A。

下面驗證此H7型號電池以I總的電流放電，能持續的放電時間。

鉛酸蓄電池在不同放電電流下，放電容量不同。放電小時率越小，則放電電流越大，放電容量越小［2］。故蓄電池以I總的電流值進行放電，可持續的放電時間需要進行計算得出。

根據Peukert提出的換算公式（2） 進行計算：

式中：I——放電電流，A；t——放電時間，h；n，k為常數［3］。

換算得：

已知此H7型號蓄電池參數：I1=4，t1=20 （根據20h率容量為80Ah求得）；I2=25，t2=2.33 （根據儲備容量為140min求得）。代入已知參數后得：n=1.17，k=100.82。

當電池以電流為I總=51.165A進行放電時，可持續的放電時間為：t=k/In=100.82/51.1651.17=0.88h=60.6min。由此可知，此型號蓄電池可滿足在設定工況下車輛仍可運行60min的要求。

按照以上計算，選型的蓄電池可滿足使用需求。

5 結論

按照以上論述的計算和驗證方法，能相對合理地選出蓄電池的兩項重要的基本參數，那么也就基本定義了蓄電池型號。當然，蓄電池選型時，需要考慮的因素不僅有20h率容量和儲備容量，還有冷啟動性能等。通過進一步地驗證蓄電池的其他性能參數，則可最終確定此款車型所需蓄電池的型號。