整車電平衡與蓄電池故障率的研究

屈 穎，馬自剛，張少輝

（長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心，河北 保定 071000）

整車電平衡是指發電機、蓄電池和用電負載之間的電能產生與消耗的相互制約關系［1］。當發電機輸出電壓高于蓄電池電壓時，發電機對蓄電池充電，同時為用電負載提供電源；當發電機輸出電壓低于蓄電池電壓時，蓄電池放電，由發電機和蓄電池共同對用電負載供電。

電量平衡分為靜態電平衡和動態電平衡。通常說的整車電平衡為動態電平衡。

動態電平衡：由于汽車上用電器有不同使用頻度，不同季節、氣候、時段，不同人的使用習慣，均會形成各種用電器的使用組合，形成不同的用電需求。合理匹配發電機、用電負載、蓄電池，使整車電氣系統在車輛行駛或怠速時達到電能供需平衡，且將蓄電池電量維持在一個良好的區間。

1 整車電量平衡特性

首先，從電平衡的概念可以看出，沒有絕對的電平衡，電平衡是一個相對概念，相對地將蓄電池電量維持在一個區間。

當蓄電池電量維持的區間相對較高時，行駛工況良好，發電機發電量能滿足啟停或停車過程中蓄電池消耗的電量，此時蓄電池就會在一個良好的狀態下充放電使用。

當蓄電池電量維持的區間相對較低時，在較惡劣條件下：堵車嚴重路段導致怠速時間長或啟停頻繁、ACC擋或ON擋不著車時開負載或停置時間較長、低速大負載時間長、低速行駛且行程短、停車放置時間久等，發電機不能及時給蓄電池補充啟停或停車過程中消耗的電量，導致蓄電池電量下降到無法啟動的程度，就可能導致蓄電池極板硫化。

其次，整車電量不平衡導致的蓄電池虧電，應具有重復性。即同一輛車，在同一車主相同使用條件下，會重復導致蓄電池虧電。只不過會因為蓄電池初始電量的不同，導致不同蓄電池從更換到再次虧電的時間長短不同。

2 整車電量平衡與蓄電池虧電的關系

發電機發電量不足是導致蓄電池虧電的一個原因，車輛在使用的過程中，發電機發電量不能保證蓄電池電量維持在一個良好的區間，勢必會導致蓄電池虧電。

在相同的電平衡條件下，蓄電池初始電量是蓄電池電量維持在一個良好區間的前提。初始電量高，蓄電池電量有一定余量應付偶爾的惡劣條件，不容易導致蓄電池虧電；初始電量低，電平衡能保證蓄電池電量穩定在一定區間，但稍微出現一次惡劣條件，蓄電池電量就可能會下降到低于最低電量，甚至導致無法啟動。

3 蓄電池故障的市場數據

對于動態電平衡來說：A車型和B車型怠速充電，C車型和D車型怠速放電。

1）6個月蓄電池故障數據按照行駛里程分析，見表1。從表1看出：怠速充電和怠速放電車型的蓄電池故障率和行駛里程一個因素無明顯關系。

表1 不同行駛里程故障率

2）6個月蓄電池故障數據按照日均里程分析，見表2。從表2看出：怠速充電和怠速放電車型的蓄電池故障率和日均里程一個因素無明顯關系。

表2 不同日均里程故障率

3）A車型6個月蓄電池故障數據按照配置分析，見表3。從表3看出：配置高的車型，蓄電池故障率也高。

表3 故障百分比

4）A、B、C、D車型上市后蓄電池虧電問題復發情況統計，見表4。從表4看出：怠速充電車型，蓄電池二次虧電比例低。

表4 二次虧電比例

4 整車電平衡與蓄電池故障率的關系

從以上數據可以看出，不同電平衡車型的蓄電池故障率和行駛里程、日均里程沒有明顯關系。但是蓄電池故障率和車型配置高低有關，即和整車用電量有關，而且不同電平衡的車型和蓄電池故障中的二次虧電比例明顯有關，怠速充電車型比怠速放電車型二次虧電的比例低。

根據以上分析，為了降低蓄電池故障率，首先需要將電平衡判定標準改為：在給定的負載條件下，怠速、城市、高速工況試驗后都不允許蓄電池放電。

蓄電池虧電的原因很多，有些原因很明確，例如某個模塊不休眠導致靜態電流大；加裝大功率電器件導致發電機發電量不滿足整車需求；場地用車或者教練車長期頻繁啟動和低速行駛等。但是整車電平衡導致蓄電池虧電是個綜合問題，很難用一個條件確認。

5 電平衡研究方向

既然電平衡是一個相對概念，就要研究怎樣將蓄電池電量維持在一個良好的區間。

影響蓄電池電量維持在一個怎樣區間的因素，除了上述提到的蓄電池初始電量、車主的駕駛習慣、車主的行駛工況之外，還有以下2個方面。

1）電平衡判定標準已經明確：在特定負載條件下，怠速、城市、高速工況試驗后都不允許蓄電池放電，但并不等同于任何工況下蓄電池都不放電。“特定的負載條件”中負載的大小，會影響蓄電池電量維持在一個不同的區間。

2）對于智能發電機，不同的發電機控制策略［2］和控制參數也會影響蓄電池電量維持的區間。發電機控制策略和控制參數的優化需要蓄電池的一些參數 （例如蓄電池最優充電電壓和最優SOC值等）的支持。

為了讓發電機、蓄電池和整車負載都在最優的狀態下工作，延長發電機和蓄電池的壽命，降低成本，需要繼續研究整車電平衡。