蓄電池在嚴重饋電狀態下的整車供電系統研究

梅曉波，李憶，藥陵州

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

整車電器的主供電系統主要包括蓄電池、起動機、發電機、電器裝置板以及四者之間的連接線束。它們之間的相互關系如圖1 所示，其中發電機是汽車的發電設備，它將發動機的部分機械能轉換為電能向用電設備供電，當蓄電池電量不足時對其進行充電；蓄電池為起動機提供電能，確保發動機正常啟動，當發電機的發電能力不能滿足電器負荷過高的需求時，及時向電器設備提供額外電能。整車電器系統是一個電量產生與消耗而又相互影響的系統，當蓄電池嚴重饋電時，整車供電系統的行車電壓、電流勢必會發生顯著變化。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

雖然不同品牌不同車型的整車電器系統的架構不盡相同，但為了實現上述蓄電池、起動機及發電機的電量產生與消耗關系，汽車主供電系統一般都是相似的。本文以某重型汽車的主供電系統作為研究對象，尋求蓄電池嚴重饋電時對行車電壓電流的影響。

1.2 研究方法

該重型汽車的主供電系統如圖2 所示，其中G100 為24V蓄電池、S149 為電源總開關、M100 為起動機、G102 為發電機、A100 為電器裝置板、X238 為線束插接器。為了模擬車輛在運行過程中蓄電池處于嚴重饋電狀態，在中央電器裝置板90 端接入一個大功率可變電子負載R（與整車電器為并聯關系）。在怠速工況下，待蓄電池的充放電基本穩定時，逐漸增大電子負載R 的阻值，實現蓄電池充放電臨界點以及嚴重饋電狀態的模擬，整個過程利用數據采集儀對汽車主供電系統的關鍵點進行實時電壓電流測試。傳感器及電子負載R 的布點位置如圖3 所示，圖中所示箭頭方向規定為電流正方向，各傳感器說明如下：

圖2 重型汽車主供電系統簡圖

圖3 傳感器及電子負載R 的布置位置

I1——蓄電池連接線電流，用以表征蓄電池的充放電狀態，量程100A。

I2——電源總開關到起動機電流，量程1000A，可捕捉車輛啟動峰值電流。

I3——發電機輸出總電流，包括發電機到起動機、發電機到中央電器裝置板的電流之和，量程100A。

I4——中央電器裝置板90/91 端消耗總電流，包括發電機到中央電器裝置板、起動機到中央電器裝置板電流之和，量程100A。

I5——流過可變電子負載R 的電流，量程100A。

Va——蓄電池端電壓，量程30V。

Vb——發電機端電壓，量程30V。

Vc——中央電器裝置板90 端電壓，量程30V。

2 測試結果

依據上述試驗方法，本文對蓄電池嚴重饋電時整車供電系統進行供電參數測試。測試過程共分為六個階段， 如圖4 I1 曲線①～⑥所示，其它曲線的階段劃分與其一致。其中：

①為車輛起動階段（含電源總開關吸合過程）。

②為車輛怠速階段，蓄電池充電電流在該階段趨于穩定。

③為調整電子負載R 的阻值，對整車電路施加負載階段。當I1 電流為零時，蓄電池處于充放電臨界點。

④為按三級增大電子負載R 的阻值，模擬蓄電池嚴重饋電狀態；第一級蓄電池放電電流約為6.5A，第二級蓄電池放電電流約為18A，第三級蓄電池放電電流約為43A。

⑤為取消電子負載R 的全部阻值回到車輛正常怠速階段。

⑥車輛由怠速到停車階段。

圖4 I1 測試曲線六階段劃分說明

因受蓄電池正極常火線影響，I1 曲線與I2 曲線的形狀相同，但電流大小略有差別，故本文僅給出I1、I3、I4、I5 曲線如圖5 所示，Va、Vb、Vc 曲線如圖6 所示。

圖5 電流測試曲線

圖6 電壓測試曲線

3 測試結論

（1）由電流測試曲線可知：在車輛怠速工況下，當調整外接電子負載R 的電流I5 為40.16A 時，蓄電池連接線I1電流為-0.02A（約等于零），可以認為蓄電池處于充放電臨界點，此時外接負載的功率為：P=UI=25.62V×40.16A=1028.9 W。即車輛在怠速工況下，同時使用電器設備的總功率達到1kw 以上時，蓄電池即將進入放電狀態。

（2）蓄電池在饋電狀態下，發電機的發電電流I3 約為42A，其不隨蓄電池放電狀態的改變而改變。

（3）由電壓測試曲線可知：當蓄電池進入饋電狀態后，整車電壓瞬間被拉低至蓄電池電壓，發電機電壓、中央電器裝置板電壓與蓄電池電壓基本保持一致，此時發電機電壓并非正常工作時的28V 電壓；當蓄電池放電電流增大，饋電程度進一步增加時，中央電器裝置板電壓的拉低程度較發電機、蓄電池越來越明顯。

以上結論基于24V/135Ah 蓄電池、70A 發電機所組成的整車電器主供電系統，不同配置車型，測試數據有所差別， 但電流電壓變化趨勢總體一致。