車輛虧電問題分析及改進方法

馮興旺，劉志英

（1.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000；2.北京汽車研究總院有限公司，北京 101300）

1 引言

某車型在售出后頻頻出現不能正常啟動現象，更換蓄電池后恢復正常，因此引起顧客抱怨。

針對此現象我們對整車及蓄電池從設計、品質等方面進行了一系列測試分析，找出了虧電真因，使問題得以徹底解決并避免。

2 原因分析

①整車靜態電流值較大，蓄電池以此靜態電流靜態放電較短時間即達不到車輛起動條件，從而造成車輛不能正常啟動；②整車靜態電流小，但由于某些控制器本身品質如電子元器件品質不穩定、車輛放置過程中電路發生異常等原因導致網絡意外喚醒，使車輛靜態電流變大，導致蓄電池長時間大電流放電而虧電；③因用戶異常操作如停車后忘記鎖車、忘記關燈等大功率負載不能自動關閉，使蓄電池長期大電流耗電；④蓄電池本身品質問題，比如自放電性能、容量衰減大等。

總之，影響整車虧電原因主要有兩個：一是車輛本身性能；二是蓄電池。

在整車設計開發過程中均會有整車技術規范VTS（Vehicle Technical Specification）對相關電器性能指標進行規定，那么實際車輛及零部件是否滿足要求？車輛系統穩定性及零部件品質是否達標？下面通過整車及蓄電池各項性能測試，分析、排查車輛不能正常啟動原因，定位問題、制定解決辦法。

2.1 蓄電池性能測試

該車型蓄電池容量為70Ah。從生產線庫房隨機抽取12塊蓄電池進行了如下相關測試。

1）蓄電池容量測試 （本測試均在常溫下進行，下同），以確定12塊蓄電池容量是否達標

依據GB／T 5008.1-2013 《起動用鉛酸蓄電池第一部分：技術條件和試驗方法》規定，對各蓄電池充滿電，靜置5h，以20h率放電到10.5V所用時間乘以20h率即為蓄電池容量，其中20h率是蓄電池標稱容量除以20，因該車蓄電池額定容量Cn是70Ah，則20h率為3.5A。通過測試，各蓄電池實際容量均不低于額定容量，即滿足要求。具體容量見表1。

表1 蓄電池容量測試

2）車輛起動蓄電池最低SOC測試

SOC全稱State of Charge，即荷電狀態，用來反映電池的剩余電量，其數值上定義為剩余容量占實際容量的比值。實際測試時用上述各蓄電池實際容量 （Ce）除以20即20h率放電電流 （In）作為恒流放電電流，如果放電時間為T，則SOC（%）＝（Ce－In·T）／Ce，即放電20小時SOC即為0%，放電15小時SOC為25%，放電14小時SOC為30%…依次類推，靜置5h后依次裝在同一輛車上起動測試，各SOC下蓄電池電壓、車輛起動情況見表2。

表2 各SOC下蓄電池電壓、車輛起動情況

由此可見，滿足車輛起動的蓄電池SOC在35%以上，蓄電池電壓在11.85V左右。

通過此值可進行不同整車靜態電流模擬放電若干天后起動測試，得出不同整車靜態電流車輛靜置時間。

3）蓄電池在不同整車靜態電流條件下靜置時間測試

模擬10mA整車靜態電流臺架放電試驗，放電期間每24h記錄蓄電池電壓變化，至128天3塊蓄電池電壓均為12V多，依次裝車起動上述同一輛車，測試結果：均能起動。具體測試數據見表3。

表3 模擬10mA整車靜態電流臺架放電試驗

模擬18mA整車靜態電流臺架放電試驗，放電期間每24h記錄蓄電池電壓變化，測得最低73天能起動車輛。具體測試數據見表4。

表4 模擬18mA整車靜態電流臺架放電試驗

模擬44mA整車靜態電流臺架放電試驗，測得最低43天能起動車輛。具體測試數據見表5。

表5 模擬44mA整車靜態電流臺架放電試驗

不同整車靜態電流靜置時間與車輛起動的關系見表6。

表6 不同整車靜態電流靜置時間與車輛起動的關系

2.2 整車靜態電流測試

隨機抽取3輛樣車，用毫安表對整車靜態電流進行測試，測試示意圖見圖1。測試方法：將蓄電池負極線束斷開，將毫安表串入負極線束與蓄電池負極端子之間，為防止瞬間大電流對毫安表的沖擊，在毫安表兩端并聯常閉開關K1，3輛樣車點火開關置OFF、關閉所有用電設備、關閉發動機艙蓋及后備廂蓋、拔出車鑰匙、閉鎖。斷開K1，待毫安表指針穩定后讀取數值。

測得3輛車的整車靜態電流分別為9.75mA、9.8mA、9.8mA。通過2.1章不同整車靜態電流靜置時間測試，車輛靜置128天以上起動不會有問題。

圖1 整車靜態電流測試示意圖

2.3 整車各系統穩定性測試

對2.2章使用的3樣車進行靜置測試。首先對車載蓄電池進行充電，使蓄電池初始荷電量為100%SOC，靜置5h后，按圖2連接測試系統。3輛樣車點火開關置OFF、關閉所有用電設備、關閉發動機艙蓋及后備廂蓋、拔出車鑰匙、閉鎖，待車輛進入休眠狀態后開始試驗。期間每24h用萬用表和毫安表監測蓄電池端電壓和整車靜態電流，40天時3樣車蓄電池端電壓 （V）／整車靜態電流 （mA） 分別為：12.603／9.75、12.636／9.75、12.517／9.8，車輛均一次起動成功。

測試過程中發現蓄電池每天壓降為0.004V，和2.1蓄電池模擬放電測試結果基本一致，依次類推車輛靜置120天照樣能正常起動。

圖2 整車靜置測試示意圖

2.4 整車電平衡試驗驗證

對其中一樣車模擬最嚴酷條件 （夏季雨夜）進行電平衡試驗，試驗工況為怠速、城市和高速工況，測試條件為環境溫度40℃。測試參數及傳感器布置見表7，其電器負載開啟情況見表8，試驗在帶轉轂的環境模擬艙內進行，每個工況試驗1h。

表7 測試參數及傳感器布置

試驗用CSM模塊和Imc數據采集設備采集3個工況數據，通過統計分析得出測試結果見表9，其中高速工況和城市工況蓄電池均為充電狀態，充電電量分別為0.18Ah和0.21Ah，怠速工況為放電狀態，但只有0.22Ah，且3個工況蓄電池電壓為13.5V以上，所以從整車電平衡方面來評估，不會造成車輛虧電。其中怠速工況測試波形見圖3。

2.5 整車漏電管理測試

樣車從功能安全方面進行了完善設計，已考慮到各種不確定因素如客戶到家后忘記鎖車、忘記關閉頂燈等異常操作而引起蓄電池長期帶負荷工作進而造成蓄電池虧電，致使車輛無法正常起動。

表8 用電器開啟狀態表

表9 3個工況電平衡測試結果

根據設計要求，點火開關在OFF檔時組合儀表、頂燈、小燈及報警燈可工作，ACC檔時除上述外大屏可工作，但無論哪種情況車輛網絡系統都應該休眠，靜態電流恢復至設計值。

表10是模擬用戶異常操作進行的各項測試。測試結果：各種情況下經過一定時間后車輛均能休眠，靜態電流達到9.8mA。

表10 模擬用戶異常操作進行的各項測試

綜上所述，整車電器設計及整車品質不是影響整車起動問題的根本原因。

2.6 蓄電池本身品質驗證

國標GB／T 5008.1《起動用鉛酸蓄電池 第1部分：技術條件和試驗方法》中關于容量的要求：

20小時率實際容量Ce應在第3次或之前的20小時率容量試驗時達到額定容量Cn。本車蓄電池額定容量Cn為70Ah，按標準對部分蓄電池進行了容量測試，測試結果見表11。

從測試結果看，除10#蓄電池在第3次試驗仍能達到額定容量外其余5個樣品均不滿足要求，其中3#和4#樣品在第2次試驗時即不能達到額定容量。

表11 部分蓄電池容量測試

其中3#蓄電池第2次放電曲線見圖4，容量僅為64Ah。

圖4 蓄電池放電曲線

3 總結

經調研，發生整車起動困難的車輛均為庫存或4S店剛售出車輛，因這些車輛靜置時間長短不一，有的蓄電池已經是虧電狀態，故而導致起動困難。

該車型虧電原因是蓄電池，主要是疏于蓄電池的管理。據了解，蓄電池從入庫到出庫再到裝車、整車庫存、4S店庫存等各環節均沒有標準的充放電操作，有的庫存時間相對較長，造成蓄電池嚴重虧電同時有不同程度的損傷甚至損壞。

對策：①加強蓄電池從入庫到裝車再到車輛出售期間的管理，制定管理規定制度，定期對其充電、測量，保證其優質性能。②蓄電池容量不達標屬其本身品質問題，應加強對供應商的管控與要求。