微車電路系統電平衡理論計算、實際測量及提升

陳宇新，王春鳳

（北汽集團越野車研究院，北京 101300）

1 緒論

汽車用蓄電池、起動機、發電機和整車用電器作為一個供需電能系統，在工作時需保證輸出的電量與損耗相等，達到整車電量動態平衡狀態，即整車電平衡。

在汽車電氣系統的匹配設計中，電源系統的設計和選配對整車電氣系統的工作會產生重要影響，尤其是蓄電池和交流發電機之間的充、放電的動平衡將直接影響車輛的正常使用。

北汽某微車項目計劃用一款新的發動機 （柳機LJ469發動機）換到該車型上。同時在原有最高配基礎上新增ABS、EPS等功能。LJ469發動機是一款成熟發動機，自帶達卡爾JFZ1808發電機，其熱態輸出值為75A?？紤]到微車其他動力匹配發電機都在熱態85A以上，而換發LJ469發動機的同時又新增ABS、EPS功能，所以LJ469所帶發電機是否能滿足整車供電，需要進一步評估。

通過理論計算，得出結論75A發電機不能滿足整車供電需求，需要對發電機進行全新選擇。

2 整車用電量理論計算

2.1 整車用電參數 （表1）

表1 整車用電參數

表1（續）

2.2 汽車行駛模式

對汽車在行駛中的幾種較為典型的用電模式進行分析，大致可分為8種：平常日間、平常夜間、冬季日間、冬季夜間、冬季雪夜、夏季日間、夏季夜間和夏季雨夜。具體用電模式見表2。

2.3 用電設備使用頻率

汽車用電設備在不同的季節和環境，有著不同的使用頻度系數，采用μs、μo和μw分別表示用電設備與夏季相關、與季節氣候無關及與冬季相關3種情況下的使用頻度系數，按工況用電設備使用頻率見表3。

2.4 整車用電量計算

根據用電設備使用頻度計算電器設備的用電量，公式如下：

式中：Idx——等效電流；μi——第i個用電設備所對應的使用頻度系數；Pi——第i個用電設備的額定功率。

以夏季雨夜為例：

根據上述公式得出整車在不同季節和環境下的整車電量見圖1。

可以看出夏季雨夜工況發電機的輸出電流 （熱態值）至少在81.63A以上方可以滿足要求整車用電量。

表2 汽車用電模式

表3 按工況用電設備使用頻率

2.5 原車發電機的輸出特性曲線

圖2為原車發電機的輸出特性曲線，從發電機輸出特性曲線可以看出，原車匹配75A發電機，熱態輸出最大75A，不能滿足理論計算出夏季雨夜81.63A的用電需求。

3 實車測試

測試設備：筆記本、100A電流鉗、電性能測試儀、熱電偶，如圖3所示。

圖1 不同季節整車用電量

圖2 發電機輸出特性曲線

圖3 發電機輸出特性曲線

3.1 測試方法

筆記本與電性能測試儀通過無線網絡連接通信。一路100A電流鉗連到發電機輸出線上，另外一路100A電流鉗連到蓄電池正極輸出線上。通過2個數值配合計算，判斷出蓄電池是放電還是充電。測試電流同時把熱電偶布置到2個電流鉗附近，檢測環境溫度。如圖4所示。

圖4 測試方法

發電機熱態曲線是在環境溫度25℃下測試出的性能值，參考標準QC／T729—2005，而實車發動機艙工作溫度在70℃，對發電機性能有很大影響。在實車測試時，在發電機周邊布置3個熱點，檢測實車溫度。

3.2 實車測試 （發動機艙70℃）

1）怠速工況，僅發動機電控系統工作，具體測試結果：發動機轉速800r／min，傳動比2.5，發電機轉速2000r／min，實際輸出電量18A，蓄電池輸出-10.2A，蓄電池充電。

結論：整車用電量18A，蓄電池處于充電狀態，發電機滿足整車供電需求。

2）怠速工況，打開全部用電設備，具體測試結果：發動機轉速900r／min，傳動比2.5，發電機轉速2250r／min，實際發電量48.5A，蓄電池輸出16A，蓄電池放電。

結論：整車用電量64.5A，蓄電池處于虧電狀態。原車匹配48Ah蓄電池，怠速情況下蓄電池短時間虧電不應超過蓄電池總額25%即12A，此時發電機不滿足整車供電需求。

3）城市道路夏季雨夜工況 （約40km／h），具體測試結果：發動機轉速1400r／min，傳動比2.5，發電機轉速3500r／min，實際發電量71.2A，蓄電池輸出11A，蓄電池放電。

結論：整車用電量82.2A，現蓄電池虧電11A，此工況發電機應能達到充放電平衡，此時發電機不滿足整車供電需求。

4）高速夏季雨夜工況 （約80km／h），具體測試結果：發動機轉速2400r／min，傳動比2.5，發電機轉速6000r／min，實際發電量73.6A，蓄電池輸出8A，蓄電池放電。

結論：整車用電量81.6A，現蓄電池虧電8A，此工況發電機應能達到充放電平衡，此時發電機不滿足整車供電需求。

3.3 測試結論

通過實車測試，原車匹配75A發電機不能滿足整車供電需求，需要重新選型發電機。

4 發電機提升

4.1 發電機全新選型

考慮到LJ469安裝發電機空間有限，選擇外形尺寸與JFZ1808發電機一樣大小的JFZ1818發電機，輸出值是熱態90A，特性曲線見圖5。

圖5 發電機輸出特性曲線

4.2 發電機臺架測試

考慮到之前溫升對發電機性能影響很大，廠家提供了JFZ1818發電機的臺架測試參數，見表4，試驗電壓：13.5V。70℃發電機可以達到83.3A輸出，理論上滿足整車用電需求。

表4 發電機臺架測試參數

4.3 實車測試

試驗方法同3.2，測試結果見表5。從表5中可以看出，只有在怠速夏季雨夜工況下蓄電池處于虧電狀態。但是虧電值為7A，小于12A，可以滿足整車用電需求。

表5 裝JFZ1818發電機的實車測試

4.4 結論

通過臺架測試及實車測試，LJ469發動機換裝JFZ1818發電機可以滿足整車用電需求。