整車電平衡測試方法研究

中圖分類號：U463.631 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）07-0120-03

Researchon Measuring Method ofElectric Balanceof WholeVehicle

Wang Xuming，Yao Qiang

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co.，Ltd.，Technology Center，Hefei 230051）

【Abstract】This paper briefly introduces the test principle of automobile electric balance，and provides a testand evaluation method.This methodcanquickly evaluateandverify the matching performanceof vehiclepower supply，and cansimultaneouslyevaluatetheperformanceof generatororDC/DC，thekeycomponentthatafects theelectricbalance， which provides a better verification method for vehicle power supply matching.

【Key words】 electric balance；power supply matching；generator;DC/DC

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車逐漸成為行業(yè)發(fā)展的主流，受到市場的追捧。據(jù)行業(yè)調(diào)研，智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)規(guī)模從2019年的1656億元增長至2022年的5988.4億元，年復(fù)合增長率超 53%^[1] 。隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)需求的豐富，整車大量使用傳感器、控制器、執(zhí)行器等電子部件，對整車電能需求和供應(yīng)提出了更高的需求，整車電平衡試驗(yàn)是檢測和評價(jià)整車電能匹配合理與否的重要測試手段，對降低車型上市后車輛因電源匹配饋電趴窩問題意義重大。

1電平衡試驗(yàn)原理介紹

汽車電氣回路主要由供電器件（發(fā)電機(jī)或者DC/DC）、蓄電池、線路及用電負(fù)載等組成。汽車電平衡是指汽車所匹配的發(fā)電機(jī)或DC/DC、蓄電池和各種用電設(shè)備之間的電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系。電平衡試驗(yàn)主要檢測評價(jià)這種電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系的合理性。

1.1 測試原理

根據(jù)整車電路分析，只需要測試整車的發(fā)電量和用電量即可，當(dāng)發(fā)電量大于用電量則車輛不會出現(xiàn)饋電問題。如圖1所示，分別在蓄電池正極線、發(fā)電機(jī)或DC/DC輸出正極線上各安裝一個(gè)電流傳感器；在蓄電池端布置一個(gè)電壓傳感器；并將以上3個(gè)傳感器信號連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上，同時(shí)在電路上并聯(lián)一個(gè)電子負(fù)載[2]。

用電子負(fù)載可以模擬車輛試驗(yàn)狀態(tài)難以觸發(fā)的用電設(shè)備，也可根據(jù)需求控制整車的用電功率。定義蓄電池充電電流為正值、放電電流為負(fù)值，試驗(yàn)開始至結(jié)束，蓄電池處于充電狀態(tài)則整車不會饋電。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

1）電子負(fù)載：功率4kW；電壓0＼～150V，精度 ± （ 0.05%+0.05%FS） ；電流0＼～400A，精度 ±（0.05%+ 0.05%FS ）。

2）汽車電器件功耗測試系統(tǒng)：電壓 ±42V ，精度 ± [ 0.05%+0.05%FS） ；電流 ±1000A ，精度 ±（0.05%+ 0.05%FS ）。

1.3整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流裕度

整車匹配大功率的發(fā)電機(jī)或者DC/DC有利于整車電平衡性能，但同時(shí)也帶來了整車成本、整備質(zhì)量、布置空間的矛盾，因此需要在以上因素中找到最佳解決方案，在此引入極限發(fā)電電流裕度概念，當(dāng)該值達(dá)到某一限制時(shí)，即判斷車輛電平衡性能匹配合理。

發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流裕度 O= （發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流-用電電流） ÷ 用電電流。

由于車輛的動(dòng)力總成形式、用電器形式及工作方式等存在較大差異，判定車輛的電平衡性能也需要差異化考慮。不同車輛電平衡要求見表1。

2電平衡試驗(yàn)分析

2.1帶電子散熱風(fēng)扇車輛、混動(dòng)及純電動(dòng)車電平衡 測試

起動(dòng)車輛，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，電動(dòng)車或混動(dòng)車處于Ready狀態(tài)，使車輛處于怠速狀態(tài)。根據(jù)用戶使用場景，開啟相應(yīng)的用電器，具體要求見表2[3]

由于有些用電器的開啟受到環(huán)境溫度影響，因此對應(yīng)帶電子散熱風(fēng)扇車輛按照 （40±2）% 進(jìn)行試驗(yàn)；混動(dòng)及純電動(dòng)車輛為實(shí)際環(huán)境溫度。按照怠速工況開始試驗(yàn)，從試驗(yàn)開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)預(yù)熱 10min ，待達(dá)到電平衡穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)延后 5min 結(jié)束試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)束后，按照各工況電平衡試驗(yàn)結(jié)束前5min 采集的數(shù)據(jù)，將發(fā)電機(jī)發(fā)電電流和蓄電池充電電流的差值平均值，即為該工況的用電電流。

2.2 非電子散熱風(fēng)扇車輛電平衡測試

啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使車輛處于怠速狀態(tài)，怠速狀態(tài)下用電器工作狀態(tài)見表3。

按照怠速工況開始試驗(yàn)，從試驗(yàn)開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)預(yù)熱 10min 待達(dá)到電平衡穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)延后 5min 結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn)完成后，怠速電平衡試驗(yàn)結(jié)束前 5min 采集的數(shù)據(jù)，將發(fā)電機(jī)發(fā)電電流和蓄電池充電電流的差值求平均值，即為該工況的用電電流。

2.3整車狀態(tài)發(fā)電機(jī)性能測試

對于傳統(tǒng)燃油車輛，在長時(shí)間工作時(shí)其發(fā)動(dòng)機(jī)溫度會持續(xù)升高到一定的值，在車輛行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也會不斷地變化，發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速對整車發(fā)電機(jī)的發(fā)電量產(chǎn)生較大影響，隨即影響整車的電平衡性能。

2.3.1整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨發(fā)電機(jī)線圈溫度 變化測試

發(fā)電機(jī)受到發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度的影響，當(dāng)溫度升高后其發(fā)電能力會降低，發(fā)電機(jī)的發(fā)電負(fù)荷越大，產(chǎn)生的熱量也會增大，因此繪制整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨發(fā)電機(jī)線圈溫度變化曲線，可全方位評價(jià)車輛的電平衡性能，為整車在不同使用環(huán)境溫度下電平衡的裕度計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。

將大功率的電子負(fù)載并聯(lián)在蓄電池的兩端，連接線應(yīng)牢靠，不得有松脫或短路的情況。整車下電狀態(tài)，調(diào)節(jié)電子負(fù)載的電流，使蓄電池以30A電流放電 10min 。

車輛啟動(dòng)待怠速穩(wěn)定，打開不受溫度影響或非間歇工作的負(fù)載（如燈光、鼓風(fēng)機(jī)等）。

調(diào)節(jié)電子負(fù)載的電流，逐漸增大，保持蓄電池充電電流 0～2A 之間。從試驗(yàn)開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，直到發(fā)電機(jī)線圈溫度達(dá)到平衡狀態(tài)，發(fā)電機(jī)的發(fā)電電流達(dá)到平衡狀態(tài)。繪制發(fā)電機(jī)的極限發(fā)電電流隨著發(fā)電機(jī)溫度變化的曲線。

2.3.2整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨轉(zhuǎn)速變化測試

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速對發(fā)電能力同樣產(chǎn)生影響，測試整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線，整車在不同轉(zhuǎn)速下，電平衡的裕度同等重要。

將大功率的電子負(fù)載并聯(lián)在蓄電池的兩端，連接線應(yīng)牢靠，不得有松脫或短路的情況。整車下電狀態(tài)，調(diào)節(jié)電子負(fù)載的電流，使蓄電池以30A電流放電 10min 。車輛啟動(dòng)待怠速穩(wěn)定，打開不受溫度影響或間歇工作的負(fù)載（如燈光、鼓風(fēng)機(jī)等），調(diào)節(jié)電子負(fù)載的電流逐漸增大，保持蓄電池充電電流 0～ 2A之間。從試驗(yàn)開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄發(fā)電機(jī)電流的變化數(shù)據(jù)，待發(fā)電機(jī)發(fā)電電流穩(wěn)定后開始測試。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為怠速、怠速（開空調(diào)）、1000r/min?1200r/min?1500r/min?2000r/min?3000r/min_o 將不同轉(zhuǎn)速下的整車發(fā)電機(jī)發(fā)電電流結(jié)果，繪制成發(fā)電機(jī)發(fā)電電流隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的曲線。

2.4整車狀態(tài)DC/DC轉(zhuǎn)換性能測試

DC/DC工作受到外界影響因子較小，一般采用測試整車狀態(tài)額定功率工作2h功率不衰減其性能判定為較優(yōu)。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

3.1混動(dòng)及純電動(dòng)汽車極限發(fā)電電流的確定

因混動(dòng)及純電動(dòng)汽車的DC/DC額定輸入受常規(guī)工況使用溫度影響較小，極限發(fā)電電流可直接采用DC/DC的臺架數(shù)據(jù)。

3.2不同轉(zhuǎn)速下整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流計(jì)算

某一轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流 Σ=Σ 溫度變化曲線中調(diào)整溫度對應(yīng)的怠速發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流 + 轉(zhuǎn)速補(bǔ)償值。

其中，轉(zhuǎn)速補(bǔ)償值 轉(zhuǎn)速變化曲線中轉(zhuǎn)速對應(yīng)的發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流-轉(zhuǎn)速變化曲線中怠速發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流。

3.3發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流溫度變化曲線

將整車發(fā)電機(jī)的極限發(fā)電電流隨發(fā)電機(jī)線圈溫度變化數(shù)據(jù)，繪制成發(fā)電機(jī)的極限發(fā)電電流隨發(fā)電機(jī)線圈溫度變化的曲線，如圖2所示。

3.4發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流轉(zhuǎn)速變化曲線

將整車發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，繪制成發(fā)電機(jī)極限發(fā)電電流隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的曲線，如圖3所示。

4總結(jié)

本試驗(yàn)方案研究總結(jié)了不同車輛類型的特征及使用場景，可以快速準(zhǔn)確地判斷車輛的電平衡是否滿足使用的需求，對整車狀態(tài)的發(fā)電機(jī)發(fā)電性能、DCDC性能提出了驗(yàn)證方法，系統(tǒng)有效地評價(jià)車輛電源匹配是否良好。同時(shí)可根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對整車匹配優(yōu)化降低成本和故障風(fēng)險(xiǎn)，全面提升產(chǎn)品力。

參考文獻(xiàn)

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（編輯楊凱麟）