整车电量平衡计算

谈汽车电平衡的设计计算及验证方法

随着汽车电子电器技术的迅速发展，电器功能日益增多且复杂，对车辆舒适、智能和安全可靠性等要求的提高，整车电平衡的设计及验证尤显重要。整车电平衡是指发电机、蓄电池、整车用电器在一定时间内的电能产生与消耗达到稳定的一种平衡状态，是重要的整车性能指标。它体现了发电机的输出能力与整车用电需求的匹配关系，而不同的整车性能目标定义，对整车电平衡的性能要求也是不同的，所以需要有合适的汽车电平衡设计计算和验证方法。

本文主要结合试验数据，分析改进电平衡的设计计算方法；重点结合整车电平衡试验做出动态特性曲线，对电平衡理论计算结果进行验证。

1 汽车电平衡的设计方法

汽车电平衡的设计需要考虑发动机参数、整车用电器功率和使用频度等，图1为电平衡设计示意图，描述了电平衡关键零部件选型顺序和各关键零部件的影响因素。

2 关键零部件的计算选型

2.1起动机的选型

起动机的作用是起动发动机，一般需要起动机以大电流工作2～5s。发动机的起动特性决定了起动机的性能参数，发动机的起动特性参数包括起动转矩和起动转速。设定试验测定极限低温工况下的起动转矩为M0，起动转速为n0，由M0和n0可得出起动需求功率P0=M0×n0×2π／60。

根据传动比i和齿轮的啮合效率η（η通常为0.9），可计算出发动机起动过程中起动机的输出参数：转矩M1=M0／i，转速n1=n0×i，功率P1=P0／η。

起动机的输出功率会随温度而变化，再根据起动机温度系数修正出常温下起动机输出的转矩和功率，即可完成起动机的参数选择。

蓄电池最主要的作用是起动发动机，故其选型应先分析起动机（或发动机）的特性。蓄电池的低温起动电流应大于起动机输出特性曲线图上功率最大点对应的起动电流，以确保实现起动发动机，同时小于功率曲线与力矩曲线交点处对应的电流，在符合条件的蓄电池中选择容量较大者以增加起动发动机的可靠性。依此原则选择的蓄电池，不会因蓄电池容量选择过大出现浪费及蓄电池体积增大而影响整车

的装配空间及质量。

车辆在长途运输或长时停放后应能起动发动机，所以在蓄电池选型时，需考虑整车静态电流的验证。整车静态电流计算公式为I静=C20×（90%-65%-1‰×T）／（T×24）（1）式中：I静———整车静态电流；90%———下线时，蓄电池的实际容量与额定容量的百分比；65%———确保车辆正常起动的蓄电池最低实际电量与额定电量的百分比；1‰———蓄电池1天的自损耗率；T———储运时间；C20———蓄电池的20h率额定容量，Ah。最后，根据蓄电池的布置位置、车辆销售区域及主要用途等，微调蓄电池的参数。以奇瑞公司某在研车型M为例，根据发动机起动转矩和起动转速选择了1.3kW起动机。该起动机输出特性曲线如图2所示。

根据蓄电池选型方法，结合图2，选择蓄电池放电电流应为260～500A，符合条件的蓄电池容量为45Ah（冷起动电流为425A）和60Ah（冷起动电流为480A），可初选蓄电池的容量为60Ah。根据式（1）可知，若储运时间要求为45天，蓄电池容量为60Ah，得：I静=11.4mA，故整车静态电流须小于11.4mA。

发电机的作用：在发动机运转状态下，发出电量既满足整车用电器用电量需求，同时还能补充蓄电池消耗的电能。发电机是汽车的主要电能来源，考虑到保证整车用电设备的电量供给，提高发动机的动力性，发电机功率的选择应保证满足整车的正常电器用电量和蓄电池充电量。发电机的发电能力主要与发电机的转速有关，随着转速的提高，发电机的发电量逐渐增大。图3为3种型号发电机转速与输出电流的

关系。

整车用电器的电能消耗量主要与整车用电器在各运行工况下的使用频度相关。通过计算发电机的发电能力与整车用电器用电量的关系进行发电机的选型。计算整车用电器功率主要有2种方法。

方法1：根据汽车电器用电性质，把汽车电器分为3类：Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。

Ⅰ类为汽车行驶过程中必须长期使用，包括无条件长期使用（如油泵）和有条件长期使用（如冷却风扇）的用电器；Ⅱ类为安全行驶必备的短期使用的用电器（如转向灯）；Ⅲ类为改善乘车舒适性而随机使用的用电器（如电动门窗）。整车用电

电流为：I加权=Ii×μi。

方法2：以某一具体工况（通常采用夏季雨夜或冬季雪夜工况高功耗）为代表，计算用电器功率，此时用电器使用最多，功率最大。

以奇瑞公司某在研SUV为例，表1为该SUV用电器电量需求表。按照方法1计算夏季和冬季用电器负载大小分别为109.1A和96.3A，据此判断应选择发电量为110A

的发电机。

同理，参考表1按照方法2，可计算出夏季雨夜和冬季雪夜最恶劣工况下用电器消耗电流分别为111.8A和95.3A。

3 汽车电平衡的验证分析

整车电平衡验证通过静态平衡和动态平衡两方面来验证。图4为电平衡的验

证方法示意图。

3.1静态平衡

1）静态电流关闭所有用电器并锁好车辆，使其进入休眠状态后（即电流没有明显变化），记录此时的电流值，确认整车在静止状态下耗电量。

2）低温最低起动容量使用充电量为20%、30%、40%、50%的铅酸蓄电池，在低温-30℃条件下，测试整车的起动情况，考核蓄电池的低温起动能力。

3）蓄电池自放电电流蓄电池自放电是电平衡的一个重要参数，不同的蓄电池厂商此电流会有不同，因此需要与蓄电池厂商共同确认，以保证设计时选型的定

义。

4）汽车用电器负载测量将汽车以一般用电状态运行30min，使汽车内蓄电池达到一定电量水平，保持蓄电池电压基本稳定。这时测量各主要用电器在高功耗、低功耗和一般功耗的耗电量，尤其是最高值，以确保实测值与理论值吻合。

3.2动态平衡

动态平衡通过汽车电平衡道路试验来验证。通过测量汽车在各典型工况下发电机、蓄电池及用电器的用电状态和车内各关键部件处的温度状态，来全面评测实

车的电平衡状态。

道路试验所需设备：数据采集器，电流传感器（蓄电池充放电电流测量精度要达到0.2%以上，量程500A以内，采用闭口的电流传感器，其它采用开口的电流传感器），

万用表，笔记本计算机，数字采集软件和通用蓄电池测试仪。

道路试验测试参数：通过监控电流、电压及温度值，测量蓄电池充放电电流、发电机发电电流、用电器耗电总电流、发电机端电压与蓄电池端电压。另根据特殊