汽车的电量平衡计算
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气温低， 发动机的起动扭矩增大， 起动机需要 的起动电流也大， 蓄电池容量和电压下降快， 起动 困难， 因此冬季要保证充足的放电电流， 可采用大 容量蓄电池。
蓄电池容量和放电电流的关系： 一般来说蓄电 池的容量大， 放电电流就大， 工作低温性能好。
蓄电池内电量和蓄电池内电解液冰点的关系： 电量小， 电解液密度小， 凝点低， 易结冰。 5.3 暗电流与蓄电池的容量
必须根据车辆放置时的暗电流研讨蓄电池的容 量。 车辆在车库等处的存放时间至少为30天时， 仍
能可靠起动。 其判断标准由以下算式表示
暗电流（A）×30天（720 h） ≤1.0 蓄 电 池 的 5小 时 容 量 （Ah）×0.55
因此选择蓄电池时要考虑： 使用条件、 行驶
条件、 发电机功率、 环境温度、 整车暗电流等综
对确定起动机功率产生影响的因素有： 发动机 的起动转矩、 蓄电池的容量 （低温性能）、 起动电 线束电阻 （包括接触电阻）。
只有确定了起动机功率后， 才能用低温起动性 能确定蓄电池的容量。 为使起动机性能发挥至最 大， 应尽力减少蓄电池至起动机之间的起动电线束 电阻。
使发动机起动的最低曲轴转速 （最低起动转速） 因发动机不同而不同。 根据经验， 发动机的起动转 速见表3。
nmax
一 般 汽 油 机 5 200 r ／ min、 柴油机4 500 r ／ min
3.4 举例 3.4.1 车型定义
某新开发的A款车 （以下简称A款车）， 是一款 以家庭用途为主的经济型四门轿车， 主要用于城市 工薪家庭上、 下班代步用车， 同时兼顾用于家庭节 假日出游， 对乘坐舒适性要求较高。 3.4.2 车辆运行工况简要分析
A款车作为家庭用车， 其运行工况基本上是城 市运行工况， 鉴于目前国内各大中城市交通现状， 上下班高峰期市内堵车、 长期低速行车等状况， 车 辆发动机处于怠速及低速下运转， 这要求发电机在 发动机怠速时能提供足够大的电流， 满足车辆舒适 性和安全性的要求。
3.4.3 A款车发动机相关参数 （表2）
表2 A款车发动机相关参数
12 V蓄电池可采用13.5~15 V电压充电。 蓄电池 充电电压在冷天时必须高些， 在热天则应低些， 以便 适应蓄电池内发生的化学过程， 否则夏季容易过充， 冬季则不足。 解决办法是采用带温度补偿的调节器。
车辆的电器负载需要尽可能恒定的电流， 例如 加到灯泡上的电压只允许有很小的偏差， 以便使灯 泡的使用寿命和光的强度保持在规定范围以内。 5.2 温度与起动机起动
关键词： 汽车电气系统设计； 电量平衡； 计算方法； 乘用车 中图分类号： U462.31 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2010）10－0010－07
Vehicle Power Balance Calculation ZHANG Ming-sen
（Commercial Vehicle Technology Center， Shanghai Automotive Industry Corporation （SAIC）， Shanghai 200438， China）
（1） （2）
由上述可得
nstart≥13.5×（70~80）=945~1 080 r ／ min Tstart≥18.3 ／ 13.5=1.36 Nm
由该起动机特性曲线图3中可查出， 当起动机
转速为945 r ／ min时， 其对应之转矩为9 Nm， 远大于
起动之所需转矩， 足以使发动机可靠起动。
修改稿收稿日期： 2010－06－30 作者简介： 张明森 （1973-）， 男， 复旦大学学士， 工程师， 长期从事汽车整车电气系统及线束设计工作， 著有多篇论文。
10 《汽车电器》2010 年第 10 期
Design●Research
湖南省期刊优秀栏目
设计●研究
尤其在大负荷计算时要考虑极端使用情况。
Key words： design of vehicular electrical system； power balance； calculating method； passenger car
现在的汽车， 特别是轿车， 越来越多地配备了 各种电器设备， 整车耗电量也在逐步增加， 汽车供 电系统的压力也越来越大。 汽车必须有足够的电能 储备以满足众多的需求， 电源必须能保证车辆在任 何时候都可以起动和工作， 在发动机停止运转的情 况下， 电器设备工作一定的时间后仍能起动发动 机。 蓄电池、 起动机、 交流发电机 （以下简称发电 机） 以及电气系统作为一个整体， 在设计时必须使 它们的工作能互相匹配， 所以在汽车电气系统的设 计中， 电气系统的电量平衡计算显得很重要。 本文 的计算方法如无特殊说明， 均适用于乘用车。
3 车型、 发动机机型运行工况分析 为计算起动机参数、 蓄电池参数、 整车电负
荷、 确定电负荷计算时的加权系数、 发电机工作时 转速的分布等， 首先要确认车型和发动机机型， 明 确车辆使用条件、 行驶条件等， 如白天、 夜晚， 热 带、 寒带， 各种路况行驶比例等， 在此基础上才能 进行比较实际、 准确的分析。 3.1 明确车型的定义
D6RA127 的 起 动 机 ， 啮 合 齿 轮 齿 数 为 Z2=10。 起 动 机特性曲线如图3所示。
起动传动比为： i1=z1 ／ z2=135 ／ 10=13.5。
为确保发动机能正常可靠起动， 在蓄电池满足
要求的前提下， 必须满足
nstart≥i1×nidle Tstart≥T静 ／ i1
流为400 A。
综上， 可选20 h容量为60 Ah， 低温起动电流为
400 A的铅酸蓄电池。
6 整车电气系统负荷计算 6.1 计算目的、 范围
计算出整车主要用电器的总负荷， 并依据总负 荷值对发电机进行选型、 校核。 6.2 用电设备的分类
设计●研究
湖南省期刊优秀栏目
汽车的电量平衡计算
Design●Research
张明森 （上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心， 上海 200438）
摘要： 随着汽车上用电器的增多， 在汽车电气系统的设计中， 整车电气系统的电量平衡必须进行计算。 一些文 献对电器电量平衡计算进行了论述， 但大多使用一些前人的 “经验参数” 进行计算， 而没有给出令人信服的、 基于 严密推理的计算方法。 本文翔实、 系统地给出了整车电气系统的电量平衡具体的计算公式和方法， 并结合实例阐述 了这些方法的应用。
3） 车辆运行工况基本上是城市运行工况， 要
注意上下班高峰、 市内堵车、 长期低速行车等工况。
3.2 分析车辆的具体运行工况
车型定义明确后， 分析车辆的具体运行工况，
以此确认发动机转速的累积频率。 转速累积频率分
布表示在车辆工作期间达到或超过某一转速的频繁
程度。 如图2所示。
由于交通堵塞或遇红灯而停车， 使汽车在大部
合因素。
5.4 实例
A款 车 采 用12 V电 源 系 统 ， 其 电 源 由 蓄 电 池 和
发电机并联后组成。 从成本、 维修方便性和使用寿
命及起动机起动时要求提供大电流考虑， 计划选用
起动型免维护铅酸蓄电池。 此类型蓄电池具有内阻
小、 电压稳定、 结构简单、 成本低廉、 能迅速提供
大电流、 免维护、 使用寿命长等优点。
矩 T 静 =18.3 Nm ， 此 时 起 动 机 起 动 力 矩 Tstart 应 大 于 1.36 Nm， 转速大于945 r ／ min， 起动机在1 000 r ／ min
时， 对应的输出转矩约为9.8 Nm， 此时的 电 枢 电 流
为340 A， 为 保 证 可 靠 起 动 ， 取 蓄 电 池 低 温 放 电 电
综 上 所 述 ， 所 选 之 起 动 机 D6RA127 满 足 起 动
要求。
《汽车电器》2010 年第 10 期 11
设计●研究
湖南省期刊优秀栏目
Design●Research
图3 起动机特性曲线
5 蓄电池选型 蓄电池的作用主要是在发动机起动时给起动
机、 点火系统等用电设备供电， 在发电机正常运行 后作为稳压电容存在， 并当发电机不发电或者故障 时给整车电气系统供电。 5.1 温度与蓄电池的充电电压
i暗×n（天）×24 ≤1.0
（3）
C5（Ah）×0.55
式中： i暗— ——整车静态休眠电流， A； n— ——停
放天数； C5— ——蓄电池5小时容量， Ah。
得
C5≥
i暗×n×24 0.55
=
0.035×30×24 0.55
=45.8
Ah
C20=C5 ／ 0.8=57.3 Ah 由 表2和 图3可 知 ， 在-25 ℃时 ， 发 动 机 静 阻 力
1 整车电量平衡原则
整车电气供电系统简图如图1所示。 发电机必
须在绝大多数运行工况下， 能够给整车电气系统提
供足够的电能，
同时又能保证给
蓄电池充电， 即
所选定的发电机
的特性能够使发
电机产生的电流
至少等于相同工
况下的电负荷的
消耗。
图1 整车电气供电系统简图
2 整车电量平衡计算的步骤 1） 车型、 发动机机型运行工况分析。 2） 起动机选型。 3） 蓄电池选型。 4） 整车电气系统负荷计算。 5） 发电机选取及特性分析。 6） 整车电量平衡的校核。 7） 电量平衡试验验证。
车型定义不同 （如公务型、 出租型等）， 车辆 使用状况也不同， 发动机转速工况也会有很大差 异。 例如出租车， 一般工作在车流拥挤的城市工 况， 需考虑以下几方面。
1） 整车电负荷增加出租车顶灯、 计价器等。 2） 电负荷计算时的加权系数也不同， 基本全 天运行， 夜间运行时间要超出公务车、 私用车等，
项目
参数
源自文库
发动机型号
CF4G18
发动机曲轴皮带轮直径及皮带轮型号
D1=130.64 mm
发动机飞轮齿数
Z1=135
发动机起动扭矩 （-25 ℃）
T静=18.3 Nm
发动机怠速转速
nidle=700±50 r ／ min
发动机最大转速
nmax=5 800 r ／ min
4 起动机选型 4.1 确定起动机功率
考虑到A款车型为家庭型用车， 全国范围内均
有销售， 车辆所处环境有可能在严寒地区和热带地
区。 不管在何种情况下， 蓄电池均应保证能可靠地
提供足够大的电流给起动机。 另外， 车辆在车库等
处停放一段时间后， 也必须能够保证蓄电池能提供
电流使起动机运转起动。 根据设计要求， 整车静态
休 眠 电 流i暗 不 大 于35 mA， 车 辆 停 放30天 后 仍 能 可 靠起动， 由经验判定标准算式［2］
Abstract： The author presents the formula and method to calculate the power balance of the whole vehicle electrical system， and elaborates their application with examples. It is different from the former way to calculate according to empirical parameters of forthgoers.
分运行时间内处于
低速状态。 另一方
面， 在公路运行条
件下， 车辆怠速所
占的时间百分比通
常较小。 城市客车
的怠速时间较长，
因为它们必须频繁
地停车。 当发动机
熄火而负载又必须
接通时 （例如在客 车终点站）， 蓄电池 的充电状态更加恶
图2 城市和公路行驶中发动机 转速的累积频率
化。 长途旅游客车的怠速时间一般只占很小比例。
表3 发动机的起动转速
种类 汽油发动机 柴油发动机
最小起动转速 ／ （r ／ min）［1］ 60～100 80～200
4.2 举例
如上所述的例子， A款车型搭载的是由某公司
生产的1.8 L汽 油 发 动 机 ， 在 低 温-25 ℃时 ， 静 态 阻
力 矩 为T静=18.3 Nm， 根 据 表3， 1.8 L的 汽 油 机 最 低 起 动 转 速 取 70 ～80 r ／ min。 该 发 动 机 所 配 型 号 为
3.3 发动机相关参数确认 （表1）
表1 发动机相关参数确认
项目
参数
备注
发动机型号
汽油机， 柴油机
发动机曲轴皮带轮直径 D1 用以发电机的计算
发动机飞轮齿数
Z1 用以起动机的计算
起动扭矩
T静
计算出起动电流， 依此选 择蓄电池
发动机怠速转速
nidle
发电机怠速转速＝速比×发 动机怠速转速
发动机最大转速
蓄电池容量和放电电流的关系： 一般来说蓄电 池的容量大， 放电电流就大， 工作低温性能好。
蓄电池内电量和蓄电池内电解液冰点的关系： 电量小， 电解液密度小， 凝点低， 易结冰。 5.3 暗电流与蓄电池的容量
必须根据车辆放置时的暗电流研讨蓄电池的容 量。 车辆在车库等处的存放时间至少为30天时， 仍
能可靠起动。 其判断标准由以下算式表示
暗电流（A）×30天（720 h） ≤1.0 蓄 电 池 的 5小 时 容 量 （Ah）×0.55
因此选择蓄电池时要考虑： 使用条件、 行驶
条件、 发电机功率、 环境温度、 整车暗电流等综
对确定起动机功率产生影响的因素有： 发动机 的起动转矩、 蓄电池的容量 （低温性能）、 起动电 线束电阻 （包括接触电阻）。
只有确定了起动机功率后， 才能用低温起动性 能确定蓄电池的容量。 为使起动机性能发挥至最 大， 应尽力减少蓄电池至起动机之间的起动电线束 电阻。
使发动机起动的最低曲轴转速 （最低起动转速） 因发动机不同而不同。 根据经验， 发动机的起动转 速见表3。
nmax
一 般 汽 油 机 5 200 r ／ min、 柴油机4 500 r ／ min
3.4 举例 3.4.1 车型定义
某新开发的A款车 （以下简称A款车）， 是一款 以家庭用途为主的经济型四门轿车， 主要用于城市 工薪家庭上、 下班代步用车， 同时兼顾用于家庭节 假日出游， 对乘坐舒适性要求较高。 3.4.2 车辆运行工况简要分析
A款车作为家庭用车， 其运行工况基本上是城 市运行工况， 鉴于目前国内各大中城市交通现状， 上下班高峰期市内堵车、 长期低速行车等状况， 车 辆发动机处于怠速及低速下运转， 这要求发电机在 发动机怠速时能提供足够大的电流， 满足车辆舒适 性和安全性的要求。
3.4.3 A款车发动机相关参数 （表2）
表2 A款车发动机相关参数
12 V蓄电池可采用13.5~15 V电压充电。 蓄电池 充电电压在冷天时必须高些， 在热天则应低些， 以便 适应蓄电池内发生的化学过程， 否则夏季容易过充， 冬季则不足。 解决办法是采用带温度补偿的调节器。
车辆的电器负载需要尽可能恒定的电流， 例如 加到灯泡上的电压只允许有很小的偏差， 以便使灯 泡的使用寿命和光的强度保持在规定范围以内。 5.2 温度与起动机起动
关键词： 汽车电气系统设计； 电量平衡； 计算方法； 乘用车 中图分类号： U462.31 文献标识码： A 文章编号： 1003－8639（2010）10－0010－07
Vehicle Power Balance Calculation ZHANG Ming-sen
（Commercial Vehicle Technology Center， Shanghai Automotive Industry Corporation （SAIC）， Shanghai 200438， China）
（1） （2）
由上述可得
nstart≥13.5×（70~80）=945~1 080 r ／ min Tstart≥18.3 ／ 13.5=1.36 Nm
由该起动机特性曲线图3中可查出， 当起动机
转速为945 r ／ min时， 其对应之转矩为9 Nm， 远大于
起动之所需转矩， 足以使发动机可靠起动。
修改稿收稿日期： 2010－06－30 作者简介： 张明森 （1973-）， 男， 复旦大学学士， 工程师， 长期从事汽车整车电气系统及线束设计工作， 著有多篇论文。
10 《汽车电器》2010 年第 10 期
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尤其在大负荷计算时要考虑极端使用情况。
Key words： design of vehicular electrical system； power balance； calculating method； passenger car
现在的汽车， 特别是轿车， 越来越多地配备了 各种电器设备， 整车耗电量也在逐步增加， 汽车供 电系统的压力也越来越大。 汽车必须有足够的电能 储备以满足众多的需求， 电源必须能保证车辆在任 何时候都可以起动和工作， 在发动机停止运转的情 况下， 电器设备工作一定的时间后仍能起动发动 机。 蓄电池、 起动机、 交流发电机 （以下简称发电 机） 以及电气系统作为一个整体， 在设计时必须使 它们的工作能互相匹配， 所以在汽车电气系统的设 计中， 电气系统的电量平衡计算显得很重要。 本文 的计算方法如无特殊说明， 均适用于乘用车。
3 车型、 发动机机型运行工况分析 为计算起动机参数、 蓄电池参数、 整车电负
荷、 确定电负荷计算时的加权系数、 发电机工作时 转速的分布等， 首先要确认车型和发动机机型， 明 确车辆使用条件、 行驶条件等， 如白天、 夜晚， 热 带、 寒带， 各种路况行驶比例等， 在此基础上才能 进行比较实际、 准确的分析。 3.1 明确车型的定义
D6RA127 的 起 动 机 ， 啮 合 齿 轮 齿 数 为 Z2=10。 起 动 机特性曲线如图3所示。
起动传动比为： i1=z1 ／ z2=135 ／ 10=13.5。
为确保发动机能正常可靠起动， 在蓄电池满足
要求的前提下， 必须满足
nstart≥i1×nidle Tstart≥T静 ／ i1
流为400 A。
综上， 可选20 h容量为60 Ah， 低温起动电流为
400 A的铅酸蓄电池。
6 整车电气系统负荷计算 6.1 计算目的、 范围
计算出整车主要用电器的总负荷， 并依据总负 荷值对发电机进行选型、 校核。 6.2 用电设备的分类
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张明森 （上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心， 上海 200438）
摘要： 随着汽车上用电器的增多， 在汽车电气系统的设计中， 整车电气系统的电量平衡必须进行计算。 一些文 献对电器电量平衡计算进行了论述， 但大多使用一些前人的 “经验参数” 进行计算， 而没有给出令人信服的、 基于 严密推理的计算方法。 本文翔实、 系统地给出了整车电气系统的电量平衡具体的计算公式和方法， 并结合实例阐述 了这些方法的应用。
3） 车辆运行工况基本上是城市运行工况， 要
注意上下班高峰、 市内堵车、 长期低速行车等工况。
3.2 分析车辆的具体运行工况
车型定义明确后， 分析车辆的具体运行工况，
以此确认发动机转速的累积频率。 转速累积频率分
布表示在车辆工作期间达到或超过某一转速的频繁
程度。 如图2所示。
由于交通堵塞或遇红灯而停车， 使汽车在大部
合因素。
5.4 实例
A款 车 采 用12 V电 源 系 统 ， 其 电 源 由 蓄 电 池 和
发电机并联后组成。 从成本、 维修方便性和使用寿
命及起动机起动时要求提供大电流考虑， 计划选用
起动型免维护铅酸蓄电池。 此类型蓄电池具有内阻
小、 电压稳定、 结构简单、 成本低廉、 能迅速提供
大电流、 免维护、 使用寿命长等优点。
矩 T 静 =18.3 Nm ， 此 时 起 动 机 起 动 力 矩 Tstart 应 大 于 1.36 Nm， 转速大于945 r ／ min， 起动机在1 000 r ／ min
时， 对应的输出转矩约为9.8 Nm， 此时的 电 枢 电 流
为340 A， 为 保 证 可 靠 起 动 ， 取 蓄 电 池 低 温 放 电 电
综 上 所 述 ， 所 选 之 起 动 机 D6RA127 满 足 起 动
要求。
《汽车电器》2010 年第 10 期 11
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图3 起动机特性曲线
5 蓄电池选型 蓄电池的作用主要是在发动机起动时给起动
机、 点火系统等用电设备供电， 在发电机正常运行 后作为稳压电容存在， 并当发电机不发电或者故障 时给整车电气系统供电。 5.1 温度与蓄电池的充电电压
i暗×n（天）×24 ≤1.0
（3）
C5（Ah）×0.55
式中： i暗— ——整车静态休眠电流， A； n— ——停
放天数； C5— ——蓄电池5小时容量， Ah。
得
C5≥
i暗×n×24 0.55
=
0.035×30×24 0.55
=45.8
Ah
C20=C5 ／ 0.8=57.3 Ah 由 表2和 图3可 知 ， 在-25 ℃时 ， 发 动 机 静 阻 力
1 整车电量平衡原则
整车电气供电系统简图如图1所示。 发电机必
须在绝大多数运行工况下， 能够给整车电气系统提
供足够的电能，
同时又能保证给
蓄电池充电， 即
所选定的发电机
的特性能够使发
电机产生的电流
至少等于相同工
况下的电负荷的
消耗。
图1 整车电气供电系统简图
2 整车电量平衡计算的步骤 1） 车型、 发动机机型运行工况分析。 2） 起动机选型。 3） 蓄电池选型。 4） 整车电气系统负荷计算。 5） 发电机选取及特性分析。 6） 整车电量平衡的校核。 7） 电量平衡试验验证。
车型定义不同 （如公务型、 出租型等）， 车辆 使用状况也不同， 发动机转速工况也会有很大差 异。 例如出租车， 一般工作在车流拥挤的城市工 况， 需考虑以下几方面。
1） 整车电负荷增加出租车顶灯、 计价器等。 2） 电负荷计算时的加权系数也不同， 基本全 天运行， 夜间运行时间要超出公务车、 私用车等，
项目
参数
源自文库
发动机型号
CF4G18
发动机曲轴皮带轮直径及皮带轮型号
D1=130.64 mm
发动机飞轮齿数
Z1=135
发动机起动扭矩 （-25 ℃）
T静=18.3 Nm
发动机怠速转速
nidle=700±50 r ／ min
发动机最大转速
nmax=5 800 r ／ min
4 起动机选型 4.1 确定起动机功率
考虑到A款车型为家庭型用车， 全国范围内均
有销售， 车辆所处环境有可能在严寒地区和热带地
区。 不管在何种情况下， 蓄电池均应保证能可靠地
提供足够大的电流给起动机。 另外， 车辆在车库等
处停放一段时间后， 也必须能够保证蓄电池能提供
电流使起动机运转起动。 根据设计要求， 整车静态
休 眠 电 流i暗 不 大 于35 mA， 车 辆 停 放30天 后 仍 能 可 靠起动， 由经验判定标准算式［2］
Abstract： The author presents the formula and method to calculate the power balance of the whole vehicle electrical system， and elaborates their application with examples. It is different from the former way to calculate according to empirical parameters of forthgoers.
分运行时间内处于
低速状态。 另一方
面， 在公路运行条
件下， 车辆怠速所
占的时间百分比通
常较小。 城市客车
的怠速时间较长，
因为它们必须频繁
地停车。 当发动机
熄火而负载又必须
接通时 （例如在客 车终点站）， 蓄电池 的充电状态更加恶
图2 城市和公路行驶中发动机 转速的累积频率
化。 长途旅游客车的怠速时间一般只占很小比例。
表3 发动机的起动转速
种类 汽油发动机 柴油发动机
最小起动转速 ／ （r ／ min）［1］ 60～100 80～200
4.2 举例
如上所述的例子， A款车型搭载的是由某公司
生产的1.8 L汽 油 发 动 机 ， 在 低 温-25 ℃时 ， 静 态 阻
力 矩 为T静=18.3 Nm， 根 据 表3， 1.8 L的 汽 油 机 最 低 起 动 转 速 取 70 ～80 r ／ min。 该 发 动 机 所 配 型 号 为
3.3 发动机相关参数确认 （表1）
表1 发动机相关参数确认
项目
参数
备注
发动机型号
汽油机， 柴油机
发动机曲轴皮带轮直径 D1 用以发电机的计算
发动机飞轮齿数
Z1 用以起动机的计算
起动扭矩
T静
计算出起动电流， 依此选 择蓄电池
发动机怠速转速
nidle
发电机怠速转速＝速比×发 动机怠速转速
发动机最大转速