夏侃侃 刘童亮 王艳飞

摘要：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。本文结合试验数据，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。

关键词：蓄电池容量、整车用电器的供用电、起动机、发电机。

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，重点需要关注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.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。

3.蓄电池的选型

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。

4.发电机的选型

发电机的作用是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。而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。

5.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。具体如下。

5.1静态平衡

首先，针对静态电流，则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。其次，针对低温最低起动容量。使用充电量为20%、30%、40%、50%的鉛酸蓄电池，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。接着，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。最后，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。

5.2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。道路试验所需设备主要有数据采集器、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等。试验通过监控电流、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。并根据特殊要求测量点，测量蓄电池周围温度、发电机外壳温度、环境温度、车内温度等。汽车运行时，其电气负载常处于不同状态，一般选择高功率和低功耗进行试验。

5.2.3电气动态特性曲线

电气系统的动态特性曲线是在一个行驶循环下，蓄电池电压随蓄电池电流的变化。该特性曲线反映了蓄电池、发动机、用电器、温度、转速和发动机与发电机传动比等各部件的相互作用。特性曲线主要从以下几方面分析。

纵坐标的电压值，是车辆起动后从蓄电池两端测得的电压，该值为发电机端电压减去发电回路电压降得到，定义为U。某一特定发电机转速n对应In，当用电器电流I>In时，会造成电压U大幅度地下降。如忽略发电机回路电压降的影响，电压U可表示为发电机电压，该值与发动机转速、用电器电流、发电机的温度有关。U0为发电机额定电压，U1为发电机平衡状态。从发电机效率分析，在U1之上为发电机有部分裕量，还有发电潜力;特性曲线尽可能地靠近U1，这样发电机功率得到充分利用，又不会造成蓄电池亏电。

横坐标表示蓄电池充放电电流，在发电机满足负载需求条件下，分析横坐标充放电电流与蓄电池的关系，通过试验数据分析，-40～40A比较合理。

纵轴右侧比例城市高功耗电平衡试验后，要求充电量要比放电量大，曲线在纵轴右侧为蓄电池充放电电流大于0，蓄电池处于充电状态，所以右侧数据量应大于左侧。

通过以上分析，可以看出：当纵轴电压在（U2，U1）和

6.结束语

发电机、蓄电池和整车用电器的供用电，是一个相互平衡的过程。合理设计整车电平衡性能，不但可保证车辆电源系统的安全可靠性，还可指导零部件选型，有效降低发电机、蓄电池等零部件的成本、质量，增加蓄电池等零部件寿命，降低整车油耗。

参考文献：

[1]舒华.姚国平.汽车电器与电子技术[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]秦明华.汽车电器与电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2003.