整車電量平衡計(jì)算(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上談汽車電平衡的設(shè)計(jì)計(jì)算及驗(yàn)證方法隨著汽車電子電器技術(shù)的迅速發(fā)展，電器功能日益增多且復(fù)雜，對車輛舒適、智能和安全可靠性等要求的提高，整車電平衡的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證尤顯重要。整車電平衡是指發(fā)電機(jī)、整車用電器在一定時(shí)間內(nèi)的電能產(chǎn)生與消耗達(dá)到穩(wěn)定的一種平衡狀態(tài)，是重要的整車性能指標(biāo)。它體現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的輸出能力與整車用電需求的匹配關(guān)系，而不同的整車性能目標(biāo)定義，對整車電平衡的性能要求也是不同的，所以需要有合適的汽車電平衡設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)證方法。    本文主要結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析改進(jìn)電平衡的設(shè)計(jì)計(jì)算方法；重點(diǎn)結(jié)合整車電平衡試驗(yàn)做出動態(tài)特性曲線，對電平衡理論計(jì)算結(jié)果

2、進(jìn)行驗(yàn)證。1 汽車電平衡的設(shè)計(jì)方法    汽車電平衡的設(shè)計(jì)需要考慮發(fā)動機(jī)參數(shù)、整車用電器功率和使用頻度等，圖1為電平衡設(shè)計(jì)示意圖，描述了電平衡關(guān)鍵零部件選型順序和各關(guān)鍵零部件的影響因素。    2 關(guān)鍵零部件的計(jì)算選型    2.1起動機(jī)的選型    起動機(jī)的作用是起動發(fā)動機(jī)，一般需要起動機(jī)以大電流工作25s。發(fā)動機(jī)的起動特性決定了起動機(jī)的性能參數(shù)，發(fā)動機(jī)的起動特性參數(shù)包括起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)速。設(shè)定試驗(yàn)測定極限低溫工況下的起動轉(zhuǎn)矩為M0，起動轉(zhuǎn)速為n0，由M0和n0可得出起動需

3、求功率P0=M0×n0×260。根據(jù)傳動比i和齒輪的嚙合效率（通常為0.9），可計(jì)算出發(fā)動機(jī)起動過程中起動機(jī)的輸出參數(shù)：轉(zhuǎn)矩M1=M0i，轉(zhuǎn)速n1=n0×i，功率P1=P0。    起動機(jī)的輸出功率會隨溫度而變化，再根據(jù)起動機(jī)溫度系數(shù)修正出常溫下起動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和功率，即可完成起動機(jī)的參數(shù)選擇。2.2蓄電池的選型    最主要的作用是起動發(fā)動機(jī)，故其選型應(yīng)先分析起動機(jī)（或發(fā)動機(jī)）的特性。的低溫起動電流應(yīng)大于起動機(jī)輸出特性曲線圖上功率最大點(diǎn)對應(yīng)的起動電流，以確保實(shí)現(xiàn)起動發(fā)動機(jī)，同時(shí)小于功率曲線與力

4、矩曲線交點(diǎn)處對應(yīng)的電流，在符合條件的中選擇容量較大者以增加起動發(fā)動機(jī)的可靠性。依此原則選擇的，不會因容量選擇過大出現(xiàn)浪費(fèi)及體積增大而影響整車的裝配空間及質(zhì)量。    車輛在長途運(yùn)輸或長時(shí)停放后應(yīng)能起動發(fā)動機(jī)，所以在選型時(shí)，需考慮整車靜態(tài)電流的驗(yàn)證。整車靜態(tài)電流計(jì)算公式為I靜=C20×（90%-65%-1×T）（T×24）（1）式中：I靜整車靜態(tài)電流；90%下線時(shí)，的實(shí)際容量與額定容量的百分比；65%確保車輛正常起動的最低實(shí)際電量與額定電量的百分比；11天的自損耗率；T儲運(yùn)時(shí)間；C20的20h率額定容量，Ah。最后，根據(jù)的布置位置、車輛

5、銷售區(qū)域及主要用途等，微調(diào)的參數(shù)。以奇瑞公司某在研車型M為例，根據(jù)發(fā)動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)速選擇了1.3kW起動機(jī)。該起動機(jī)輸出特性曲線如圖2所示。    根據(jù)選型方法，結(jié)合圖2，選擇放電電流應(yīng)為260500A，符合條件的容量為45Ah（冷起動電流為425A）和60Ah（冷起動電流為480A），可初選的容量為60Ah。根據(jù)式（1）可知，若儲運(yùn)時(shí)間要求為45天，容量為60Ah，得：I靜=11.4mA，故整車靜態(tài)電流須小于11.4mA。2.3發(fā)電機(jī)的選型發(fā)電機(jī)的作用：在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，發(fā)出電量既滿足整車用電器用電量需求，同時(shí)還能補(bǔ)充消耗的電能。發(fā)電機(jī)是汽車的主要電能來

6、源，考慮到保證整車用電設(shè)備的電量供給，提高發(fā)動機(jī)的動力性，發(fā)電機(jī)功率的選擇應(yīng)保證滿足整車的正常電器用電量和充電量。發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力主要與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，發(fā)電機(jī)的發(fā)電量逐漸增大。圖3為3種型號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出電流的關(guān)系。    整車用電器的電能消耗量主要與整車用電器在各運(yùn)行工況下的使用頻度相關(guān)。通過計(jì)算發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力與整車用電器用電量的關(guān)系進(jìn)行發(fā)電機(jī)的選型。計(jì)算整車用電器功率主要有2種方法。方法1：根據(jù)汽車電器用電性質(zhì)，把汽車電器分為3類：類、類和類。  類為汽車行駛過程中必須長期使用，包括無條件長期使用（如油泵）和有條件長期

7、使用（如冷卻風(fēng)扇）的用電器；類為安全行駛必備的短期使用的用電器（如轉(zhuǎn)向燈）；類為改善乘車舒適性而隨機(jī)使用的用電器（如電動門窗）。整車用電電流為：I加權(quán)=Ii×i。  方法2：以某一具體工況（通常采用夏季雨夜或冬季雪夜工況高功耗）為代表，計(jì)算用電器功率，此時(shí)用電器使用最多，功率最大。  以奇瑞公司某在研SUV為例，表1為該SUV用電器電量需求表。按照方法1計(jì)算夏季和冬季用電器負(fù)載大小分別為109.1A和96.3A，據(jù)此判斷應(yīng)選擇發(fā)電量為110A的發(fā)電機(jī)。    同理，參考表1按照方法2，可計(jì)算出夏季雨夜和冬季雪夜最惡劣工況下用

8、電器消耗電流分別為111.8A和95.3A。3 汽車電平衡的驗(yàn)證分析    整車電平衡驗(yàn)證通過靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡兩方面來驗(yàn)證。圖4為電平衡的驗(yàn)證方法示意圖。    3.1靜態(tài)平衡    1）靜態(tài)電流關(guān)閉所有用電器并鎖好車輛，使其進(jìn)入休眠狀態(tài)后（即電流沒有明顯變化），記錄此時(shí)的電流值，確認(rèn)整車在靜止?fàn)顟B(tài)下耗電量。    2）低溫最低起動容量使用充電量為20%、30%、40%、50%的鉛酸，在低溫-30條件下，測試整車的起動情況，考核的低溫起動能力。  

9、60; 3）自放電電流自放電是電平衡的一個(gè)重要參數(shù)，不同的廠商此電流會有不同，因此需要與廠商共同確認(rèn)，以保證設(shè)計(jì)時(shí)選型的定義。    4）汽車用電器負(fù)載測量將汽車以一般用電狀態(tài)運(yùn)行30min，使汽車內(nèi)達(dá)到一定電量水平，保持電壓基本穩(wěn)定。這時(shí)測量各主要用電器在高功耗、低功耗和一般功耗的耗電量，尤其是最高值，以確保實(shí)測值與理論值吻合。    3.2動態(tài)平衡    動態(tài)平衡通過汽車電平衡道路試驗(yàn)來驗(yàn)證。通過測量汽車在各典型工況下發(fā)電機(jī)、及用電器的用電狀態(tài)和車內(nèi)各關(guān)鍵部件處的溫度狀態(tài)，來全面評測實(shí)車的電平衡狀態(tài)。

10、道路試驗(yàn)所需設(shè)備：數(shù)據(jù)采集器，電流傳感器（充放電電流測量精度要達(dá)到0.2%以上，量程500A以內(nèi)，采用閉口的電流傳感器，其它采用開口的電流傳感器），萬用表，筆記本計(jì)算機(jī)，數(shù)字采集軟件和通用測試儀。    道路試驗(yàn)測試參數(shù)：通過監(jiān)控電流、電壓及溫度值，測量充放電電流、發(fā)電機(jī)發(fā)電電流、用電器耗電總電流、發(fā)電機(jī)端電壓與端電壓。另根據(jù)特殊要求測量點(diǎn)，測量周圍溫度、發(fā)電機(jī)外殼溫度、環(huán)境溫度、車內(nèi)溫度等。預(yù)處理：先將樣車上的拆下，用通用測試儀以16V恒壓充電2h，然后以4A恒流充電1h，再以C2020A的電流放電到10.5V，測出C20。在對進(jìn)行完全充電，然后以I20放電到測

11、量容量的50%，此時(shí)內(nèi)剩余50%的電量，測量電壓。電量與其充電電流關(guān)系密切，電量越低，充電電流越大，統(tǒng)一電量，以保證試驗(yàn)的一致性和可重復(fù)性。汽車負(fù)載確定：汽車運(yùn)行時(shí)，其電氣負(fù)載常處于不同狀態(tài)，一般選擇高功率和低功耗進(jìn)行試驗(yàn)，不同功耗的定義見表2。因發(fā)電機(jī)發(fā)電能力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速又與汽車行駛的工況有關(guān)，故在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)要對多種工況進(jìn)行試驗(yàn)。主要的試驗(yàn)工況有怠速工況、城市工況、高速公路工況、山區(qū)公路工況。表3為各工況試驗(yàn)?zāi)康摹?#160;   3.2.1蓄電池電量比電量比Q定義為    QQ后Q前    式

12、中：Q前電平衡道路試驗(yàn)前內(nèi)的電量（以20小時(shí)率容量表示）；Q后電平衡道路試驗(yàn)后內(nèi)的電量（以20小時(shí)率容量表示）。若Q值大于1.8，則說明發(fā)電機(jī)容量設(shè)計(jì)偏大；若Q值小于1.4，則說明發(fā)電機(jī)容量設(shè)計(jì)偏小。    3.2.2蓄電池充放電比值通過分析充放電比值，來確定汽車的電平衡狀態(tài)。在采集到的電流中篩選出充電電流與放電電流，然后按下列公式計(jì)算K值。    式中：K充放電電流比；in第n次充電電流數(shù)據(jù)，A；jm第m次放電電流數(shù)據(jù)，A；tn第n次充電電流采集間隔的時(shí)間，s；tm第m次放電電流采集間隔的時(shí)間，s。要求充放電電流比K：1<K&

13、lt;6；其中在高功耗情況下要求K>1，一般功耗情況下要求K<6。當(dāng)K<1時(shí)，發(fā)電機(jī)容量設(shè)計(jì)偏?。划?dāng)K>6時(shí)，發(fā)電機(jī)容量設(shè)計(jì)偏大。    3.2.3電氣動態(tài)特性曲線    電氣系統(tǒng)的動態(tài)特性曲線是在一個(gè)行駛循環(huán)下，電壓隨電流的變化。該特性曲線（包絡(luò)線）反映了、發(fā)動機(jī)、用電器、溫度、轉(zhuǎn)速和發(fā)動機(jī)與發(fā)電機(jī)傳動比等各部件的相互作用。特性曲線主要從以下幾方面分析。1）縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)的電壓值，是車輛起動后從兩端測得的電壓，該值為發(fā)電機(jī)端電壓減去發(fā)電回路得到，定義為U。電壓U與發(fā)電機(jī)電流I的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知，某一特

14、定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n對應(yīng)In，當(dāng)用電器電流IIn時(shí)，會造成電壓U大幅度地下降。    忽略發(fā)電機(jī)回路的影響，電壓U可表示為發(fā)電機(jī)電壓，該值與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、用電器電流、發(fā)電機(jī)的溫度有關(guān)。    、發(fā)電機(jī)平衡狀態(tài)的電氣動態(tài)特性曲線如圖6所示。U0為發(fā)電機(jī)額定電壓，對于無電壓動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)為14.4±0.1V，取U0=14.5V；對于有電壓動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，U0取發(fā)電機(jī)允許額定電壓的最大值。U1為發(fā)電機(jī)平衡狀態(tài)，發(fā)電機(jī)滿足用電器和充電，裕量為0。從發(fā)電機(jī)效率分析，在U1之上為發(fā)電機(jī)有部分裕量，還有發(fā)電潛力；特性曲線盡可

15、能地靠近U1，這樣發(fā)電機(jī)功率得到充分利用，又不會造成虧電。對于有電壓動態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，還應(yīng)從其它方面（如充電電壓）設(shè)定U1的值，把U1定為13.5V。U2為平衡狀態(tài)，發(fā)電機(jī)僅滿足用電器需求。在平衡線U2之下，處于放電較深、不飽和狀態(tài)，是不希望出現(xiàn)的狀態(tài)?？紤]到試驗(yàn)時(shí)初始容量為50%，整車下線時(shí)，容量要求達(dá)到90%以上，故U2定為12.5V。    2）橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)表示充放電電流，在發(fā)電機(jī)滿足負(fù)載需求條件下，分析橫坐標(biāo)充放電電流與的關(guān)系，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，-4040A比較合理。    3）縱軸右側(cè)比例城市高功耗電平衡試驗(yàn)后，要求充電

16、量要比放電量大，曲線在縱軸右側(cè)為充放電電流大于0，處于充電狀態(tài)，所以右側(cè)數(shù)據(jù)量應(yīng)大于左側(cè)。通過以上分析，可以定義電氣系統(tǒng)動態(tài)特性曲線理想范圍，如圖7所示。矩形內(nèi)為理想特性曲線分布范圍，所以城市高功耗工況理想電氣系統(tǒng)動態(tài)特性曲線應(yīng)該是縱坐標(biāo)值，主要分布在12.514.5V，橫坐標(biāo)范圍應(yīng)主要分布在-4040A。    當(dāng)縱軸電壓在（U2，U1）和U1比例較大，發(fā)電機(jī)功率選擇偏??；當(dāng)縱軸電壓90%以上在（U1，U0），發(fā)電機(jī)電壓偏高，發(fā)電機(jī)功率選擇偏大；當(dāng)縱軸右側(cè)數(shù)據(jù)量占總數(shù)據(jù)量大于60%，（U1，U0）比例大于60%，發(fā)電機(jī)發(fā)電裕量小于5A，相對合理，可以保證車輛的電

17、平衡。    3.2.4實(shí)車分析    根據(jù)奇瑞公司目前完成電平衡試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選出其中的6輛，作出動態(tài)特性曲線。根據(jù)特性曲線縱坐標(biāo)電壓分布范圍，把曲線分成3大類，并對其電平衡進(jìn)行分析。    類別1特性曲線如圖8所示，表4為類別1特性曲線縱坐標(biāo)電壓分布范圍。    類別2特性曲線如圖9所示，表5為類別2特性曲線縱坐標(biāo)電壓分布范圍。    類別3特性曲線如圖10所示，表6為類別3特性曲線縱坐標(biāo)電壓分布范圍。    類別1：縱軸電壓在（U2，U1）和U1比例較大，都達(dá)到80%，所以發(fā)電機(jī)功率選擇偏小。    類別2：縱軸電壓90%以上在（U1，U0），發(fā)電機(jī)電壓偏高，發(fā)電機(jī)功率選擇偏大。    類別3：縱軸的變化范圍（U1，U0）占70%左右，（U2，U1）約30%，U1以上部分大于U1以下部分，保證一段工況后能保持充電，選型較為合理。    4 結(jié)束語