車(chē)輛虧電問(wèn)題分析及改進(jìn)方法

馮興旺，劉志英

（1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司，河北 保定 071000；2.北京汽車(chē)研究總院有限公司，北京 101300）

1 引言

某車(chē)型在售出后頻頻出現(xiàn)不能正常啟動(dòng)現(xiàn)象，更換蓄電池后恢復(fù)正常，因此引起顧客抱怨。

針對(duì)此現(xiàn)象我們對(duì)整車(chē)及蓄電池從設(shè)計(jì)、品質(zhì)等方面進(jìn)行了一系列測(cè)試分析，找出了虧電真因，使問(wèn)題得以徹底解決并避免。

2 原因分析

①整車(chē)靜態(tài)電流值較大，蓄電池以此靜態(tài)電流靜態(tài)放電較短時(shí)間即達(dá)不到車(chē)輛起動(dòng)條件，從而造成車(chē)輛不能正常啟動(dòng)；②整車(chē)靜態(tài)電流小，但由于某些控制器本身品質(zhì)如電子元器件品質(zhì)不穩(wěn)定、車(chē)輛放置過(guò)程中電路發(fā)生異常等原因?qū)е戮W(wǎng)絡(luò)意外喚醒，使車(chē)輛靜態(tài)電流變大，導(dǎo)致蓄電池長(zhǎng)時(shí)間大電流放電而虧電；③因用戶(hù)異常操作如停車(chē)后忘記鎖車(chē)、忘記關(guān)燈等大功率負(fù)載不能自動(dòng)關(guān)閉，使蓄電池長(zhǎng)期大電流耗電；④蓄電池本身品質(zhì)問(wèn)題，比如自放電性能、容量衰減大等。

總之，影響整車(chē)虧電原因主要有兩個(gè)：一是車(chē)輛本身性能；二是蓄電池。

在整車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中均會(huì)有整車(chē)技術(shù)規(guī)范VTS（Vehicle Technical Specification）對(duì)相關(guān)電器性能指標(biāo)進(jìn)行規(guī)定，那么實(shí)際車(chē)輛及零部件是否滿(mǎn)足要求？車(chē)輛系統(tǒng)穩(wěn)定性及零部件品質(zhì)是否達(dá)標(biāo)？下面通過(guò)整車(chē)及蓄電池各項(xiàng)性能測(cè)試，分析、排查車(chē)輛不能正常啟動(dòng)原因，定位問(wèn)題、制定解決辦法。

2.1 蓄電池性能測(cè)試

該車(chē)型蓄電池容量為70Ah。從生產(chǎn)線庫(kù)房隨機(jī)抽取12塊蓄電池進(jìn)行了如下相關(guān)測(cè)試。

1）蓄電池容量測(cè)試 （本測(cè)試均在常溫下進(jìn)行，下同），以確定12塊蓄電池容量是否達(dá)標(biāo)

依據(jù)GB／T 5008.1-2013 《起動(dòng)用鉛酸蓄電池第一部分：技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》規(guī)定，對(duì)各蓄電池充滿(mǎn)電，靜置5h，以20h率放電到10.5V所用時(shí)間乘以20h率即為蓄電池容量，其中20h率是蓄電池標(biāo)稱(chēng)容量除以20，因該車(chē)蓄電池額定容量Cn是70Ah，則20h率為3.5A。通過(guò)測(cè)試，各蓄電池實(shí)際容量均不低于額定容量，即滿(mǎn)足要求。具體容量見(jiàn)表1。

表1 蓄電池容量測(cè)試

2）車(chē)輛起動(dòng)蓄電池最低SOC測(cè)試

SOC全稱(chēng)State of Charge，即荷電狀態(tài)，用來(lái)反映電池的剩余電量，其數(shù)值上定義為剩余容量占實(shí)際容量的比值。實(shí)際測(cè)試時(shí)用上述各蓄電池實(shí)際容量 （Ce）除以20即20h率放電電流 （In）作為恒流放電電流，如果放電時(shí)間為T(mén)，則SOC（%）＝（Ce－In·T）／Ce，即放電20小時(shí)SOC即為0%，放電15小時(shí)SOC為25%，放電14小時(shí)SOC為30%…依次類(lèi)推，靜置5h后依次裝在同一輛車(chē)上起動(dòng)測(cè)試，各SOC下蓄電池電壓、車(chē)輛起動(dòng)情況見(jiàn)表2。

表2 各SOC下蓄電池電壓、車(chē)輛起動(dòng)情況

由此可見(jiàn)，滿(mǎn)足車(chē)輛起動(dòng)的蓄電池SOC在35%以上，蓄電池電壓在11.85V左右。

通過(guò)此值可進(jìn)行不同整車(chē)靜態(tài)電流模擬放電若干天后起動(dòng)測(cè)試，得出不同整車(chē)靜態(tài)電流車(chē)輛靜置時(shí)間。

3）蓄電池在不同整車(chē)靜態(tài)電流條件下靜置時(shí)間測(cè)試

模擬10mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)，放電期間每24h記錄蓄電池電壓變化，至128天3塊蓄電池電壓均為12V多，依次裝車(chē)起動(dòng)上述同一輛車(chē)，測(cè)試結(jié)果：均能起動(dòng)。具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 模擬10mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)

模擬18mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)，放電期間每24h記錄蓄電池電壓變化，測(cè)得最低73天能起動(dòng)車(chē)輛。具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 模擬18mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)

模擬44mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)，測(cè)得最低43天能起動(dòng)車(chē)輛。具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 模擬44mA整車(chē)靜態(tài)電流臺(tái)架放電試驗(yàn)

不同整車(chē)靜態(tài)電流靜置時(shí)間與車(chē)輛起動(dòng)的關(guān)系見(jiàn)表6。

表6 不同整車(chē)靜態(tài)電流靜置時(shí)間與車(chē)輛起動(dòng)的關(guān)系

2.2 整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)試

隨機(jī)抽取3輛樣車(chē)，用毫安表對(duì)整車(chē)靜態(tài)電流進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試示意圖見(jiàn)圖1。測(cè)試方法：將蓄電池負(fù)極線束斷開(kāi)，將毫安表串入負(fù)極線束與蓄電池負(fù)極端子之間，為防止瞬間大電流對(duì)毫安表的沖擊，在毫安表兩端并聯(lián)常閉開(kāi)關(guān)K1，3輛樣車(chē)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置OFF、關(guān)閉所有用電設(shè)備、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備廂蓋、拔出車(chē)鑰匙、閉鎖。斷開(kāi)K1，待毫安表指針?lè)€(wěn)定后讀取數(shù)值。

測(cè)得3輛車(chē)的整車(chē)靜態(tài)電流分別為9.75mA、9.8mA、9.8mA。通過(guò)2.1章不同整車(chē)靜態(tài)電流靜置時(shí)間測(cè)試，車(chē)輛靜置128天以上起動(dòng)不會(huì)有問(wèn)題。

圖1 整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)試示意圖

2.3 整車(chē)各系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試

對(duì)2.2章使用的3樣車(chē)進(jìn)行靜置測(cè)試。首先對(duì)車(chē)載蓄電池進(jìn)行充電，使蓄電池初始荷電量為100%SOC，靜置5h后，按圖2連接測(cè)試系統(tǒng)。3輛樣車(chē)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置OFF、關(guān)閉所有用電設(shè)備、關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備廂蓋、拔出車(chē)鑰匙、閉鎖，待車(chē)輛進(jìn)入休眠狀態(tài)后開(kāi)始試驗(yàn)。期間每24h用萬(wàn)用表和毫安表監(jiān)測(cè)蓄電池端電壓和整車(chē)靜態(tài)電流，40天時(shí)3樣車(chē)蓄電池端電壓 （V）／整車(chē)靜態(tài)電流 （mA） 分別為：12.603／9.75、12.636／9.75、12.517／9.8，車(chē)輛均一次起動(dòng)成功。

測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)蓄電池每天壓降為0.004V，和2.1蓄電池模擬放電測(cè)試結(jié)果基本一致，依次類(lèi)推車(chē)輛靜置120天照樣能正常起動(dòng)。

圖2 整車(chē)靜置測(cè)試示意圖

2.4 整車(chē)電平衡試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)其中一樣車(chē)模擬最嚴(yán)酷條件 （夏季雨夜）進(jìn)行電平衡試驗(yàn)，試驗(yàn)工況為怠速、城市和高速工況，測(cè)試條件為環(huán)境溫度40℃。測(cè)試參數(shù)及傳感器布置見(jiàn)表7，其電器負(fù)載開(kāi)啟情況見(jiàn)表8，試驗(yàn)在帶轉(zhuǎn)轂的環(huán)境模擬艙內(nèi)進(jìn)行，每個(gè)工況試驗(yàn)1h。

表7 測(cè)試參數(shù)及傳感器布置

試驗(yàn)用CSM模塊和Imc數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集3個(gè)工況數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得出測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9，其中高速工況和城市工況蓄電池均為充電狀態(tài)，充電電量分別為0.18Ah和0.21Ah，怠速工況為放電狀態(tài)，但只有0.22Ah，且3個(gè)工況蓄電池電壓為13.5V以上，所以從整車(chē)電平衡方面來(lái)評(píng)估，不會(huì)造成車(chē)輛虧電。其中怠速工況測(cè)試波形見(jiàn)圖3。

2.5 整車(chē)漏電管理測(cè)試

樣車(chē)從功能安全方面進(jìn)行了完善設(shè)計(jì)，已考慮到各種不確定因素如客戶(hù)到家后忘記鎖車(chē)、忘記關(guān)閉頂燈等異常操作而引起蓄電池長(zhǎng)期帶負(fù)荷工作進(jìn)而造成蓄電池虧電，致使車(chē)輛無(wú)法正常起動(dòng)。

表8 用電器開(kāi)啟狀態(tài)表

表9 3個(gè)工況電平衡測(cè)試結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在OFF檔時(shí)組合儀表、頂燈、小燈及報(bào)警燈可工作，ACC檔時(shí)除上述外大屏可工作，但無(wú)論哪種情況車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都應(yīng)該休眠，靜態(tài)電流恢復(fù)至設(shè)計(jì)值。

表10是模擬用戶(hù)異常操作進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果：各種情況下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后車(chē)輛均能休眠，靜態(tài)電流達(dá)到9.8mA。

表10 模擬用戶(hù)異常操作進(jìn)行的各項(xiàng)測(cè)試

綜上所述，整車(chē)電器設(shè)計(jì)及整車(chē)品質(zhì)不是影響整車(chē)起動(dòng)問(wèn)題的根本原因。

2.6 蓄電池本身品質(zhì)驗(yàn)證

國(guó)標(biāo)GB／T 5008.1《起動(dòng)用鉛酸蓄電池 第1部分：技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》中關(guān)于容量的要求：

20小時(shí)率實(shí)際容量Ce應(yīng)在第3次或之前的20小時(shí)率容量試驗(yàn)時(shí)達(dá)到額定容量Cn。本車(chē)蓄電池額定容量Cn為70Ah，按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)部分蓄電池進(jìn)行了容量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表11。

從測(cè)試結(jié)果看，除10#蓄電池在第3次試驗(yàn)仍能達(dá)到額定容量外其余5個(gè)樣品均不滿(mǎn)足要求，其中3#和4#樣品在第2次試驗(yàn)時(shí)即不能達(dá)到額定容量。

表11 部分蓄電池容量測(cè)試

其中3#蓄電池第2次放電曲線見(jiàn)圖4，容量?jī)H為64Ah。

圖4 蓄電池放電曲線

3 總結(jié)

經(jīng)調(diào)研，發(fā)生整車(chē)起動(dòng)困難的車(chē)輛均為庫(kù)存或4S店剛售出車(chē)輛，因這些車(chē)輛靜置時(shí)間長(zhǎng)短不一，有的蓄電池已經(jīng)是虧電狀態(tài)，故而導(dǎo)致起動(dòng)困難。

該車(chē)型虧電原因是蓄電池，主要是疏于蓄電池的管理。據(jù)了解，蓄電池從入庫(kù)到出庫(kù)再到裝車(chē)、整車(chē)庫(kù)存、4S店庫(kù)存等各環(huán)節(jié)均沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的充放電操作，有的庫(kù)存時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，造成蓄電池嚴(yán)重虧電同時(shí)有不同程度的損傷甚至損壞。

對(duì)策：①加強(qiáng)蓄電池從入庫(kù)到裝車(chē)再到車(chē)輛出售期間的管理，制定管理規(guī)定制度，定期對(duì)其充電、測(cè)量，保證其優(yōu)質(zhì)性能。②蓄電池容量不達(dá)標(biāo)屬其本身品質(zhì)問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)供應(yīng)商的管控與要求。