整車電量平衡的驗(yàn)證方法淺析

楊國樑，李鑫睿，韓光省，譚金超

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300；2.天津會(huì)佳智能科技有限公司，天津 300400）

在傳統(tǒng)車行駛過程中，車輛用電需求由發(fā)電機(jī)和蓄電池提供，新能源車則由DC/DC和蓄電池提供。發(fā)電機(jī)或DC/DC的選型及其與蓄電池的匹配就成為整車正常用電最關(guān)鍵的一個(gè)因素。電量平衡是發(fā)電機(jī)或DC/DC向整車的供電量與整車電器用電量的一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，故發(fā)電機(jī)或DC/DC的選型直接影響到整車用電是否夠用，是否導(dǎo)致蓄電池饋電等問題。設(shè)計(jì)出一個(gè)可靠可行的驗(yàn)證整車電量平衡的方法是至關(guān)重要的。

1 驗(yàn)證參數(shù)的確定

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，測量、記錄各電氣設(shè)備的動(dòng)態(tài)參數(shù)，驗(yàn)證整車電平衡設(shè)計(jì)的合理性，并為系統(tǒng)優(yōu)化提供思路。整車電量平衡的驗(yàn)證是針對(duì)于車輛的供耗電系統(tǒng)，在此過程中需要監(jiān)控具有代表性的電氣參數(shù)作為支持。

1.1 電流及電壓參數(shù)

1）供電系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)或DC/DC。在動(dòng)態(tài)的電量平衡過程中要監(jiān)控供電系統(tǒng)電壓值和電流值，進(jìn)而可以計(jì)算其功率，用以判斷輸出電量是否夠用、選型是否合理。

2）耗電系統(tǒng)：整車各電氣負(fù)載及零部件。蓄電池，在車輛起動(dòng)或者休眠后的用電需求全部來自于蓄電池，若在電量平衡過程中出現(xiàn)蓄電池饋電的情況則為嚴(yán)重問題。需要通過監(jiān)控蓄電池的正負(fù)極電流來判斷蓄電池在試驗(yàn)過程中充放電情況。

大功率負(fù)載，在行車過程中一些大功率負(fù)載難免需要開啟，如：鼓風(fēng)機(jī)、冷卻風(fēng)扇和后風(fēng)窗除霜等。需要監(jiān)控這類負(fù)載的電壓及電流。

常用用電器，夜間行車時(shí)駕駛員需要開啟各類燈具類負(fù)載；也會(huì)伴有轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤、踩下制動(dòng)踏板等動(dòng)作，同時(shí)也可以監(jiān)控到EPS（電子助力轉(zhuǎn)向）電流及真空泵電流；在雨雪天氣中還需開啟雨刮、空調(diào)及座椅加熱等功能。

綜上所述，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求監(jiān)控不同的電氣參數(shù)，但是始終要考慮實(shí)際情況。貼近實(shí)際情況開啟不同的負(fù)載，力求實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性。

1.2 溫度參數(shù)

眾所周知，汽車作為一種特殊商品，需要在各個(gè)地區(qū)正常使用?？舍槍?duì)車身重要部件進(jìn)行溫度監(jiān)控。在機(jī)艙內(nèi)部可以監(jiān)控：發(fā)電機(jī)/DC/DC表面溫度、前艙蓋中部溫度、前圍板中間溫度、蓄電池表面溫度、冷卻風(fēng)扇表面溫度等，對(duì)這個(gè)機(jī)艙溫度做出一個(gè)整體把控，確認(rèn)機(jī)艙熱管理是否優(yōu)良及零部件是否在正常工作溫度范圍內(nèi)。

2 試驗(yàn)工況的確定

整車電量平衡驗(yàn)證試驗(yàn)包括不同的氣候條件和城市道路循環(huán)工況條件。一般氣候條件分為夏季和冬季，城市道路循環(huán)工況若干。

2.1 氣候條件

夏季氣候條件可分為夏季雨夜和夏季白晝；同樣，冬季氣候條件可分為冬季雪夜和冬季白晝。夏季氣候條件一般溫度設(shè)置在35～45℃；冬季氣候條件一般溫度設(shè)置在-10～-20℃。雨夜氣候條件還需要求濕度，一般設(shè)置為50%RH。如果要力求驗(yàn)證結(jié)果真實(shí)，最好將車輛在實(shí)驗(yàn)開始前浸泡6～12h。

2.2 工況條件

各國采用的試驗(yàn)工況（即車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）因國情而異，其實(shí)質(zhì)是模擬這些區(qū)域內(nèi)城市或者郊區(qū)（換個(gè)角度是乘用車或者大巴車或其他特殊用車）運(yùn)行狀況，包括加速爬坡、減速、勻速等。因此，工況之間本身沒有絕對(duì)意義上的優(yōu)劣之分，只不過有些機(jī)構(gòu)更權(quán)威發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)更為人所公認(rèn)。

以ECE-15駕駛循環(huán)工況為例，該工況單個(gè)循環(huán)195s，包含駐車、勻速、加速、減速，加速、減速過程均為線性過程?？筛鶕?jù)實(shí)際情況進(jìn)行多個(gè)循環(huán)，一般選取15個(gè)循環(huán)。單個(gè)循環(huán)構(gòu)成如表1所示。

表1 ECE-15工況說明

除了城市道路工況，還應(yīng)該考慮市郊道路工況和駐車工況。從不同角度出發(fā)，檢驗(yàn)整車電量平衡的可靠性。在市郊道路工況中，可以保持一定速度的勻速行駛。如以100km/h的速度行駛1h。在駐車工況中，應(yīng)注意開啟關(guān)閉天窗及車窗，打開危險(xiǎn)報(bào)警燈，開啟收音機(jī)等用戶可能的操作。監(jiān)控一段時(shí)間后，進(jìn)而判斷整車是否滿足電量平衡。

3 某車型試驗(yàn)結(jié)果分析

以某款新能源轎車為例，將不同工況的結(jié)果進(jìn)行簡單分析。經(jīng)過多工況轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)，采用高精度數(shù)據(jù)采集設(shè)備記錄全程數(shù)據(jù)。駐車工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1及圖2、表2所示。

根據(jù)測試數(shù)據(jù)知，整個(gè)測試時(shí)長1800s。在夏季氣候條件下，測試過程中蓄電池以31.638A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為31.638*0.5Ah/60Ah≈26.36%＞0%；在冬季氣候條件下，測試過程中蓄電池以5.828A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為5.828*0.5Ah/60Ah≈4.85%＞0%；DC/DC能夠滿足該工況下已開啟的車載電器功率消耗。無論是冬季氣候還是夏季氣候，車輛DC/DC、蓄電池以及其他已開啟電器負(fù)載滿足動(dòng)態(tài)平衡。

圖1 夏季駐車工況

圖2 冬季駐車工況

表2 某車型主要電流性能表（駐車工況）

ECE-15工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3及圖4、表3所示。在ECE-15工況中，可以在波形圖中發(fā)現(xiàn)，DC/DC輸出電流波形較為密集，這是由于該工況下車輛急加速較頻繁，車載用電也隨之驟升。

圖3 夏季ECE-15工況

圖4 冬季ECE-15工況

表3 某車型主要電流性能表（ECE-15工況）

根據(jù)測試數(shù)據(jù)知，整個(gè)測試時(shí)長3000s。在夏季氣候條件下，測試過程中蓄電池以16.204A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為（16.204*3000/3600）Ah/60Ah≈22.5%＞0%；在冬季氣候條件下，測試過程中蓄電池以5.240A電流充電，該工況蓄電池SOC變化率為（5.240*3000/3600）Ah/60Ah≈7.27%＞0%；DC/DC能夠滿足該工況下已開啟的車載電器功率消耗。無論是冬季氣候還是夏季氣候，車輛DC/DC、蓄電池以及其他已開啟電器負(fù)載滿足動(dòng)態(tài)平衡。

4 結(jié)論

DC/DC在滿足整車用電需要的同時(shí)應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)方面的考慮。若DC/DC選型過小，則無法滿足整車正常用電；若DC/DC選型過大，則不利于成本優(yōu)化，增加了制造整車的經(jīng)濟(jì)投入。發(fā)電機(jī)的選型應(yīng)從汽車行駛的極限情況出發(fā)，滿足極限工況的整車用電需求；同時(shí)考慮溫度對(duì)發(fā)電機(jī)工作性能的影響。

蓄電池的選型要考慮3個(gè)因素：冷啟動(dòng)能力、充放電性能和整車靜態(tài)電流。本文著重考慮充放電性能，在正常車輛使用過程中，可能導(dǎo)致蓄電池不是滿電狀態(tài)。選擇充電性能較好的蓄電池可以保證在車輛行駛過程中極大限度地對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，以防出現(xiàn)蓄電池饋電的問題。蓄電池在夏季工況充電情況良好，在冬季充電情況較差。在評(píng)估整車電量平衡是否達(dá)標(biāo)時(shí)應(yīng)著重考慮冬季工況。

隨著我國綜合實(shí)力的飛速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶，汽車的品質(zhì)和行車安全成為了人們首要考慮的因素。筆者根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)分析了當(dāng)下整車電量平衡的科學(xué)驗(yàn)證方法，希望對(duì)整車電平衡的設(shè)計(jì)提供更多的思路，促進(jìn)中國汽車行業(yè)更進(jìn)一步發(fā)展。