陳積先，讓 松，覃北階，張華樹，孟 輝，王 丹

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

基于工況仿真的啟停功能AGM鉛酸電池性能研究

陳積先，讓 松，覃北階，張華樹，孟 輝，王 丹

（國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心［襄陽］，襄陽441004）

本文簡要介紹了汽車自動啟停系統(tǒng)、AGM鉛酸電池，搭建了一種模擬工況平臺對AGM電池進行仿真、評價，并對實際的AGM電池的頻繁充放電性能、充電接受能力、壽命等重要性能進行仿真測試。

自動啟停STT；AGM電池；充電接受能力；壽命；工況仿真

陳積先

西安理工大學機械系畢業(yè)，現(xiàn)任國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（襄陽）燈光電器室室主任，高級工程師，已發(fā)表論文10余篇。

1　前言

自動啟停系統(tǒng)（Start&Stop）簡稱STT，啟停是指可在汽車怠速時停止發(fā)動機運行的系統(tǒng)，例如在等交通信號燈時可減少排放量，提高燃油效率，只需踩手動檔汽車的離合器或者自動擋汽車的加速器就能使發(fā)動機再次啟動。在需要動力的情況下，如果汽車開始移動，可能需要制動壓力。啟停功能布局有效的降低油耗3%～5%，令車輛更加節(jié)能環(huán)保，停車時候關閉發(fā)動機還可有效的降低噪聲和振動，帶來更好的駕乘感受。故動機自動啟停的概念會是一種趨勢，更加實用。

當車輛在市區(qū)行駛時，由于擁擠的交通，車輛很難一直保持行駛狀態(tài)。在車輛停止時，發(fā)動機仍然工作，這就導致了不必要的燃油消耗和尾氣排放。車輛停放越多，停車的時間越長，被浪費掉的能量就越多。發(fā)動機自動啟停功能會在車輛停止行駛的階段關閉發(fā)動機，比如當車輛等待紅綠燈、堵車的時候。當需要繼續(xù)駕駛時發(fā)動機再次自動啟動。經(jīng)過計算，在一次停車過程內(nèi)，只要發(fā)動機停轉的時間超過4 s，就會開始比普通發(fā)動機怠速運轉的車輛更加節(jié)能環(huán)保。綜合測試比較，開啟自動啟停功能的車輛，能使油耗及二氧化碳排放降低3%到5%。隨著燃油價格的攀升，高二氧化碳排放稅的提高，再加上政府對減少汽車排放量的要求，我們需要采用各種措施來提高效率，降低排放。

頻繁啟動并不會對發(fā)動機造成多大磨損。發(fā)動機內(nèi)部主要靠油膜潤滑，鑒于自動啟停的時間都很短，被機油泵打上去的機油不會都流回去，零件上還是保留了很多機油，在啟動而且是熱啟動那么點轉速和時間里沒什么影響，傳統(tǒng)上對發(fā)動機磨損大的是冷啟動和高溫。冷啟動以目前的機油技術，只要能用好些的機油其對磨損的影響應該是低于高溫帶來的損傷。

如果沒有采用正確的蓄電池技術，啟停功能根本無法正常運行，也就無法實現(xiàn)降低成本以及達到降低油耗從而減少排放的目的。這樣還會縮短蓄電池的使用壽命。采用自動啟停技術的車輛需要采用專門的蓄電池。采用錯誤的電池不僅會影響功能的實現(xiàn)，還會大大縮短電池本身的使用壽命。實驗表明，傳統(tǒng)的注水式鉛酸電如果用在啟停車輛上的話，一周后電池的容量就會減少7～16%。啟停系統(tǒng)對蓄電池的要求如下：

（1）發(fā)動機啟動時，由于需要點火，并且需要給啟動電動機供電，車載蓄電池必須可以進行大電流放電性能；

（2）由于啟停系統(tǒng)頻繁重啟發(fā)動機，蓄電池支持頻繁地大電流放電；

（3）混合動力系統(tǒng)為車輪提供動力時，蓄電池需要提供能量支持；

（4）能滿足車內(nèi)音響、照明等電氣設備的需要；

（5）車載充電機給蓄電池充電時，蓄電池要具備很強的充電接受性能；

（6）具有長壽命，至少使用壽命在兩年以上。

目前在應用于帶啟停功能的汽車上的電池一般為AGM蓄電池。那么什么是啟動用AGM蓄電池呢？啟動用AGM電池是鉛酸電源新技術，它滿足了微混動力車輛對蓄電池能量增長的要求。啟動用AGM蓄電池是一個閥控鉛酸 （VRLA）電池，電解液都吸附在玻璃絲棉隔板（AGM）中。啟動用AGM蓄電池集中了工業(yè)用VRLA電池和啟動用富液蓄電池的優(yōu)點為一體。AGM蓄電池壽命是傳統(tǒng)富液電池的三倍；優(yōu)良的冷啟動能力；同樣的空間可提供更高的能量；電池倒置及破裂無電解液溢出的風險。

2　工況仿真平臺的建立

在不斷的測試基礎上，搭建了如下的仿真平臺，即采用如表1、表2、表3的工況，對AGM電池在啟停過程中遇到的各種環(huán)境進行仿真。

以下是模擬實車仿真工況：

表1　行車不開啟電負載過程

表2　行車開啟電負載過程

表3　模擬駐車供電

其中表1、表2、表3中的工況為一個完整循環(huán)。

3　仿真結果

本文選取的二只AGM蓄電池進行工況仿真。為進一步驗證二只電池的一致性，將二只電池串聯(lián)起來進行仿真（圖1，模擬常溫（25 ℃）實車工況充放電試驗-行車不開啟電負載過程第1和第80個循環(huán)；圖2，模擬常溫實車工況充放電試驗-行車開啟電負載過程第1和第40個循環(huán)；圖3，模擬常溫駐車供電；圖4，10 A充電3 h；圖5，模擬低溫（-41℃）實車工況充放電試驗-行車不開啟電負載過程第1和第80個循環(huán)；圖6，模擬低溫實車工況充放電試驗-行車開啟電負載過程第1和第40個循環(huán)；圖7，模擬低溫駐車供電；圖8，是10 A充電3 h；圖9，模擬高溫（50 ℃）實車工況充放電試驗-行車不開啟電負載過程第1和第80個循環(huán)；圖10，模擬高溫實車工況充放電試驗-行車開啟電負載過程第1和第40個循環(huán)；圖11，模擬高溫駐車供電（25 ℃）；圖12，10 A充電3 h）。

由圖中可以看出，在常溫（25 ℃）工況中，經(jīng)受表1、表2、表3的循環(huán)3次，在試驗過程中，在大功率7.14 kW放電時，電池電壓瞬間降低，直到降低至21.775 V，此時電流達到-300 A。

低溫（-41 ℃）工況中，經(jīng)受表1、表2、表3的循環(huán)1次，在大功率放電條件下，電池電壓驟降直至接近0 V，此時電壓達到設備的保護值300 A。但電池仍能完成整個工況。試驗結束后，蓄電池仍能正常工作。

高溫（50 ℃）工況中，經(jīng)受表1、表2、表3的循環(huán)1次，在大功率放電條件下，電池電壓瞬間降低，直到降低至21.715 V，此時電流達到設備的限值-300 A，故此時已恒流300 A放電。

4　AGM蓄電池的進一步探究

為什么AGM蓄電池擁有更好性能特點？

（1）AGM比同樣尺寸的富液電池具有相對高的冷啟動性能

因為富液電池在壽命過程中水耗非常大，富液電池在極板上方必須有電解液的存儲空間。所以，在富液電池中，不是所有的空間都可以用于極板，從而導致極板高度的降低。

AGM電池由于內(nèi)部氧重組，壽命過程中水損耗極小， 因此，不需要在極板上方留下空間，從而可以提高極板高度，由于極板表面積加大，相對同樣尺寸和極板數(shù)的富液電池就有更高的冷啟動性能。

（2）AGM比同樣尺寸的富液電池具有較長的壽命

極板表面和隔板基厚必須給酸提供空間；隔板表面的板筋保證了極板和隔板之間的自由空間和距離；由于電化學反應和振動，活性物質(zhì)在電池壽命中會脫落。活性物質(zhì)脫落是導致電池老化的一個主要原因。實際應用中會發(fā)生酸分層，產(chǎn)生濃度差，加大自放電，影響電池性能。AGM 電池，硫酸吸附在纖維中，因此，極板表面不需要自由區(qū)域。AGM隔板直接并均勻地擠壓在極板活性物質(zhì)上，同時保證活性物質(zhì)緊固在纖維墊中間；酸在玻璃纖維隔板中的毛細作用，會在一定程度上克服濃酸的重力作用，減輕酸分層。

5　結論

綜上所述，以上工況涵蓋了車載蓄電池頻繁進行大電流放電性能、正常供電性能、充電接受能力（充電接受能力：在規(guī)定的充電電壓、電流條件下，單位時間內(nèi)電池所接受的充入量。即達到馬斯理論的理想狀態(tài)，由此得到的電流曲線即為馬斯理想充電曲線，此時電流滿足以下公式：

式中：Io為最大初始電流； α為電流衰減指數(shù)，又稱為充電接受率 ）等重要性能。在各個溫度下均能完成仿真測試，說明該AGM電池能滿足啟停功能的需求。反之，利用該工況，亦可驗證AGM電池的性能。

［1］程新群.玻璃纖維絲套管在蓄電池中的耐酸性和長期性［J］.化學電源，1983，8.

［2］朱冬，王曉華，韓友國. AGM電池荷電狀態(tài)與開路電壓研究［J］.機械工程與自動化，第1期.

［3］籍風榮，汪偉.蓄電池檢測方法研究［J］.在.移動電源與車輛.2004，1.

［4］許成山，鄧世建.蓄電池的測試、使用與維護［A］：第十六屆全國煤炭自動化學術年會、中國煤炭學會自動化專業(yè)委員會學術會議論文集［C］：2006年.

［5］張彥琴，周大森，程濤.水平鉛酸電池放電特性的研究［J］：電池；2006，02.

專家推薦

楊曉松：

本文深入淺出的介紹了汽車啟停功能的概念，利用了比較趨近實車行駛的工況，成功的對選取的某AGM電池進行仿真分析。該仿真工況可以作為評價AGM電池重要性能的依據(jù)，對帶啟停功能的汽車，合理選用電池具有一定的指導意義。

Research the Performance of AGM Lead-acid Battery Used on Start & Stop System Based on Simulation Condition

CHEN Ji-xian， RANG Song， QIN Bei-jie， ZHANG Hua-shu， MENG Hui，WANG Dan
（National Automobile Quality Supervision and Test Center［Xiangyang］，Xiangyang 441004， China）

This paper introduced the automatic start & stops system， AGM lead-acid battery briefly. And build the evaluation of a simulated condition platform for simulation of AGM battery. Selected two AGM batteries to simulation for the performance of frequent charge & discharge， the Charge acceptance， and life or other important performance.

Start & Stop System； AGM lead-acid battery； charge acceptance； life； simulation condition

U463.633

A

1005-2550（2015）03-0027-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.03.006

2015-02-05