王洪超，肖玉強(qiáng)，陳文靜，孫明瑞

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

汽車電量平衡，是指汽車發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、蓄電池以及各種用電設(shè)備之間電能產(chǎn)生與消耗的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。隨著汽車用電器的不斷增加，整車用電量增加。在新車型的開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，起動(dòng)機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)與整車電器設(shè)備用電量如何匹配是整車電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵。

汽車行駛狀態(tài)千變?nèi)f化，在不同的氣候環(huán)境和工況下需要使用不同的用電器，例如，冬季的時(shí)候使用座椅加熱，空調(diào)暖風(fēng)，下雪的夜晚要用刮水及霧燈等；夏季要使用空調(diào)冷風(fēng)，下雨的夜晚要使用刮水、前照燈等。在不同的行駛狀態(tài)下要充分考慮各用電器對(duì)電能的需求，因此汽車電量平衡是汽車的重要性能指標(biāo)之一。電量平衡的理想狀態(tài)是在任何行駛條件下，供電均能滿足用電器的需求。

1 汽車電量平衡開發(fā)設(shè)計(jì)原則

汽車電量平衡開發(fā)設(shè)計(jì)的基本原則，是汽車在所有運(yùn)行工況下發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、蓄電池和所有用電設(shè)備之間的電能產(chǎn)生和消耗都能達(dá)到最佳的匹配狀態(tài)。即：①起動(dòng)機(jī)必須保證在最寒冷的冬季也能正常起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；②蓄電池能夠隨時(shí)提供起動(dòng)機(jī)所消耗的強(qiáng)大的電流；③發(fā)電機(jī)在汽車處于低速和熱帶夏季環(huán)境溫度很高、發(fā)電能力較低時(shí)，也能保證為汽車提供最大用電負(fù)荷，同時(shí)能為蓄電池正常充電，保證蓄電池始終處于健康的充電狀態(tài)。

2 起動(dòng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算

起動(dòng)機(jī)選型的關(guān)鍵在于保證低溫環(huán)境下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。因此，起動(dòng)機(jī)性能參數(shù)計(jì)算，主要依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)低溫環(huán)境下的性能參數(shù)：①發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩；②發(fā)動(dòng)機(jī)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速。

以奔騰系列某款發(fā)動(dòng)機(jī)為例，在-30℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩為97Nm，最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速為108 r/min，則可按公式（1）計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)在-30 ℃時(shí)起動(dòng)功率為

起動(dòng)機(jī)功率P1=P/η=（1.158～1.295）kW

式中：η——起動(dòng)機(jī)齒輪與飛輪嚙合效率，工程計(jì)算一般取η=0.85～0.95。

起動(dòng)機(jī)的最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速和對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩可以按公式（2）計(jì)算得到

式中：i——起動(dòng)機(jī)齒輪和飛輪的傳動(dòng)比。

3 蓄電池性能參數(shù)計(jì)算

蓄電池性能參數(shù)主要包含冷起動(dòng)電流和蓄電池額定容量C20。

起動(dòng)機(jī)性能參數(shù)確定以后，可以根據(jù)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速n1、最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩M1以及起動(dòng)過程中蓄電池最低電壓（一般為發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的最低復(fù)位電壓，約7.5 V左右），綜合判斷，在起動(dòng)機(jī)特性曲線上，確定蓄電池所需提供的冷起動(dòng)電流。需要說明的是，蓄電池冷起動(dòng)電流的確定是一個(gè)估算的過程，最后只能確定一個(gè)區(qū)間范圍，而不是一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值。

這里特別強(qiáng)調(diào)下，一般情況下，看到的起動(dòng)機(jī)特性曲線都是常溫20 ℃下的特性曲線，而在蓄電池冷起動(dòng)電流計(jì)算過程中，必須依據(jù)低溫下起動(dòng)機(jī)特性曲線，以圖1為例。

圖1 某款起動(dòng)機(jī)-30℃特性曲線

從該特性曲線上可以大致確定，蓄電池的冷起動(dòng)電流要大于起動(dòng)機(jī)峰值功率所對(duì)應(yīng)的起動(dòng)電流約400 A，以確保起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性，同時(shí)兼顧最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)扭矩以及蓄電池端電壓不低于7.5V等要求，冷起動(dòng)電流應(yīng)小于650 A，從而確定冷起動(dòng)電流區(qū)間為350～650 A。

當(dāng)蓄電池的冷起動(dòng)電流范圍確定以后，基本確定可提供所需冷起動(dòng)電流的蓄電池額定容量范圍，再輔以整車靜態(tài)電流計(jì)算，即可最終確定新開發(fā)車輛所需的蓄電池額定容量C20。

目前汽車行業(yè)內(nèi)對(duì)整車靜態(tài)電流的估算主要與車輛停放時(shí)間的要求相關(guān)，一般國內(nèi)規(guī)定車輛運(yùn)行停放時(shí)間為6周，歐洲為8周。

估算過程如下：默認(rèn)車輛停放進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)前蓄電池容量為額定容量C20的80%，要求蓄電池額定容量C20的50%具備起動(dòng)能力，同時(shí)蓄電池每天自放電及車輛負(fù)載慣性放電1%，目前汽車整車靜態(tài)電流IQ可以控制在10～20 mA范圍，則蓄電池額定容量C20為

在以上范圍區(qū)間內(nèi)，根據(jù)車輛需求、性價(jià)比等因素，即可確定蓄電池額定容量。

4 發(fā)電機(jī)性能參數(shù)計(jì)算

發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)計(jì)算過程實(shí)質(zhì)就是整車用電負(fù)荷的計(jì)算過程。汽車上電氣設(shè)備使用的時(shí)間及頻次都是不相同的，隨季節(jié)、氣候、車況等諸多因素隨時(shí)在變化，如：夏季使用空調(diào)，冬季使用座椅加熱， 夜間使用前照燈，雨天要開刮水，車起動(dòng)時(shí)要使用起動(dòng)機(jī)，因此根據(jù)電氣設(shè)備使用的真實(shí)狀況將其分為持續(xù)工作、長時(shí)工作和短時(shí)工作三大類型，并分別賦予不同的使用頻度加權(quán)系數(shù)，用以確定發(fā)電機(jī)的性能參數(shù)。

根據(jù)汽車行駛中用電設(shè)備的工作時(shí)間長短，將用電設(shè)備分為3種。

1）持續(xù)工作用電設(shè)備 在汽車行駛過程中一直工作的電氣設(shè)備，包括點(diǎn)火和供油等發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、儀表等。

2）長時(shí)工作用電設(shè)備 在汽車行駛過程中經(jīng)常使用的電氣設(shè)備，包括娛樂系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、燈光等。

3）短時(shí)工作用電設(shè)備 在汽車行駛過程中只是短暫使用或隨機(jī)使用的電氣設(shè)備，包括電動(dòng)車窗、電動(dòng)后視鏡、點(diǎn)煙器、電子穩(wěn)定、電子駐車及其他一些瞬間開啟的電氣設(shè)備。

表1 整車電負(fù)荷計(jì)算表

汽車在夏季雨夜和冬季雪夜兩種工況下電負(fù)荷處于最大狀態(tài)，所以在發(fā)電機(jī)性能參數(shù)選擇上，要重點(diǎn)考慮這兩種工況下的汽車電量需求，下面僅以此為例，介紹計(jì)算過程。

整車在夏季雨夜和冬季雪夜兩種工況下用電設(shè)備負(fù)荷可以用公式（4）來計(jì)算。

式中：Pi——第i個(gè)用電設(shè)備的功率；Ki——第i個(gè)用電設(shè)備的使用頻度加權(quán)系數(shù)。

發(fā)電機(jī)的性能主要包含2個(gè)特性參數(shù)：額定輸出電流和怠速輸出電流。

發(fā)電機(jī)額定輸出功率可用公式（5）計(jì)算

式中：PG——發(fā)電機(jī)額定輸出功率；max｛P總｝——夏季雨夜和冬季雪夜中總功率最大的一個(gè)；UE——用電器標(biāo)稱電壓；UG——發(fā)電機(jī)標(biāo)稱電壓；k1——估算系數(shù)。

整車電負(fù)荷的計(jì)算，本身就是在假定的某些使用頻率的基礎(chǔ)上的一種估算，因此，計(jì)算過程中預(yù)留出一部分發(fā)電能力，增加可靠性的同時(shí)，為新車型后續(xù)的改型電氣裝備升級(jí)工作，提供了電量空間。

發(fā)電機(jī)額定輸出電流為

1.2.2 基因芯片捕獲高通量測序 應(yīng)用基因芯片（華大基因有限公司）對(duì)靶基因進(jìn)行捕獲，對(duì)捕獲的富集靶基因采用高通量測序(在Hiseq2000測序平臺(tái)進(jìn)行測序--美國 Illumina公司)對(duì) ERCC6、ERCC8基因進(jìn)行突變檢測，采用Illumina配套軟件進(jìn)行信息處理和數(shù)據(jù)分析。

發(fā)電機(jī)怠速輸出功率可用下式計(jì)算

式中： PN——發(fā)電機(jī)怠速輸出功率； PC——持續(xù)工作負(fù)荷的功率；k2——估算系數(shù)。則發(fā)電機(jī)怠速輸出電流為

下面以表1中車型數(shù)據(jù)為例計(jì)算發(fā)電機(jī)的參數(shù)，k1、k2均取0.3，則計(jì)算得

夏季雨夜：P總1=1698 W，IG1=121.28 A，IN1=61.62 A。

冬季雪夜：P總2=1487 W，IG2=106.21 A，IN2=39.86 A。

取兩種工況中的較大結(jié)果，同時(shí)參考現(xiàn)有主流發(fā)電機(jī)供應(yīng)商的產(chǎn)品平臺(tái)規(guī)劃，則該款車實(shí)際選擇的發(fā)電機(jī)參數(shù)為：額定輸出電流130 A，怠速輸出電流65 A。

5 總結(jié)

本文介紹了一種汽車整車電量平衡的理論計(jì)算方法，并結(jié)合奔騰系列某車型的相關(guān)數(shù)據(jù)作為具體實(shí)例加以驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)新車型開發(fā)設(shè)計(jì)階段起動(dòng)機(jī)、蓄電池、發(fā)電機(jī)性能參數(shù)的確定，完成整車電源網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵零部件的選型工作。

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