陳宇新，王春鳳

（北汽集團(tuán)越野車研究院，北京 101300）

1 緒論

汽車用蓄電池、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)和整車用電器作為一個供需電能系統(tǒng)，在工作時需保證輸出的電量與損耗相等，達(dá)到整車電量動態(tài)平衡狀態(tài)，即整車電平衡。

在汽車電氣系統(tǒng)的匹配設(shè)計中，電源系統(tǒng)的設(shè)計和選配對整車電氣系統(tǒng)的工作會產(chǎn)生重要影響，尤其是蓄電池和交流發(fā)電機(jī)之間的充、放電的動平衡將直接影響車輛的正常使用。

北汽某微車項目計劃用一款新的發(fā)動機(jī) （柳機(jī)LJ469發(fā)動機(jī)）換到該車型上。同時在原有最高配基礎(chǔ)上新增ABS、EPS等功能。LJ469發(fā)動機(jī)是一款成熟發(fā)動機(jī)，自帶達(dá)卡爾JFZ1808發(fā)電機(jī)，其熱態(tài)輸出值為75A?？紤]到微車其他動力匹配發(fā)電機(jī)都在熱態(tài)85A以上，而換發(fā)LJ469發(fā)動機(jī)的同時又新增ABS、EPS功能，所以LJ469所帶發(fā)電機(jī)是否能滿足整車供電，需要進(jìn)一步評估。

通過理論計算，得出結(jié)論75A發(fā)電機(jī)不能滿足整車供電需求，需要對發(fā)電機(jī)進(jìn)行全新選擇。

2 整車用電量理論計算

2.1 整車用電參數(shù) （表1）

表1 整車用電參數(shù)

表1（續(xù)）

2.2 汽車行駛模式

對汽車在行駛中的幾種較為典型的用電模式進(jìn)行分析，大致可分為8種：平常日間、平常夜間、冬季日間、冬季夜間、冬季雪夜、夏季日間、夏季夜間和夏季雨夜。具體用電模式見表2。

2.3 用電設(shè)備使用頻率

汽車用電設(shè)備在不同的季節(jié)和環(huán)境，有著不同的使用頻度系數(shù)，采用μs、μo和μw分別表示用電設(shè)備與夏季相關(guān)、與季節(jié)氣候無關(guān)及與冬季相關(guān)3種情況下的使用頻度系數(shù)，按工況用電設(shè)備使用頻率見表3。

2.4 整車用電量計算

根據(jù)用電設(shè)備使用頻度計算電器設(shè)備的用電量，公式如下：

式中：Idx——等效電流；μi——第i個用電設(shè)備所對應(yīng)的使用頻度系數(shù)；Pi——第i個用電設(shè)備的額定功率。

以夏季雨夜為例：

根據(jù)上述公式得出整車在不同季節(jié)和環(huán)境下的整車電量見圖1。

可以看出夏季雨夜工況發(fā)電機(jī)的輸出電流 （熱態(tài)值）至少在81.63A以上方可以滿足要求整車用電量。

表2 汽車用電模式

表3 按工況用電設(shè)備使用頻率

2.5 原車發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線

圖2為原車發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線，從發(fā)電機(jī)輸出特性曲線可以看出，原車匹配75A發(fā)電機(jī)，熱態(tài)輸出最大75A，不能滿足理論計算出夏季雨夜81.63A的用電需求。

3 實(shí)車測試

測試設(shè)備：筆記本、100A電流鉗、電性能測試儀、熱電偶，如圖3所示。

圖1 不同季節(jié)整車用電量

圖2 發(fā)電機(jī)輸出特性曲線

圖3 發(fā)電機(jī)輸出特性曲線

3.1 測試方法

筆記本與電性能測試儀通過無線網(wǎng)絡(luò)連接通信。一路100A電流鉗連到發(fā)電機(jī)輸出線上，另外一路100A電流鉗連到蓄電池正極輸出線上。通過2個數(shù)值配合計算，判斷出蓄電池是放電還是充電。測試電流同時把熱電偶布置到2個電流鉗附近，檢測環(huán)境溫度。如圖4所示。

圖4 測試方法

發(fā)電機(jī)熱態(tài)曲線是在環(huán)境溫度25℃下測試出的性能值，參考標(biāo)準(zhǔn)QC／T729—2005，而實(shí)車發(fā)動機(jī)艙工作溫度在70℃，對發(fā)電機(jī)性能有很大影響。在實(shí)車測試時，在發(fā)電機(jī)周邊布置3個熱點(diǎn)，檢測實(shí)車溫度。

3.2 實(shí)車測試 （發(fā)動機(jī)艙70℃）

1）怠速工況，僅發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)工作，具體測試結(jié)果：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速800r／min，傳動比2.5，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速2000r／min，實(shí)際輸出電量18A，蓄電池輸出-10.2A，蓄電池充電。

結(jié)論：整車用電量18A，蓄電池處于充電狀態(tài)，發(fā)電機(jī)滿足整車供電需求。

2）怠速工況，打開全部用電設(shè)備，具體測試結(jié)果：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速900r／min，傳動比2.5，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速2250r／min，實(shí)際發(fā)電量48.5A，蓄電池輸出16A，蓄電池放電。

結(jié)論：整車用電量64.5A，蓄電池處于虧電狀態(tài)。原車匹配48Ah蓄電池，怠速情況下蓄電池短時間虧電不應(yīng)超過蓄電池總額25%即12A，此時發(fā)電機(jī)不滿足整車供電需求。

3）城市道路夏季雨夜工況 （約40km／h），具體測試結(jié)果：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速1400r／min，傳動比2.5，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速3500r／min，實(shí)際發(fā)電量71.2A，蓄電池輸出11A，蓄電池放電。

結(jié)論：整車用電量82.2A，現(xiàn)蓄電池虧電11A，此工況發(fā)電機(jī)應(yīng)能達(dá)到充放電平衡，此時發(fā)電機(jī)不滿足整車供電需求。

4）高速夏季雨夜工況 （約80km／h），具體測試結(jié)果：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速2400r／min，傳動比2.5，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速6000r／min，實(shí)際發(fā)電量73.6A，蓄電池輸出8A，蓄電池放電。

結(jié)論：整車用電量81.6A，現(xiàn)蓄電池虧電8A，此工況發(fā)電機(jī)應(yīng)能達(dá)到充放電平衡，此時發(fā)電機(jī)不滿足整車供電需求。

3.3 測試結(jié)論

通過實(shí)車測試，原車匹配75A發(fā)電機(jī)不能滿足整車供電需求，需要重新選型發(fā)電機(jī)。

4 發(fā)電機(jī)提升

4.1 發(fā)電機(jī)全新選型

考慮到LJ469安裝發(fā)電機(jī)空間有限，選擇外形尺寸與JFZ1808發(fā)電機(jī)一樣大小的JFZ1818發(fā)電機(jī)，輸出值是熱態(tài)90A，特性曲線見圖5。

圖5 發(fā)電機(jī)輸出特性曲線

4.2 發(fā)電機(jī)臺架測試

考慮到之前溫升對發(fā)電機(jī)性能影響很大，廠家提供了JFZ1818發(fā)電機(jī)的臺架測試參數(shù)，見表4，試驗電壓：13.5V。70℃發(fā)電機(jī)可以達(dá)到83.3A輸出，理論上滿足整車用電需求。

表4 發(fā)電機(jī)臺架測試參數(shù)

4.3 實(shí)車測試

試驗方法同3.2，測試結(jié)果見表5。從表5中可以看出，只有在怠速夏季雨夜工況下蓄電池處于虧電狀態(tài)。但是虧電值為7A，小于12A，可以滿足整車用電需求。

表5 裝JFZ1818發(fā)電機(jī)的實(shí)車測試

4.4 結(jié)論

通過臺架測試及實(shí)車測試，LJ469發(fā)動機(jī)換裝JFZ1818發(fā)電機(jī)可以滿足整車用電需求。