李文龍

（北汽越野車研究院， 北京 101300）

在當(dāng)前汽車開發(fā)過程中，12V起動(dòng)蓄電池的選型比較重要，蓄電池的型號(hào)直接決定了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程并影響汽車的使用條件。而在蓄電池的眾多性能參數(shù)中，20h率容量和儲(chǔ)備容量則直接決定了蓄電池的型號(hào)和尺寸大小等要素，是蓄電池選型開發(fā)中必不可少的考慮因素。相比于以往蓄電池選型的計(jì)算，本文以某車型為例，論述蓄電池20h率容量的計(jì)算方法，并提供一種全新的儲(chǔ)備容量的驗(yàn)證方法，通過此方法能較為準(zhǔn)確地確定蓄電池的相關(guān)參數(shù)并進(jìn)一步確定具體的蓄電池型號(hào)。

1 計(jì)算依據(jù)

在進(jìn)行選型計(jì)算前，需要根據(jù)車型項(xiàng)目的指標(biāo)要求，確定以下兩個(gè)方面的內(nèi)容。

1） 車輛正常使用，蓄電池未虧電。在常溫模式下靜置45天，或在低溫模式下靜置21天，車輛能夠起動(dòng)。根據(jù)車型項(xiàng)目規(guī)定的靜態(tài)電流值，計(jì)算蓄電池20h率容量C20（蓄電池在25℃的環(huán)境下，以20h率電流放電到終止電壓10.5V時(shí)，所放出的電量，單位為Ah）。儲(chǔ)備容量Cr為：在25℃環(huán)境溫度下，蓄電池以25A的恒定電流從100%容量放電至終止電壓（10.5V） 時(shí)總的放電容量。記錄電壓到10.5V時(shí)的時(shí)間，儲(chǔ)備容量單位為min［1］。

2） 車輛在行駛過程中發(fā)電機(jī)失效或不能給整車供電后，車輛開啟安全行駛必要電器功能、車速在60km/h的前提下仍能工作60min，以此驗(yàn)證蓄電池的儲(chǔ)備容量。

需要說明的是：不同的企業(yè)，要求能保證再次起動(dòng)的車輛靜置天數(shù)及發(fā)電機(jī)失效后車輛能夠繼續(xù)行駛的時(shí)間各有不同，以上兩個(gè)方面內(nèi)的數(shù)值也有不同。

2 靜態(tài)電流

靜態(tài)電流：在汽車上所有開關(guān)都處在斷開狀態(tài)下蓄電池的供出電流，即汽車中所有的子模塊中，直接連接在“常電”線上且常閉負(fù)載引起的對(duì)蓄電池的電流需求。

每款車型的靜態(tài)電流會(huì)根據(jù)此款車型上實(shí)際使用的模塊數(shù)量和種類來進(jìn)行設(shè)定，一般車型的VTS指標(biāo)會(huì)對(duì)靜態(tài)電流值有所規(guī)定。本文所列舉車型的模塊靜態(tài)電流設(shè)計(jì)值見表1，整車靜態(tài)電流設(shè)計(jì)目標(biāo)值總和為24.43mA。此次取靜態(tài)電流為25mA來進(jìn)行計(jì)算。

3 計(jì)算20h率容量

確定了靜態(tài)電流的設(shè)計(jì)值后，根據(jù)下面的公式 （1） 來計(jì)算［2］。

式中：SOC1——蓄電池初始容量狀態(tài)，%；SOC2——蓄電池放置后容量狀態(tài)，%；DAYS——客戶模式下車輛停放天數(shù)，天；SD——蓄電池30天自放電率，%/30天；SL——啟動(dòng)損失，Ah；Iq——整車靜態(tài)電流值，mA。

計(jì)算時(shí)，按常溫模式和低溫模式來定義公式 （1） 中的參數(shù)，參照表2。

表1 各模塊靜態(tài)電流設(shè)計(jì)目標(biāo)值

表2 模式與相關(guān)參數(shù)要求

常溫模式 （環(huán)境溫度為25℃）：SOC1=80%，SOC2=40%；DAYS=40天；SD：蓄電池30天自放電率5%；SL：?jiǎn)?dòng)損失，客戶下SL取0Ah；Iq：整車靜態(tài)電流25mA。代入公式 （1）得：C20=72.07Ah。

低溫模式（環(huán)境溫度為-20℃）：SOC1=100%，SOC2=80%；DAYS=21天；SD：蓄電池30天自放電率5%；SL：?jiǎn)?dòng)損失，客戶下SL取0 Ah；Iq：整車靜態(tài)電流25mA。代入公式 （1）得：C20=76.36Ah。

綜合以上計(jì)算來看，蓄電池20h率容量不應(yīng)小于80Ah。蓄電池的型號(hào)預(yù)選為某一H7型號(hào)電池，此型號(hào)電池20h率容量為80Ah，儲(chǔ)備容量為140min。

4 驗(yàn)證儲(chǔ)備容量

欲驗(yàn)證此H7型號(hào)電池的儲(chǔ)備容量，需要先計(jì)算出車輛在行駛過程中發(fā)電機(jī)失效或不能給整車供電后，車輛開啟安全行駛必要用電器所消耗的電流值。

發(fā)電機(jī)失效后，儀表充電指示燈報(bào)警，此時(shí)維持車輛運(yùn)行的電流有：持續(xù)工作電流Icon、前照燈電流IH、位置燈電流IL。系統(tǒng)電壓按12V計(jì)算。

4.1 持續(xù)工作電流Icon

產(chǎn)生持續(xù)工作電流Icon的用電器包括：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)40W；前氧傳感器87W；后氧傳感器25.2W；儀表24W；PWM冷卻風(fēng)扇；燃油泵102W。

考慮到前、后氧傳感器的短時(shí)工作特性，將對(duì)應(yīng)電流進(jìn)行比例換算，得：Icon=Iign+0.1Ifoxg+0.1Iroxg+Iipc+Ipwm+Ipump。

需要說明：PWM冷卻風(fēng)扇的工作電流是靠占空比來進(jìn)行控制的。在標(biāo)定試驗(yàn)中，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫來調(diào)整占空比，最終達(dá)到調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的目的。

根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)得到在不同水溫與水流量開度下的占空比（表3）。在此種情況下，取水溫95℃、100℃、105℃以上，水流量開度為85%的3個(gè)工況 （按照表3，占空比分別為30、70、90），依次按占60%、30%、10%的工作時(shí)間來計(jì)算出平均電流。

表3 不同水溫與水流量開度下的占空比

根據(jù)已有PWM風(fēng)扇廠家標(biāo)定的《電流-占空比標(biāo)定表》，查表可得特定占空比對(duì)應(yīng)的風(fēng)扇工作電流。占空比分別為30、70、90時(shí)的工作電流為8A、56A、72A。根據(jù)風(fēng)扇工作時(shí)占空比的工況分布，對(duì)占空比分別為30、70、90時(shí)的工作電流乘以對(duì)應(yīng)的占比系數(shù)可得風(fēng)扇工作時(shí)的平均電流：

4.2 前照燈工作電流

4.3 位置燈工作電流

電流需求：I總=Icon+IH+IL=51.165A。

下面驗(yàn)證此H7型號(hào)電池以I總的電流放電，能持續(xù)的放電時(shí)間。

鉛酸蓄電池在不同放電電流下，放電容量不同。放電小時(shí)率越小，則放電電流越大，放電容量越?。?］。故蓄電池以I總的電流值進(jìn)行放電，可持續(xù)的放電時(shí)間需要進(jìn)行計(jì)算得出。

根據(jù)Peukert提出的換算公式（2） 進(jìn)行計(jì)算：

式中：I——放電電流，A；t——放電時(shí)間，h；n，k為常數(shù)［3］。

換算得：

已知此H7型號(hào)蓄電池參數(shù)：I1=4，t1=20 （根據(jù)20h率容量為80Ah求得）；I2=25，t2=2.33 （根據(jù)儲(chǔ)備容量為140min求得）。代入已知參數(shù)后得：n=1.17，k=100.82。

當(dāng)電池以電流為I總=51.165A進(jìn)行放電時(shí)，可持續(xù)的放電時(shí)間為：t=k/In=100.82/51.1651.17=0.88h=60.6min。由此可知，此型號(hào)蓄電池可滿足在設(shè)定工況下車輛仍可運(yùn)行60min的要求。

按照以上計(jì)算，選型的蓄電池可滿足使用需求。

5 結(jié)論

按照以上論述的計(jì)算和驗(yàn)證方法，能相對(duì)合理地選出蓄電池的兩項(xiàng)重要的基本參數(shù)，那么也就基本定義了蓄電池型號(hào)。當(dāng)然，蓄電池選型時(shí)，需要考慮的因素不僅有20h率容量和儲(chǔ)備容量，還有冷啟動(dòng)性能等。通過進(jìn)一步地驗(yàn)證蓄電池的其他性能參數(shù)，則可最終確定此款車型所需蓄電池的型號(hào)。