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)電機和蓄電池提供，新能源車則由DC/DC和蓄電池提供。發(fā)電機或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)鍵的一個因素。電量平衡是發(fā)電機或DC/DC向整車的供電量與整車電器用電量的一個動態(tài)平衡，故發(fā)電機或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)計出一個可靠可行的驗證整車電量平衡的方法是至關(guān)重要的。

1 驗證參數(shù)的確定

通過試驗驗證，測量、記錄各電氣設(shè)備的動態(tài)參數(shù)，驗證整車電平衡設(shè)計的合理性，并為系統(tǒng)優(yōu)化提供思路。整車電量平衡的驗證是針對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)電機或DC/DC。在動態(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，進而可以計算其功率，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、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，夜間行車時駕駛員需要開啟各類燈具類負(fù)載；也會伴有轉(zhuǎn)動方向盤、踩下制動踏板等動作，同時也可以監(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)實驗要求監(jiān)控不同的電氣參數(shù)，但是始終要考慮實際情況。貼近實際情況開啟不同的負(fù)載，力求實驗的真實性。

1.2 溫度參數(shù)

眾所周知，汽車作為一種特殊商品，需要在各個地區(qū)正常使用?？舍槍嚿碇匾考M行溫度監(jiān)控。在機艙內(nèi)部可以監(jiān)控：發(fā)電機/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，對這個機艙溫度做出一個整體把控，確認(rèn)機艙熱管理是否優(yōu)良及零部件是否在正常工作溫度范圍內(nèi)。

2 試驗工況的確定

整車電量平衡驗證試驗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。如果要力求驗證結(jié)果真實，最好將車輛在實驗開始前浸泡6～12h。

2.2 工況條件

各國采用的試驗工況（即車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）因國情而異，其實質(zhì)是模擬這些區(qū)域內(nèi)城市或者郊區(qū)（換個角度是乘用車或者大巴車或其他特殊用車）運行狀況，包括加速爬坡、減速、勻速等。因此，工況之間本身沒有絕對意義上的優(yōu)劣之分，只不過有些機構(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)實際情況進行多個循環(huán)，一般選取15個循環(huán)。單個循環(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，打開危險報警燈，開啟收音機等用戶可能的操作。監(jiān)控一段時間后，進而判斷整車是否滿足電量平衡。

3 某車型試驗結(jié)果分析

以某款新能源轎車為例，將不同工況的結(jié)果進行簡單分析。經(jīng)過多工況轉(zhuǎn)轂試驗臺的試驗，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，整個測試時長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，整個測試時長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)載滿足動態(tài)平衡。

4 結(jié)論

DC/DC在滿足整車用電需要的同時應(yīng)兼顧經(jīng)濟方面的考慮。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)濟投入。發(fā)電機的選型應(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；同時考慮溫度對發(fā)電機工作性能的影響。

蓄電池的選型要考慮3個因素：冷啟動能力、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蓄電池進行充電，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。在評估整車電量平衡是否達標(biāo)時應(yīng)著重考慮冬季工況。

隨著我國綜合實力的飛速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進千家萬戶，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)驗分析了當(dāng)下整車電量平衡的科學(xué)驗證方法，希望對整車電平衡的設(shè)計提供更多的思路，促進中國汽車行業(yè)更進一步發(fā)展。