商用车电平衡试验方法研究

商用车电平衡试验方法研究

杨国樑 王子龙 谭金超

中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 天津 300300

摘要：本文介绍燃油重卡车型电平衡试验方法，具体包括试验工况选取、试验结果评价准则。以某车型为例，通过不同工况下试验数据分析，评估发电机及蓄电池选型合理性。

关键字：商用车；电平衡试验；发电机

引言：整车电平衡是研究整车电源系统电能供给和消耗之间的平衡关系，即发电机、蓄电池、和其他各种用电设备之间的电能产生与消耗的动态平衡。

汽车电气系统的电量平衡，决定着汽车能够正常启动和行驶，是汽车电气系统设计中一项重要的环节。对发电机有效输出功率与整车电器耗电量优化匹配，既能保证蓄电池正常充放电工作，延长发电机与蓄电池寿命，同时又能降低发电机成本和油耗量。为达到电气系统设计既满足设计要求，又不会因产生设计裕量过大而增加成本，需对整车电气系统电平衡理论设计进行试验验证。保证车辆在不同地区环境温度条件下可以正常起动，同时又能降低蓄电池成本和油耗量。

1 被测性能参数

针对车辆的供耗电系统开展电平衡试验，用以获取蓄电池、发电机、电器负载之间电能供应与消耗的关系，评估电源系统选型的合理性。蓄电池电流及电压、发电机电流及电压、大功率负载电流及电压、发动机舱的等关键位置温度、总线信号。电平衡试验接线示意见图1。

图1电平衡试验接线示意图

通过蓄电池电流电压参数的监控，评估蓄电池SOC变化量、充放电电流、平均电压及瞬态电压是否满足设计要求。

通过发电机电流电压以及发动机舱关键位置的温度，评估发电机不同环境下输出能力以及设计冗余量是否满足驻车空调的补电需求。

通过总线信号以及其他负载电流电压参数辅助分析各工况下发电机输出电流的分布情况，为功耗管控及策略优化提供参数依据。

典型监控参数及设备如表1。

表1 典型监控参数

2 试验工况及评价准则

2.1试验工况

商用车将开展三种气候条件试验：夏季雨夜、冬季雪夜、常温。夏季雨夜40±5℃，93%~97%RH；冬季雪夜-35±5℃（推荐的路试环境温度）；常温23℃±5℃。如果条件允许，可将车辆在试验工况环境中浸泡6~12小时，更能达到极限工况。

整车电平衡测试包括多种测试工况：郊区（包含红绿灯）工况、怠速工况以及高速工况。郊区（包含红绿灯）工况模拟了车辆在一个拥堵的郊区道路上运行的工况，包括短时怠速、起停循环和低速行驶的操作。

2.2.1夏季雨夜及冬季雪夜工况

郊区（包含红绿灯）可在带转毂环境舱或道路上开展。环境舱运行C-WTVC循环工况，见图2。完成4个完整的郊区（包含红绿灯）工况循环。道路测试时车辆行驶平均车速需控制在25km/h左右，行驶时间120分钟。高速工况将车辆加速至70km/h以上，车辆运行120分钟。怠速工况保持车辆怠速，并使车辆为空挡状态，踩下制动踏板，保持制动灯点亮状态，记录120分钟数据。

图2 C-WTVC循环工况

2.2.2常温工况

郊区（包含红绿灯）和怠速工况运行不少于8h，保证蓄电池充满电。

2.2评价准则

各工况评价准则见表2。

表2 试验工况及评价准则

3 某燃油重卡车型试验结果分析

3.1 试验数据

以某燃油重卡车型为例，将不同工况的结果进行简单分析。开展实车道路试验，采用高精度数据采集设备记录全程数据。夏季雨夜高速、郊区、怠速工况（蓄电池30%SOC）、常温郊区（8h）及常温怠速（8h）试验数据如图3至图7及表3所示。

图3 夏季雨夜高速工况

图4 夏季雨夜市郊工况

图5 夏季雨夜怠速工况

图6 常温郊区（8h）工况

图7 常温怠速（8h）工况

表3 各工况数据表

3.2 试验结果分析

3.2.1 高速工况

发电机平均发电电流75.453A，蓄电池平均充电电流（蓄电池负极电流）35.311A。发电机平均电压27.735V，蓄电池平均电压27.235V。发电机出风口温度最大值96.5℃。根据测试数据知，测试过程中蓄电池以35.311A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为35.311*2/220=32.1%＞0%，共充进电量为70.608Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下，发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。

3.2.2 郊区工况

发电机平均发电电流72.283A，蓄电池平均充电电流（蓄电池负极电流）46.12A。发电机平均电压27.098V，蓄电池平均电压26.981V。发电机出风口温度最大值73.98℃。根据测试数据知，测试过程中蓄电池以46.12A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为46.12*2/220=41.9%＞0%，共充进电量为92.345Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下，发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。

3.2.3 怠速工况

发电机平均发电电流62.754A，蓄电池平均充电电流（蓄电池负极电流）38.113A。发电机平均电压26.809V，蓄电池平均电压26.379V。发电机出风口温度最大值48.75℃。根据测试数据知，测试过程中蓄电池以38.113A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为38.113*2/220=34.64%＞0%，共充进电量为76.21Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下，发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。

3.2.4 郊区工况（8h）

发电机平均发电电流33.237A，蓄电池平均充电电流（蓄电池负极电流）16.360A。发电机平均电压28.313V，蓄电池平均电压28.054V。发电机出风口温度最大值54.95℃。

根据测试数据知，测试过程中蓄电池以16.360A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为16.360*8/220=58.2%＞0%，试验后蓄电池SOC为88.2%＜90%，共充进电量为132.139Ah。发电机在该工况下不满足8h充电至90%SOC要求，建议增大发电机额定功率。

3.2.5 怠速工况（8h）

发电机平均发电电流25.154A，蓄电池平均充电电流（蓄电池负极电流）17.044A。发电机平均电压28.294V，蓄电池平均电压28.048V。发电机出风口温度最大值48.75℃。

根据测试数据知，测试过程中蓄电池以17.044A电流充电，该工况蓄电池SOC变化率为17.044*8/220=61.8%＞0%，试验后蓄电池SOC为91.8%＞90%，共充进电量为144.149Ah。发电机在该工况下满足8h充电至90%SOC要求。

结语：商用车电平衡设计时考虑的因素与乘用车不同导致验证方法上也存在差异，比如商用车增加了驻车空调的功能，以满足夜间休息舒适性的需求，随之而来的问题即如何确保蓄电池不过度放电引起无法启动，本文详细介绍了燃油重卡的电平衡试验方法，以某车型为例进行了试验数据分析，发现了车型存在的问题并提供了优化建议。