汽車蓄電池選擇方法探討

唐極峰 秦剛

（東風柳州汽車有限公司，廣西 柳州 545005）

【摘 要】蓄電池是整車電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能決定了整車存放性能及啟動性能。若所選蓄電池性能不符合要求，會影響整車性能；若性能過于富余，又會造成成本浪費。文章主要介紹了一種蓄電池選擇的流程及方法，經(jīng)過多款車型的實際驗證，可用于蓄電池的合理選擇，既可保證整車的靜置及啟動性能，又可以有效地控制蓄電池的成本。

【關(guān)鍵詞】蓄電池選擇；容量；低溫啟動電流；靜態(tài)電流；靜置時間

【中圖分類號】TM912 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）05-0082-03

1 概述

通常所說的汽車蓄電池指的是汽車啟動用鉛酸蓄電池。作為車輛電源系統(tǒng)的重要組成部分，顧名思義其主要功能就是啟動和蓄電。具體來說，蓄電池的主要功能包含以下幾個方面。

（1）啟動發(fā)動機。在發(fā)動機啟動期間為啟動機、發(fā)動機控制單元（ECU）、點火系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)等與啟動相關(guān)的系統(tǒng)或零部件提供電能。

（2）維持整車靜態(tài)電流消耗。在整車下電后，為整車各控制單元或用電器的儲存、記憶模塊的工作提供電能。

（3）穩(wěn)定整車電氣系統(tǒng)電壓。在發(fā)動機工作后，充當電容，穩(wěn)定整車電氣系統(tǒng)電壓，緩解電壓沖擊給整車電子設(shè)備造成的損害。

（4）整車電器設(shè)備供電。在發(fā)動機停機、發(fā)電機故障或特定工況下，發(fā)電機輸出能力不足時參與整車電氣系統(tǒng)供電。

以上幾點蓄電池的主要功能，其中最為關(guān)鍵的就是啟動發(fā)動機和維持整車靜態(tài)電流消耗。本文所講述的汽車蓄電池選擇方法，主要是衡量蓄電池在啟動發(fā)動機和維持整車靜態(tài)電流消耗這2個方面的性能。

本文主要介紹了在選擇蓄電池時，相關(guān)性能參數(shù)的理論計算方法，以及蓄電池選擇實車驗證方法等內(nèi)容。所涉及的理論計算方法，與整車供電系統(tǒng)及啟動系統(tǒng)的工作原理和特性十分匹配，旨在提供一種快捷、準確、有效的流程和方法，作為新車型蓄電池選擇的指導和依據(jù)。

2 蓄電池選擇方法

衡量蓄電池性能的主要指標包含20 h率容量（簡稱容量）及低溫啟動電流2個方面。其中，容量決定其維持整車靜態(tài)電流消耗的能力，而低溫啟動電流決定其啟動發(fā)動機的能力。因此，蓄電池的選擇，主要就是確定其容量及低溫啟動電流。

2.1 蓄電池選擇流程

一般蓄電池選擇主要包含以下步驟：①蓄電池容量及低溫啟動電流計算。根據(jù)經(jīng)驗公式及必要的車輛技術(shù)參數(shù)計算。②蓄電池初步選型。根據(jù)容量及低溫啟動電流計算結(jié)果，從供應(yīng)商的產(chǎn)品庫中尋找數(shù)款符合要求的蓄電池型號。③蓄電池布置及型號確定。供應(yīng)商提供初選蓄電池的3D數(shù)據(jù)，然后在整車上進行布置，確定一個最優(yōu)方案。④蓄電池選擇實車驗證。實車驗證所選蓄電池的參數(shù)是否滿足整車性能設(shè)計要求，若不滿足則需重新選型。⑤蓄電池定型。若實車驗證通過，則蓄電池最終定型。蓄電池選擇流程圖如圖1所示。

2.2 蓄電池容量計算

蓄電池容量計算有2種較為通用的方法。

2.2.1 經(jīng)驗值法

該方法主體思路是根據(jù)經(jīng)驗公式計算蓄電池容量的大致范圍，然后根據(jù)競品車型的情況選擇近似的容量。

蓄電池容量計算經(jīng)驗公式：

Cn=（450～600）P/U

其中：Cn為蓄電池20小時率額定容量，單位為A·h；P為啟動機額定功率，按kW計；U為蓄電池標稱電壓值。

以某三廂轎車為例，其發(fā)動機所匹配的啟動機額定功率為1.2 kW，則該車蓄電池容量經(jīng)驗值：

Cn=（450～600）P/U=（45～60）A·h

該車蓄電池容量在45～60 A·h范圍內(nèi)選擇，可參考該車的競品確定。

2.2.2 靜態(tài)電流法

經(jīng)驗值法的主要特點是簡單、快速，但也存在選擇范圍大、不夠準確的缺點。而靜態(tài)電流法則是一種更為準確的方法。該方法主體思路是保證蓄電池在整車下電后且未拔負極電纜的情況下，靜置一定的天數(shù)后仍能正常啟動。

整車靜置時的蓄電池電能消耗主要有2個部分：①整車控制單元或用電器靜態(tài)電流消耗；②蓄電池自放電。一般用自放電率表示，通常定義為容量的1‰每天。

蓄電池容量的計算公式：

80%Cn-I×24×T-1‰Cn×T≥40%Cn

換種表達方式：

Cn≥（I×24×T）/（80%-40%-1‰×T）

其中：Cn為蓄電池20小時率額定容量，單位為A·h；I為整車靜態(tài)電流，即各控制單元或用電器靜態(tài)電流之和，單位為mA；T為整車靜置天數(shù)，根據(jù)各車廠要求而定，一般推薦42 d；80% Cn為車輛下線或下電時蓄電池剩余容量；40% Cn為保證發(fā)動機正常啟動的蓄電池最低容量。

同樣以某三廂轎車為例，下電時仍有靜態(tài)電流消耗的控制單元或用電器及其靜態(tài)電流值見表1。

由表1可計算出該車整車靜態(tài)電流：

I=∑in≤14.2 mA

該車計算蓄電池容量：

Cn≥（I×24×T）/（80%-40%-1‰×T）

=（14.2×10-3×24×42）/（80%-40%-1‰×42）≈40 A·h

2.3 蓄電池低溫啟動電流計算

發(fā)動機啟動主要是依靠啟動機帶動發(fā)動機從靜止狀態(tài)開始運轉(zhuǎn)，而發(fā)動機要正常運轉(zhuǎn)必須維持在一定的轉(zhuǎn)速（也稱之為拖動轉(zhuǎn)速）之上。因此，要求發(fā)動機啟動時的轉(zhuǎn)速必須不小于拖動轉(zhuǎn)速，即啟動機轉(zhuǎn)速應(yīng)不小于發(fā)動機拖動轉(zhuǎn)速與啟動傳動比之乘積：

nS≥nEmin×i

其中：nS為啟動機轉(zhuǎn)速，單位為r/min；nEmin為發(fā)動機拖動轉(zhuǎn)速，單位為r/min；i為啟動傳動比。

若已知啟動機的特性曲線，則可知在發(fā)動機啟動瞬間啟動機的電樞電流IS，蓄電池的低溫啟動電流ICC應(yīng)大于IS?？紤]到蓄電池在極端低溫下的啟動能力會大幅降低，同時實際上車輛熄火后蓄電池并不能完全保證滿電狀態(tài)。為保證可靠啟動，應(yīng)乘以一個安全系數(shù)，按以往經(jīng)驗一般取1.5左右。即：

ICC>1.5×IS

還是以某三廂轎車為例，其發(fā)動機拖動轉(zhuǎn)速為70 r/min，啟動傳動比為16.5，即發(fā)動機啟動瞬間啟動機轉(zhuǎn)速：

nS≥nEmin×i=1 155 r/min

從該車啟動機特性曲線圖（如圖2所示）可知，發(fā)動機啟動瞬間啟動機的電樞電流IS約260 A，則該車蓄電池低溫啟動電流：

ICC>1.5×IS=390 A

綜上，該三廂轎車的蓄電池可選擇容量不低于45 A·h，低溫啟動電流不低于390 A的型號。

2.4 蓄電池布置及型號確定

將供應(yīng)商提供的初選蓄電池3D數(shù)據(jù)布置到機艙中進行對比，并選擇最優(yōu)的布置方案，同時應(yīng)該兼顧到成本最優(yōu)的原則。關(guān)于蓄電池的布置方法，本文不做重點闡述。

綜合以上各方面的因素，該車最終選擇型號為54534的蓄電池，容量為45 A·h，低溫啟動電流為410 A。滿足計算值。

3 蓄電池選擇驗證

上述蓄電池容量及低溫啟動電流計算一般是基于理論設(shè)計值及實驗室數(shù)據(jù)，并不能完全反映實車的真實情況。為保證蓄電池選擇的準確性，一般都應(yīng)進行蓄電池選擇實車驗證，主要包含2個部分：靜置時間試驗及低溫啟動試驗。

3.1 實車靜置時間試驗

主要目的是檢驗所選蓄電池是否能滿足車輛靜置時間設(shè)計值的要求。

首先，要進行整車靜態(tài)電流測量。步驟如下：①車輛熄火下電。②斷開蓄電池負極線纜，在負極線纜及蓄電池負極樁頭之間串聯(lián)接入萬用表，選擇“A”擋。③車輛靜置30 min以上。④萬用表調(diào)到“mA”擋，測量并記錄車輛此時的靜態(tài)電流值。

說明：若實際整車靜態(tài)電流小于計算值較多，必要時可評估蓄電池容量是否選擇過大；若整車靜態(tài)電流大于計算值，則需分別檢測各控制單元或用電器的靜態(tài)電流是否存在超標，并應(yīng)按設(shè)計值整改完畢后重新測量。

其次，進行整車靜置，步驟如下：①用充放電設(shè)備將蓄電池充放電至80%的容量（從圖3所示的蓄電池SOC曲線上找出對應(yīng)的電壓值，蓄電池充放電后的開路電壓符合該電壓值）。②將蓄電池安裝到待測試車輛上，點火開關(guān)打到ON擋后迅速回到OFF擋，拔出鑰匙并給車輛上鎖。③車輛在常溫下靜置42 d。

最后，進行啟動測試，步驟如下：①測量蓄電池開路電壓，從SOC曲線尋找對應(yīng)容量，確認蓄電池剩余容量是否達到40%SOC以上。②車輛解鎖，啟動車輛，確認車輛是否能一次啟動成功。

3.2 實車低溫啟動試驗

主要是驗證所選蓄電池能否滿足整車極端低溫環(huán)境下啟動要求。步驟如下：①按本文“3.1”的方法將蓄電池充放電至80%的容量。②將測試車輛在-20 ℃環(huán)境艙中放置8 h。③連接好測試設(shè)備，啟動車輛，記錄車輛啟動過程中蓄電池電壓變化曲線。④在-30 ℃環(huán)境艙條件下，按上述方案再進行一次測試。

從蓄電池電壓變化曲線上讀取車輛啟動時間及蓄電池電壓最小值，應(yīng)滿足表2的參數(shù)要求。

4 總結(jié)

蓄電池的容量和低溫啟動電流與整車性能及蓄電池的成本有直接的聯(lián)系。容量及低溫啟動電流選擇不足，會使整車的靜置及啟動性能降低；若選擇過于富余，則造成成本的浪費。本文介紹的蓄電池容量及低溫啟動電流選擇方法，經(jīng)過多款車型實際驗證，可用于蓄電池的合理選擇，既可保證整車的靜置及啟動性能，又可以有效地控制蓄電池的成本。

參 考 文 獻

[1]張明森.汽車的電量平衡計算[J].汽車電器，2010（10）.

[2]付國良.整車電平衡設(shè)計及驗證方法[J].汽車電器，2015（1）.

[3]石志勇，韓勇，王宜海.汽車電平衡匹配設(shè)計淺析[J].汽車實用技術(shù)，2015（4）.

[責任編輯：陳澤琦]

【作者簡介】唐極峰，男，湖南衡南人，工學學士，東風柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心電器系統(tǒng)主管設(shè)計師，助理工程師，從事汽車蓄電池系統(tǒng)設(shè)計及整車電平衡匹配計算等工作；秦剛，男，廣西興安人，工學學士，東風柳州汽車有限公司PV技術(shù)中心電器系統(tǒng)主任設(shè)計師，工程師，從事整車電器系統(tǒng)開發(fā)工作。