汽車拋負(fù)載電壓的危害及原因

何筱榮

摘 要 汽車電氣系統(tǒng)主要可以分為發(fā)電機、蓄電池和汽車電子系統(tǒng)三大部分，且發(fā)電機承擔(dān)著車輛正常工作時車輛電器負(fù)載所需電力的主要來源，其重要性不言而喻。加之汽車的使用環(huán)境復(fù)雜，車載用電器隨時都會受到高電壓脈沖的沖擊，而高電壓脈沖的來源之一即是由拋負(fù)載造成的，該瞬態(tài)高壓會對車載用電器造成嚴(yán)重的安全隱患。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機 電子系統(tǒng) 拋負(fù)載 電壓沖擊

1 拋負(fù)載電壓產(chǎn)生的原因

目前汽車上采用的發(fā)電機都是三相同步交流發(fā)電機。當(dāng)發(fā)電機的負(fù)載突然斷開時，其定子繞組中的電流就會突然減小，但定子繞組電感的電流不能進行突變，此時定子繞組中就會感應(yīng)產(chǎn)生一個阻止其減小的瞬態(tài)脈沖電壓；與此同時，發(fā)電機的勵磁電流較大，負(fù)載突然斷開瞬間，勵磁繞組也會產(chǎn)生一個瞬態(tài)高壓。所以拋負(fù)載瞬態(tài)電壓實際上是由定子繞組的瞬態(tài)過壓和勵磁繞組的瞬態(tài)過電壓兩部分組成的。

2 拋負(fù)載電壓的危害

汽車的電子系統(tǒng)按類別可以分為線束系統(tǒng)、車載用電器系統(tǒng)和控制器系統(tǒng)。線束系統(tǒng)將車輛的發(fā)電機、蓄電池、車載用電器和控制器連接起來，使其構(gòu)成一個整體，線束系統(tǒng)可以理解為汽車的經(jīng)脈；車載用電器是和使用者接觸最多的系統(tǒng)，如燈具類、空調(diào)、雨刮、天窗等，它是車輛使用過程中的執(zhí)行終端；車載控制器系統(tǒng)是車輛邏輯的控制者，其控制著車載用電器開啟、關(guān)閉的條件等，如EMS、BCM、PEPS等。而由于拋負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)高壓（俗稱拋負(fù)載電壓）會通過線束系統(tǒng)加載到車輛上的任何一個用電器和控制器，它們都會承受該拋負(fù)載電壓的沖擊，嚴(yán)重的話可能會造成用車載電器和控制器的損壞。

3 影響拋負(fù)載電壓的因素

拋負(fù)載最常用的方式分為拋蓄電池和拋車載用電器兩種。影響拋負(fù)載電壓大小的因素有多種，其中主要因素是拋負(fù)載時蓄電池的SOC和拋負(fù)載時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。

3.1 蓄電池SOC對拋負(fù)載電壓的影響

蓄電池SOC對拋負(fù)載電壓大小的影響非常明顯。虧電的蓄電池可以理解為汽車上最大的用電器，其SOC的大小直接影響到蓄電池充電電流的大小，進而影響到發(fā)電機輸出電流的大小。蓄電池SOC越小，充電電流越大，發(fā)電機輸出電流也越大，當(dāng)拋掉蓄電池時，定子繞組內(nèi)電流減小的越多，產(chǎn)生的拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖電壓就越大；蓄電池SOC越大，充電電流越小，發(fā)電機輸出電流也越小，當(dāng)拋掉蓄電池時，定子繞組內(nèi)電流減小的越少，產(chǎn)生的拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖電壓就越小。圖1、2為某車型發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2000rpm，蓄電池SOC=40%和蓄電池SCO=80%時拋負(fù)載產(chǎn)生的脈沖電壓波形：

通過上述試驗結(jié)果可知，該車型在發(fā)動機轉(zhuǎn)速固定為2000rpm時，拋掉SOC=40%的蓄電池產(chǎn)生的拋負(fù)載電壓脈沖峰值為25.8V，拋掉SOC=80%的蓄電池產(chǎn)生的拋負(fù)載電壓脈沖峰值為18.9V。由此可知，蓄電池的SOC大小對拋負(fù)載電壓影響較大，即蓄電池的SOC越小，拋負(fù)載產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓峰值越大，對車輛用電器、控制器造成的損害越嚴(yán)重。

3.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速對拋負(fù)載電壓的影響

在車輛運行過程中發(fā)電機的轉(zhuǎn)速無法進行直接檢測，但是汽車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速和發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間有一個固定的關(guān)系，即傳動比，因此通過傳動比和發(fā)動機的轉(zhuǎn)速我們就可以判斷出任意時刻發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，而發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機的輸出電流是息息相關(guān)的，發(fā)電機轉(zhuǎn)速越高，其輸出電流越大，進而可知發(fā)動機轉(zhuǎn)速越高，發(fā)電機輸出電流越大。因此在蓄電池SOC 一定的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速是影響拋負(fù)載瞬態(tài)電壓大小的重要因素。圖3、4為某車型在蓄電池SOC=40%的情況下在發(fā)動機怠速和4000rpm時拋負(fù)載產(chǎn)生的脈沖電壓。

通過上述實驗結(jié)果可知，該車型在蓄電池SOC=40%的情況下，發(fā)動機怠速時拋負(fù)載產(chǎn)生瞬態(tài)電壓峰值為20.7V，發(fā)動機4000rpm時拋負(fù)載產(chǎn)生瞬態(tài)電壓峰值為26.2V。即在蓄電池SOC一定時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速也是影響拋負(fù)載瞬態(tài)電壓脈沖的重要因素，轉(zhuǎn)速越大，拋負(fù)載瞬態(tài)電壓峰值越大，反之越小。

4 結(jié)論

本文介紹了拋負(fù)載電壓產(chǎn)生的原因及其對車輛電器造成的危害，重點分析了對拋負(fù)載電壓大小的影響因素，并通過具體測試數(shù)據(jù)進行了驗證，對整車開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

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作者單位

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西壯族自治區(qū)柳州市 545007