蓄電池在嚴重饋電狀態(tài)下的整車供電系統(tǒng)研究

梅曉波，李憶，藥陵州

（陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

整車電器的主供電系統(tǒng)主要包括蓄電池、起動機、發(fā)電機、電器裝置板以及四者之間的連接線束。它們之間的相互關系如圖1 所示，其中發(fā)電機是汽車的發(fā)電設備，它將發(fā)動機的部分機械能轉換為電能向用電設備供電，當蓄電池電量不足時對其進行充電；蓄電池為起動機提供電能，確保發(fā)動機正常啟動，當發(fā)電機的發(fā)電能力不能滿足電器負荷過高的需求時，及時向電器設備提供額外電能。整車電器系統(tǒng)是一個電量產(chǎn)生與消耗而又相互影響的系統(tǒng)，當蓄電池嚴重饋電時，整車供電系統(tǒng)的行車電壓、電流勢必會發(fā)生顯著變化。

1 研究對象及方法

1.1 研究對象

雖然不同品牌不同車型的整車電器系統(tǒng)的架構不盡相同，但為了實現(xiàn)上述蓄電池、起動機及發(fā)電機的電量產(chǎn)生與消耗關系，汽車主供電系統(tǒng)一般都是相似的。本文以某重型汽車的主供電系統(tǒng)作為研究對象，尋求蓄電池嚴重饋電時對行車電壓電流的影響。

1.2 研究方法

該重型汽車的主供電系統(tǒng)如圖2 所示，其中G100 為24V蓄電池、S149 為電源總開關、M100 為起動機、G102 為發(fā)電機、A100 為電器裝置板、X238 為線束插接器。為了模擬車輛在運行過程中蓄電池處于嚴重饋電狀態(tài)，在中央電器裝置板90 端接入一個大功率可變電子負載R（與整車電器為并聯(lián)關系）。在怠速工況下，待蓄電池的充放電基本穩(wěn)定時，逐漸增大電子負載R 的阻值，實現(xiàn)蓄電池充放電臨界點以及嚴重饋電狀態(tài)的模擬，整個過程利用數(shù)據(jù)采集儀對汽車主供電系統(tǒng)的關鍵點進行實時電壓電流測試。傳感器及電子負載R 的布點位置如圖3 所示，圖中所示箭頭方向規(guī)定為電流正方向，各傳感器說明如下：

圖2 重型汽車主供電系統(tǒng)簡圖

圖3 傳感器及電子負載R 的布置位置

I1——蓄電池連接線電流，用以表征蓄電池的充放電狀態(tài)，量程100A。

I2——電源總開關到起動機電流，量程1000A，可捕捉車輛啟動峰值電流。

I3——發(fā)電機輸出總電流，包括發(fā)電機到起動機、發(fā)電機到中央電器裝置板的電流之和，量程100A。

I4——中央電器裝置板90/91 端消耗總電流，包括發(fā)電機到中央電器裝置板、起動機到中央電器裝置板電流之和，量程100A。

I5——流過可變電子負載R 的電流，量程100A。

Va——蓄電池端電壓，量程30V。

Vb——發(fā)電機端電壓，量程30V。

Vc——中央電器裝置板90 端電壓，量程30V。

2 測試結果

依據(jù)上述試驗方法，本文對蓄電池嚴重饋電時整車供電系統(tǒng)進行供電參數(shù)測試。測試過程共分為六個階段， 如圖4 I1 曲線①～⑥所示，其它曲線的階段劃分與其一致。其中：

①為車輛起動階段（含電源總開關吸合過程）。

②為車輛怠速階段，蓄電池充電電流在該階段趨于穩(wěn)定。

③為調(diào)整電子負載R 的阻值，對整車電路施加負載階段。當I1 電流為零時，蓄電池處于充放電臨界點。

④為按三級增大電子負載R 的阻值，模擬蓄電池嚴重饋電狀態(tài)；第一級蓄電池放電電流約為6.5A，第二級蓄電池放電電流約為18A，第三級蓄電池放電電流約為43A。

⑤為取消電子負載R 的全部阻值回到車輛正常怠速階段。

⑥車輛由怠速到停車階段。

圖4 I1 測試曲線六階段劃分說明

因受蓄電池正極常火線影響，I1 曲線與I2 曲線的形狀相同，但電流大小略有差別，故本文僅給出I1、I3、I4、I5 曲線如圖5 所示，Va、Vb、Vc 曲線如圖6 所示。

圖5 電流測試曲線

圖6 電壓測試曲線

3 測試結論

（1）由電流測試曲線可知：在車輛怠速工況下，當調(diào)整外接電子負載R 的電流I5 為40.16A 時，蓄電池連接線I1電流為-0.02A（約等于零），可以認為蓄電池處于充放電臨界點，此時外接負載的功率為：P=UI=25.62V×40.16A=1028.9 W。即車輛在怠速工況下，同時使用電器設備的總功率達到1kw 以上時，蓄電池即將進入放電狀態(tài)。

（2）蓄電池在饋電狀態(tài)下，發(fā)電機的發(fā)電電流I3 約為42A，其不隨蓄電池放電狀態(tài)的改變而改變。

（3）由電壓測試曲線可知：當蓄電池進入饋電狀態(tài)后，整車電壓瞬間被拉低至蓄電池電壓，發(fā)電機電壓、中央電器裝置板電壓與蓄電池電壓基本保持一致，此時發(fā)電機電壓并非正常工作時的28V 電壓；當蓄電池放電電流增大，饋電程度進一步增加時，中央電器裝置板電壓的拉低程度較發(fā)電機、蓄電池越來越明顯。

以上結論基于24V/135Ah 蓄電池、70A 發(fā)電機所組成的整車電器主供電系統(tǒng)，不同配置車型，測試數(shù)據(jù)有所差別， 但電流電壓變化趨勢總體一致。