基于某混動車型的整車電平衡測試

仲秦　張承淋　毛藝　王磊

摘 要：整車電量平衡試驗即為發(fā)電機（或DC-DC）、蓄電池輸出的電能與整車用電器的電能損耗形成一種平衡且比較穩(wěn)定的狀態(tài)，隨著汽車用電系統(tǒng)的不斷增加，電路系統(tǒng)的設計也越來越復雜，整車電平衡測試對于整車電器開發(fā)的重要性也更加的突出。在本文中，筆者以一款混動車型的電平衡測試為背景，對測試方法以及評價準則進行詳述，為混動車型電平衡試驗提供指導。

關鍵詞：電平衡試驗 混動車型 測試方法

隨著人們對車輛乘坐舒適性、駕駛安全性、節(jié)能環(huán)保等各項性能要求的提高，車輛機電一體化程度越來越高，車載電子電器部件變得越來越復雜，汽車供電系統(tǒng)的壓力越來越大[1]，整車電源系統(tǒng)供耗電的匹配特性也越來越重要，所以在新車型電氣系統(tǒng)的開發(fā)階段，必須對整車供耗電系統(tǒng)之間的匹配特性進行驗證，驗證其整車在一定時間內(nèi)電能的產(chǎn)生與消耗能否達到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

1 某混動車型電平衡設計思路

該款混動車型的動力系統(tǒng)以及電源分配系統(tǒng)采用的是發(fā)動機配合DC-DC及蓄電池的組合，該款發(fā)動機取消了發(fā)電機設計，在飛輪與變速箱之間增加了一個可產(chǎn)生電能的裝置，輸出的電能由高壓線傳遞至DC-DC，再由DC-DC傳遞至蓄電池和整車用電器，這一動力系統(tǒng)的設計思路使得整個車輛供電系統(tǒng)，排除掉了因傳統(tǒng)發(fā)電機在不同工況下的性能差異，在這個過程中，DC-DC、蓄電池、整車用電負荷三者之間所產(chǎn)生的電能和消耗的電能應該要達到一種動態(tài)平衡關系，且這種平衡關系不能因車輛的行駛工況不同而被打破。

2 某混動車型電平衡試驗理論設計

電平衡試驗設定需要從車輛行駛工況、試驗環(huán)境溫度和整車電器負載工作狀態(tài)這三個基本方面進行規(guī)范要求[2]。

2.1 行駛工況的選擇

為盡可能多的涵蓋車輛用戶的行駛狀況，首先應該從行車環(huán)境入手，分為夏季與冬季兩個季節(jié)，依照我國冬夏兩季平均氣溫指數(shù)，可將冬季溫度假定為-10℃，夏季溫度假定為38℃。根據(jù)汽車行駛狀況大致可分 8 種：平常日間、平常夜間、冬季日間、冬季夜間、夏季日間、夏季夜間、冬季雪夜、夏季雨夜[3]。結(jié)合電平衡的試驗目的，在考量電氣系統(tǒng)性能時，應采取極端工況，即大量用電器開啟的情況。最終行駛的工況確定為：一般高速工況：①冬季雪夜②夏季雨夜;一般城市工況：①冬季雪夜②夏季雨夜;怠速工況：①冬季雪夜②夏季雨夜。

2.2 負載運行情況確定

不同的用電器本身功率不盡相同，一些用電器需要長時間工作，一些用電器則是短時工作。結(jié)合每種工況電器的負載可劃分為4類：①動力系統(tǒng)，如發(fā)動機、各類傳感器;②安全裝置，如車燈、雨刮;③舒適配置，如空調(diào)、收放機、音響;④短時使用用電器，如車窗升降、喇叭等。依據(jù)工況的選擇、電器負載類型，編制出測試時車輛用電器開啟情況，見表1。

2.3 試驗場所及路譜選擇

目前進行電平衡測試的途徑主要有兩種，一種為實車路試，即在真實道路上對車輛進行電平衡試驗，這種方法優(yōu)點在于能真實的還原用車場景，缺點在于環(huán)境和道路的選擇較為困難，冬夏兩季的季節(jié)跨度長，整車開發(fā)成本升高，不建議采取該種方法。第二種驗證的途徑為在帶轉(zhuǎn)轂的溫度試驗艙中模擬冬夏兩季的溫度，使用典型工況進行路試，該方法能有效縮短開發(fā)周期，為目前主流測試途徑。

在路譜的選擇上，各家的怠速工況與高速工況測試方案大體相同，高速工況采用（100±10）km/h，而電平衡試驗的關鍵在于城市工況的路譜選擇，城市工況路譜選擇得越合理，越能反映出車輛在實際道路中的表現(xiàn)。目前國內(nèi)試驗室采用較多的工況有：NEDC工況、FTP75工況、JC08工況以及一份國外某知名品牌汽車制造商所用的工況[4]。最終，在經(jīng)過多份路譜比較之后，結(jié)合各自優(yōu)缺點，不斷優(yōu)化改進，制作出一份實用性較強，普遍適用于家用車的路譜，該路譜中車速分布有48km/h、36km/h、32km/h、28km/h、20km/h、16km/h，比較準確模擬出城市正常行駛、擁堵路況的狀態(tài)，同時路譜中也體現(xiàn)出了車輛急加、減速的情況，路譜曲線見圖1。

2.4 蓄電池選型及整備

電平衡試驗后，蓄電池的容量將作為重要的評價指標，它的容量都應保持在良好的狀態(tài)。根據(jù)該款混動車型的設計要求，整車采用的是一塊65Ah的鉛酸蓄電池。根據(jù)試驗工況要求，需要分別準備6塊相同規(guī)格的蓄電池，并在試驗前依據(jù)不同季節(jié)、不同工況對蓄電池進行預處理，記錄下處理后的蓄電池電壓，并在蓄電池上做上對應工況的便簽，預處理參數(shù)。

3 某混動車型電平衡實車驗證測試

3.1 試驗設備

進行電平衡測試需要讀取DC-DC、蓄電池、電子扇、鼓風機等大功率電器的電流電壓數(shù)據(jù)，因此需準備霍爾線圈式的電流環(huán)及導線若干，通過合理走線，將線連接至放于副駕座位上的集成式數(shù)采設備。電流環(huán)采樣精度：<2%。

3.2 試驗過程

（1）選取電壓已經(jīng)穩(wěn)定的待測蓄電池放于試驗車輛中，將整車置于冬季或夏季環(huán)境中6h，此目的是為了讓試驗車輛更好的模擬真實工況;（2）利用非試驗用蓄電池啟動車輛，進行試驗前最后一次數(shù)據(jù)調(diào)試，調(diào)試結(jié)束后整車熄火/下電，換上待測蓄電池;（3）打開數(shù)據(jù)采集軟件，開始記錄數(shù)據(jù)，啟動車輛，依照表1負載運行表，根據(jù)當前進行的試驗工況，逐一打開相關用電器;（4）每個季節(jié)的三種工況試驗順序為：怠速→城市→高速，怠速工況運行45分鐘;城市工況采用圖1城市工況路譜 進行兩個循環(huán)的測試，共1小時;高速工況采用（100±10）km/h運行40分鐘;（5）每個工況運行完之后，按照 表1 負載運行表 的倒序，將各個用電器關閉，最后車輛熄火，將當前工況使用的試驗蓄電池取出車輛，放置于常溫環(huán)境開始靜置12小時;（6）給試驗車量換上下一個工況所備蓄電池，重復（3）～（5）步驟，直至冬季和夏季工況全部完成;（7）試驗完成12小時之后，對每一塊蓄電池進行電壓測量，將電壓值記錄在蓄電池表面標簽上。

3.3 試驗結(jié)果

冬季工況電平衡測試結(jié)果見表2，夏季工況電平衡測試結(jié)果見表3。

3.4 結(jié)論

通過試驗后的數(shù)據(jù)可看到，冬季工況下蓄電池得以緩流的形式進行充放電，充電電流平均值仍然為正，夏季工況中，蓄電池充電電流平均值明顯比冬季工況要優(yōu)秀。以上數(shù)據(jù)說明整車供耗電系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，整車的電源系統(tǒng)供電能力復合設計要求。

4 結(jié)語

隨著當前汽車工業(yè)的高速發(fā)展以及電動化、智能化的大量普及，在汽車電器功能和配置不斷增高的情況下，汽車電源系統(tǒng)的設計面臨著更為嚴苛的考核。筆者通過此次某混動車型的電平衡測試，介紹了整個測試流程，從前期的試驗設計和理論計算，確定試驗工況以及試驗路譜，到最后的試驗驗證和數(shù)據(jù)收集，希望以此能對汽車電氣系統(tǒng)的設計和驗證有所幫助。

參考文獻：

[1]付國良.整車電平衡設計及驗證方[J].汽車電器，2015，（1）：6-8，14.

[2]焦慶宏，王溫銳，宋寧.輕型商用車電量平衡試驗研究[J].汽車技術(shù)，2015（2）：24-28.

[3]范道祥.淺談純電動車整車電平衡[J].商品與質(zhì)量，2018，（43）：50，65.

[4] 安永嶺，端木瓊，王子龍，等.基于某款車型的整車電平衡驗證測試[J].汽車電器，2015，（7）：63～66.