呂玉林,焦治國,劉軍中,潘 花
(安徽江淮汽車集團股份有限公司,安徽 合肥 230601)
蓄電池,現(xiàn)代汽車必不可少的一部分,蓄電池種類繁多,本文主要討論傳統(tǒng)燃油汽車使用的用于車輛起動的免維護鉛酸蓄電池。它是一種將化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,屬于直流電源,如圖1所示。它的作用有:①起動發(fā)動機,提供強大的起動電流;②當發(fā)電機過載時,協(xié)助發(fā)電機向車輛電器設備供電;③調(diào)節(jié)整車電壓穩(wěn)定的作用;④儲存電量。
圖1 免維護蓄電池
對于乘用車車型,普通起動用蓄電池滿電電壓一般12.75V,當電池電壓下降到12.2V時,電量約為50%,此時定義為虧電;當電池電壓下降到11.8V時,電量約為20%,此時定義為嚴重虧電,此時發(fā)動機會起動困難。低于11.8V時,電池內(nèi)部已損壞,電池必須報廢了。表1更加清楚地說明了蓄電池電壓與電量的狀態(tài)。
表1 蓄電池電壓與電量狀態(tài)說明
起動用蓄電池,顧名思義,主要功能是用于起動發(fā)動機,一旦虧電嚴重,將導致車輛無法起動,影響車輛使用。虧電的原因大致可以分為幾類。
1)蓄電池內(nèi)部有損壞,不蓄電。電池制造缺陷、達到使用壽命或使用維護不當?shù)榷紩е滦铍姵負p壞,不能儲存電量,對此類已損壞蓄電池必須更換處理。
2)蓄電池短時間過度放電。①車輛熄火狀態(tài),過度使用車輛用電設備,如空調(diào)、前照燈、音響等,蓄電池電量快速釋放,導致虧電;②車輛鎖車后,因個別用電設備未關閉,導致持續(xù)消耗電池電量,最終導致虧電;③車輛因零部件問題無法起動,用戶未能覺察到問題存在,而頻繁起動,導致虧電。
3)蓄電池長時間慢放電。①蓄電池儲存時間過長,緩慢自放電,未及時充電;②車輛長時間不用,車輛自身靜態(tài)電流過度消耗蓄電池電量,導致虧電。
4)不能及時補充電量。因發(fā)電機故障或線路連接不良,導致蓄電池不能補充本應來自發(fā)電機的電量,導致車輛使用過程中,蓄電池電量被耗盡。
明確的蓄電池損壞或發(fā)電機故障導致的蓄電池虧電,不做重點論述,這里討論的虧電預防及措施主要針對設計預防和蓄電池存儲、調(diào)試、使用的管控。
3.1.1 靜態(tài)電流設計
車輛電氣電子化功能不斷豐富,用電部件增多,且很多控制器需要有記憶功能,比如車身控制器、組合儀表、車聯(lián)網(wǎng)控制器等。車輛鎖閉后,整車所有控制器進入休眠狀態(tài),需要記憶功能的控制器低功耗運行,低功耗運行電流即靜態(tài)電流,整車靜態(tài)電流一般應小于20mA。
在設計階段,首先確定整車靜態(tài)電流目標值,然后分解給各控制器,明確各控制器靜態(tài)電流目標值??刂破黛o態(tài)電流經(jīng)驗證滿足目標要求,則通過;如果經(jīng)多方案設計仍不能達成目標,則重新調(diào)整該控制器的目標值,但要確保整車靜態(tài)電流目標值達成。設計驗證流程圖如圖2所示。
圖2 整車靜態(tài)電流設計流程圖
車輛制造環(huán)節(jié),應制定控制計劃,設定檢測頻次,監(jiān)測整車靜態(tài)電流符合情況。
出口到較遠國家的車輛,一般海運40多天,車輛到港后會有部分車輛無法起動情況,主要原因是靜態(tài)電流消耗電量,導致蓄電池虧電。目前較為成熟的設計是增加海運短路器或海運熔斷器,運輸時拔出海運短路器或海運熔斷器,切斷非必要控制器電源,僅保留起動和行駛相關控制器電源,降低整車靜態(tài)電流,有效解決靜態(tài)電流引起的虧電問題。海運短路器參照圖3。
圖3 海運短路器示意圖
3.1.2 節(jié)電設計
車輛在熄火狀態(tài),如果某一個電子電器件不休眠或長時間消耗電量,必然導致蓄電池虧電,節(jié)電設計就是要在車輛熄火后最大限度降低電量消耗,分為電器件休眠設計和強制切斷電源設計。
休眠設計主要針對車載控制器,當車輛閉鎖后,所有控制器30s后進入休眠狀態(tài),通過對靜態(tài)電流檢測,可以判定休眠是否正常。
對于室內(nèi)照明燈、位置燈、背景燈等部件,當車輛熄火后,如果這些燈光沒有關閉,長時間點亮,會導致蓄電池快速虧電,因此需要進行強制切斷電源設計。識別這些車輛熄火后仍需工作的電器設備,通過節(jié)電設計,設定工作時長,達到工作時長后強行關閉這些用電設備。例如,熄火后尾門由關閉到打開狀態(tài),行李廂燈點亮提供照明,關閉尾門,行李廂燈熄滅;如果尾門再次打開后忘記關閉或未關閉到位,則行李廂燈持續(xù)工作,當點亮時間等于T1時,整車控制器強制切斷行李廂照明燈電源,行李廂燈立即熄滅,車輛轉(zhuǎn)為節(jié)電狀態(tài),圖4是該節(jié)電設計的時序圖。通過節(jié)電設計可以有效降低蓄電池虧電的發(fā)生。
圖4 行李廂燈節(jié)電設計時序圖
3.2.1 入廠電壓控制
因蓄電池自放電及運輸過程、儲存時間問題,要求蓄電池入廠全部滿電是不符合實際的,同時考慮到后續(xù)的車輛調(diào)試、靜置、存儲等環(huán)節(jié)的電量消耗,要求入廠蓄電池靜態(tài)電量大于等于90%,即電壓大于等于12.67V,參見表2和圖5所示蓄電池電量與電壓關系圖。且要求存放的有效時間不大于4周,并做好蓄電池倉儲環(huán)節(jié)的電量維護工作。蓄電池電量與電壓關系曲線根據(jù)各廠家蓄電池特性確定,文中曲線圖僅為一示例。
表2 電量與電壓關系表(25℃)
圖5 蓄電池電量與電壓關系曲線
3.2.2 調(diào)試過程控制
汽車下線后需要對電器功能進行調(diào)試返修,在調(diào)試過程中,尤其返修過程中會消耗電池電量,過程中不注意管控,電池電壓在交付入庫時偏低,會影響蓄電池壽命,影響車輛的使用。
根據(jù)產(chǎn)線規(guī)劃、資金投入、調(diào)試方式等不同,蓄電池電量過程控制可有不同的方法,在此介紹兩種。
方法一是車輛調(diào)試過程采用專用的調(diào)試電源。這種方法需要在汽車調(diào)試生產(chǎn)線設計時做好規(guī)劃,整條調(diào)試線統(tǒng)一電源供電,每個調(diào)試工位設置一組電源線,車輛調(diào)試前,將電源線連接到車輛上,這樣整個調(diào)試過程不消耗蓄電池電量。這種方法初期投入大,但后期蓄電池的電量管控非常好。
方法二是車輛交付前對不達標的蓄電池更換充電。這種方法是車輛下線后正常調(diào)試,入庫前檢查蓄電池電壓,當電壓低于某一標準值時,將蓄電池更換,更換下來的蓄電池送至專設充電場地進行充電備用。該方法需要大量的檢測工作,且在調(diào)試過程中做好用電控制,降低更換蓄電池的數(shù)量。比如,①養(yǎng)成良好的節(jié)能習慣,休息、午餐等非調(diào)試時間,關閉用電設備,關閉車輛;②下發(fā)控制計劃做好明確規(guī)定,避免頻繁起動車輛;③維修耗時超過半小時,需要監(jiān)測蓄電池電壓;④存放超過4周車輛,需安排對其蓄電池電壓進行檢測,并按規(guī)定進行充電或更換等。
3.3.1 售前管控
售前管控主要在車輛倉儲環(huán)節(jié),在運輸或者庫存期間須通過適當?shù)氖侄危ū热绮鸬糌摌O連接線)讓蓄電池電量>50%,入庫車輛存放超過4周及以后每4周,需對蓄電池電壓進行全檢,不合格車輛蓄電池按規(guī)定進行充電或更換,確保交給用戶的車輛蓄電池處于良好狀態(tài)。
3.3.2 售后處置
蓄電池虧電導致的直接問題就是無法起動,服務人員接到客戶求援后,一是幫著客戶起動車輛,還應詢問、檢查可能導致虧電的原因,這些可以包含:是否長時間未用車、是否有未關閉的用電器、是否改裝了其它用電器、檢查靜態(tài)電流是否超過標準、電池是否損壞等。二是告知客戶避免導致蓄電池虧電的注意事項,如改裝車輛需要到專業(yè)機構,改裝完后檢測靜態(tài)電流大?。徊灰诎l(fā)動機熄火狀態(tài)下長時間聽音樂;車輛不要久置不用,長時間不用車,可以拆掉蓄電池負極線等。
車輛無法起動的一個主要因素是蓄電池虧電,本文期望從車輛的設計、制造、銷售3個環(huán)節(jié)提供預防和解決措施,降低無法起動問題的發(fā)生,給客戶更好的用車體驗。