整車電平衡測試方法研究

中圖分類號：U463.631 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）07-0120-03

Researchon Measuring Method ofElectric Balanceof WholeVehicle

Wang Xuming，Yao Qiang

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co.，Ltd.，Technology Center，Hefei 230051）

【Abstract】This paper briefly introduces the test principle of automobile electric balance，and provides a testand evaluation method.This methodcanquickly evaluateandverify the matching performanceof vehiclepower supply，and cansimultaneouslyevaluatetheperformanceof generatororDC/DC，thekeycomponentthatafects theelectricbalance， which provides a better verification method for vehicle power supply matching.

【Key words】 electric balance；power supply matching；generator;DC/DC

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車逐漸成為行業(yè)發(fā)展的主流，受到市場的追捧。據(jù)行業(yè)調(diào)研，智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)規(guī)模從2019年的1656億元增長至2022年的5988.4億元，年復(fù)合增長率超 53%^[1] 。隨著智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)需求的豐富，整車大量使用傳感器、控制器、執(zhí)行器等電子部件，對整車電能需求和供應(yīng)提出了更高的需求，整車電平衡試驗是檢測和評價整車電能匹配合理與否的重要測試手段，對降低車型上市后車輛因電源匹配饋電趴窩問題意義重大。

1電平衡試驗原理介紹

汽車電氣回路主要由供電器件（發(fā)電機或者DC/DC）、蓄電池、線路及用電負載等組成。汽車電平衡是指汽車所匹配的發(fā)電機或DC/DC、蓄電池和各種用電設(shè)備之間的電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系。電平衡試驗主要檢測評價這種電能產(chǎn)生與消耗的相互制約關(guān)系的合理性。

1.1 測試原理

根據(jù)整車電路分析，只需要測試整車的發(fā)電量和用電量即可，當(dāng)發(fā)電量大于用電量則車輛不會出現(xiàn)饋電問題。如圖1所示，分別在蓄電池正極線、發(fā)電機或DC/DC輸出正極線上各安裝一個電流傳感器；在蓄電池端布置一個電壓傳感器；并將以上3個傳感器信號連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上，同時在電路上并聯(lián)一個電子負載[2]。

用電子負載可以模擬車輛試驗狀態(tài)難以觸發(fā)的用電設(shè)備，也可根據(jù)需求控制整車的用電功率。定義蓄電池充電電流為正值、放電電流為負值，試驗開始至結(jié)束，蓄電池處于充電狀態(tài)則整車不會饋電。

1.2 試驗儀器設(shè)備

1）電子負載：功率4kW；電壓0＼～150V，精度 ± （ 0.05%+0.05%FS） ；電流0＼～400A，精度 ±（0.05%+ 0.05%FS ）。

2）汽車電器件功耗測試系統(tǒng)：電壓 ±42V ，精度 ± [ 0.05%+0.05%FS） ；電流 ±1000A ，精度 ±（0.05%+ 0.05%FS ）。

1.3整車發(fā)電機極限發(fā)電電流裕度

整車匹配大功率的發(fā)電機或者DC/DC有利于整車電平衡性能，但同時也帶來了整車成本、整備質(zhì)量、布置空間的矛盾，因此需要在以上因素中找到最佳解決方案，在此引入極限發(fā)電電流裕度概念，當(dāng)該值達到某一限制時，即判斷車輛電平衡性能匹配合理。

發(fā)電機極限發(fā)電電流裕度 O= （發(fā)電機極限發(fā)電電流-用電電流） ÷ 用電電流。

由于車輛的動力總成形式、用電器形式及工作方式等存在較大差異，判定車輛的電平衡性能也需要差異化考慮。不同車輛電平衡要求見表1。

2電平衡試驗分析

2.1帶電子散熱風(fēng)扇車輛、混動及純電動車電平衡 測試

起動車輛，發(fā)動機啟動，電動車或混動車處于Ready狀態(tài)，使車輛處于怠速狀態(tài)。根據(jù)用戶使用場景，開啟相應(yīng)的用電器，具體要求見表2[3]

由于有些用電器的開啟受到環(huán)境溫度影響，因此對應(yīng)帶電子散熱風(fēng)扇車輛按照 （40±2）% 進行試驗；混動及純電動車輛為實際環(huán)境溫度。按照怠速工況開始試驗，從試驗開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，發(fā)電機預(yù)熱 10min ，待達到電平衡穩(wěn)定狀態(tài)時延后 5min 結(jié)束試驗。

試驗結(jié)束后，按照各工況電平衡試驗結(jié)束前5min 采集的數(shù)據(jù)，將發(fā)電機發(fā)電電流和蓄電池充電電流的差值平均值，即為該工況的用電電流。

2.2 非電子散熱風(fēng)扇車輛電平衡測試

啟動發(fā)動機，使車輛處于怠速狀態(tài)，怠速狀態(tài)下用電器工作狀態(tài)見表3。

按照怠速工況開始試驗，從試驗開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，發(fā)電機預(yù)熱 10min 待達到電平衡穩(wěn)定狀態(tài)時延后 5min 結(jié)束試驗。試驗完成后，怠速電平衡試驗結(jié)束前 5min 采集的數(shù)據(jù)，將發(fā)電機發(fā)電電流和蓄電池充電電流的差值求平均值，即為該工況的用電電流。

2.3整車狀態(tài)發(fā)電機性能測試

對于傳統(tǒng)燃油車輛，在長時間工作時其發(fā)動機溫度會持續(xù)升高到一定的值，在車輛行駛時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速也會不斷地變化，發(fā)動機艙內(nèi)的溫度及發(fā)動機轉(zhuǎn)速對整車發(fā)電機的發(fā)電量產(chǎn)生較大影響，隨即影響整車的電平衡性能。

2.3.1整車發(fā)電機極限發(fā)電電流隨發(fā)電機線圈溫度 變化測試

發(fā)電機受到發(fā)動機工作溫度的影響，當(dāng)溫度升高后其發(fā)電能力會降低，發(fā)電機的發(fā)電負荷越大，產(chǎn)生的熱量也會增大，因此繪制整車發(fā)電機極限發(fā)電電流隨發(fā)電機線圈溫度變化曲線，可全方位評價車輛的電平衡性能，為整車在不同使用環(huán)境溫度下電平衡的裕度計算提供數(shù)據(jù)支持。

將大功率的電子負載并聯(lián)在蓄電池的兩端，連接線應(yīng)牢靠，不得有松脫或短路的情況。整車下電狀態(tài)，調(diào)節(jié)電子負載的電流，使蓄電池以30A電流放電 10min 。

車輛啟動待怠速穩(wěn)定，打開不受溫度影響或非間歇工作的負載（如燈光、鼓風(fēng)機等）。

調(diào)節(jié)電子負載的電流，逐漸增大，保持蓄電池充電電流 0～2A 之間。從試驗開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄電流的變化數(shù)據(jù)，直到發(fā)電機線圈溫度達到平衡狀態(tài)，發(fā)電機的發(fā)電電流達到平衡狀態(tài)。繪制發(fā)電機的極限發(fā)電電流隨著發(fā)電機溫度變化的曲線。

2.3.2整車發(fā)電機極限發(fā)電電流隨轉(zhuǎn)速變化測試

發(fā)電機轉(zhuǎn)速對發(fā)電能力同樣產(chǎn)生影響，測試整車發(fā)電機極限發(fā)電電流隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化曲線，整車在不同轉(zhuǎn)速下，電平衡的裕度同等重要。

將大功率的電子負載并聯(lián)在蓄電池的兩端，連接線應(yīng)牢靠，不得有松脫或短路的情況。整車下電狀態(tài)，調(diào)節(jié)電子負載的電流，使蓄電池以30A電流放電 10min 。車輛啟動待怠速穩(wěn)定，打開不受溫度影響或間歇工作的負載（如燈光、鼓風(fēng)機等），調(diào)節(jié)電子負載的電流逐漸增大，保持蓄電池充電電流 0～ 2A之間。從試驗開始，以 1Hz 的采樣頻率記錄發(fā)電機電流的變化數(shù)據(jù)，待發(fā)電機發(fā)電電流穩(wěn)定后開始測試。發(fā)動機轉(zhuǎn)速設(shè)定為怠速、怠速（開空調(diào)）、1000r/min?1200r/min?1500r/min?2000r/min?3000r/min_o 將不同轉(zhuǎn)速下的整車發(fā)電機發(fā)電電流結(jié)果，繪制成發(fā)電機發(fā)電電流隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的曲線。

2.4整車狀態(tài)DC/DC轉(zhuǎn)換性能測試

DC/DC工作受到外界影響因子較小，一般采用測試整車狀態(tài)額定功率工作2h功率不衰減其性能判定為較優(yōu)。

3試驗數(shù)據(jù)處理

3.1混動及純電動汽車極限發(fā)電電流的確定

因混動及純電動汽車的DC/DC額定輸入受常規(guī)工況使用溫度影響較小，極限發(fā)電電流可直接采用DC/DC的臺架數(shù)據(jù)。

3.2不同轉(zhuǎn)速下整車發(fā)電機極限發(fā)電電流計算

某一轉(zhuǎn)速發(fā)電機極限發(fā)電電流 Σ=Σ 溫度變化曲線中調(diào)整溫度對應(yīng)的怠速發(fā)電機極限發(fā)電電流 + 轉(zhuǎn)速補償值。

其中，轉(zhuǎn)速補償值 轉(zhuǎn)速變化曲線中轉(zhuǎn)速對應(yīng)的發(fā)電機極限發(fā)電電流-轉(zhuǎn)速變化曲線中怠速發(fā)電機極限發(fā)電電流。

3.3發(fā)電機極限發(fā)電電流溫度變化曲線

將整車發(fā)電機的極限發(fā)電電流隨發(fā)電機線圈溫度變化數(shù)據(jù)，繪制成發(fā)電機的極限發(fā)電電流隨發(fā)電機線圈溫度變化的曲線，如圖2所示。

3.4發(fā)電機極限發(fā)電電流轉(zhuǎn)速變化曲線

將整車發(fā)電機極限發(fā)電電流隨轉(zhuǎn)速變化數(shù)據(jù)，繪制成發(fā)電機極限發(fā)電電流隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的曲線，如圖3所示。

4總結(jié)

本試驗方案研究總結(jié)了不同車輛類型的特征及使用場景，可以快速準(zhǔn)確地判斷車輛的電平衡是否滿足使用的需求，對整車狀態(tài)的發(fā)電機發(fā)電性能、DCDC性能提出了驗證方法，系統(tǒng)有效地評價車輛電源匹配是否良好。同時可根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對整車匹配優(yōu)化降低成本和故障風(fēng)險，全面提升產(chǎn)品力。

參考文獻

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[3]賴建文，蘇秀花，王堅.整車電平衡的計算及驗證[J].客車技術(shù)與研究，2023，45（4）：45-48.

（編輯楊凱麟）