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摘要:本文介绍燃油重卡车型电平衡试验方法,具体包括试验工况选取、试验结果评价准则。以某车型为例,通过不同工况下试验数据分析,评估发电机及蓄电池选型合理性。
关键字:商用车;电平衡试验;发电机
引言:整车电平衡是研究整车电源系统电能供给和消耗之间的平衡关系,即发电机、蓄电池、和其他各种用电设备之间的电能产生与消耗的动态平衡。
汽车电气系统的电量平衡,决定着汽车能够正常启动和行驶,是汽车电气系统设计中一项重要的环节。对发电机有效输出功率与整车电器耗电量优化匹配,既能保证蓄电池正常充放电工作,延长发电机与蓄电池寿命,同时又能降低发电机成本和油耗量。为达到电气系统设计既满足设计要求,又不会因产生设计裕量过大而增加成本,需对整车电气系统电平衡理论设计进行试验验证。保证车辆在不同地区环境温度条件下可以正常起动,同时又能降低蓄电池成本和油耗量。
1 被测性能参数
针对车辆的供耗电系统开展电平衡试验,用以获取蓄电池、发电机、电器负载之间电能供应与消耗的关系,评估电源系统选型的合理性。蓄电池电流及电压、发电机电流及电压、大功率负载电流及电压、发动机舱的等关键位置温度、总线信号。电平衡试验接线示意见图1。
图1电平衡试验接线示意图
通过蓄电池电流电压参数的监控,评估蓄电池SOC变化量、充放电电流、平均电压及瞬态电压是否满足设计要求。
通过发电机电流电压以及发动机舱关键位置的温度,评估发电机不同环境下输出能力以及设计冗余量是否满足驻车空调的补电需求。
通过总线信号以及其他负载电流电压参数辅助分析各工况下发电机输出电流的分布情况,为功耗管控及策略优化提供参数依据。
典型监控参数及设备如表1。
通道 | 类型 | 测点 | 使用设备 |
ch001 | 电流 | 发电机 1 | 霍尔电流钳-200A |
ch002 | 电流 | 发电机 2 | 霍尔电流钳-200A |
ch003 | 电流 | 蓄电池正极1 | 霍尔电流钳-100A |
ch004 | 电流 | 蓄电池正极2 | 霍尔电流钳-100A |
ch005 | 电流 | 蓄电池负极 | 分流计-200A |
ch006 | 电流 | 鼓风机 | 分流计 |
ch007 | 电流 | 雨刮喷淋 | 分流计 |
ch008 | 电流 | 近光灯 | 分流计 |
ch009 | 电流 | 远光灯 | 分流计 |
ch010 | 电流 | 前雾灯 | 分流计 |
ch011 | 电压 | 发电机 | 模块电压测试通道 |
ch012 | 电压 | 蓄电池 | 模块电压测试通道 |
ch014 | 电压 | 鼓风机 | 模块电压测试通道 |
ch015 | 电压 | 中央配电盒常电 | 模块电压测试通道 |
ch016 | 电压 | 中央配电盒开关电 | 模块电压测试通道 |
ch017 | 温度 | 发电机出风口翘起5cm | K型热电偶(贴片式) |
ch018 | 温度 | 蓄电池正上方 | K型热电偶(贴片式) |
ch019 | 温度 | 发动机正上方线束 | K型热电偶(贴片式) |
ch020 | 温度 | 环境 | K型热电偶(贴片式) |
ch021 | 总线信号 | OBD | 总线监控设备 |
表1 典型监控参数
2 试验工况及评价准则
商用车将开展三种气候条件试验:夏季雨夜、冬季雪夜、常温。夏季雨夜40±5℃,93%~97%RH;冬季雪夜-35±5℃(推荐的路试环境温度);常温23℃±5℃。如果条件允许,可将车辆在试验工况环境中浸泡6~12小时,更能达到极限工况。
整车电平衡测试包括多种测试工况:郊区(包含红绿灯)工况、怠速工况以及高速工况。郊区(包含红绿灯)工况模拟了车辆在一个拥堵的郊区道路上运行的工况,包括短时怠速、起停循环和低速行驶的操作。
郊区(包含红绿灯)可在带转毂环境舱或道路上开展。环境舱运行C-WTVC循环工况,见图2。完成4个完整的郊区(包含红绿灯)工况循环。道路测试时车辆行驶平均车速需控制在25km/h左右,行驶时间120分钟。高速工况将车辆加速至70km/h以上,车辆运行120分钟。怠速工况保持车辆怠速,并使车辆为空挡状态,踩下制动踏板,保持制动灯点亮状态,记录120分钟数据。
图2 C-WTVC循环工况
郊区(包含红绿灯)和怠速工况运行不少于8h,保证蓄电池充满电。
各工况评价准则见表2。
环境 | 典型工况 | 充放电平均电流/A | 蓄电池 SOC变化 | 试验过程中的平均电压/V | 试验过程中的瞬态电压/V | 备注 |
夏季 | 郊区(包含红绿灯) | >0 | >0 | >25.8 | 低于23V的累计时间不超过5s | 按照最大功耗状态开启负载,分别开展蓄电池SOC30%、50%、80%测试 |
高速 | >0 | >0 | >25.8 | / | ||
怠速 | / | 允许放电,试验后电池SOC应满足最低起动要求 | / | 蓄电池最低电压≥22V,且电池电压低于23V的持续时间<5s | ||
冬季 | 城市(或郊区) | >0 | >0 | >26.2 | 低于23V的累计时间不超过5s | |
高速 | >0 | >0 | >26.2 | / | ||
怠速 | / | 允许放电,试验后电池SOC应满足最低起动要求 | / | 蓄电池最低电压≥22V,且电池电压低于23V的持续时间<5s | ||
常温 | 郊区(包含红绿灯) | >0 | >0 | >25.8 | 低于23V的累计时间不超过5s | 位置灯、近光灯、远光灯开启,其他负载根据司机习惯开启,开展蓄电池SOC30%测试,要求8h可电至蓄电池SOC90%以上 |
怠速 | >0 | >0 | >25.8 | 低于23V的累计时间不超过5s | 仅开启双闪、刹车灯,其他负载关闭,开展蓄电池SOC30%测试,要求8h可电至蓄电池SOC90%以上 |
表2 试验工况及评价准则
3 某燃油重卡车型试验结果分析
以某燃油重卡车型为例,将不同工况的结果进行简单分析。开展实车道路试验,采用高精度数据采集设备记录全程数据。夏季雨夜高速、郊区、怠速工况(蓄电池30%SOC)、常温郊区(8h)及常温怠速(8h)试验数据如图3至图7及表3所示。
图3 夏季雨夜高速工况
图4 夏季雨夜市郊工况
图5 夏季雨夜怠速工况
图6 常温郊区(8h)工况
图7 常温怠速(8h)工况
序号 | 采集位置 | 蓄电池充电电量Ah | ||||
夏季雨夜高速工况 | 夏季雨夜市郊工况 | 夏季雨夜怠速工况 | 常温郊区(8h)工况 | 常温怠速(8h)工况 | ||
1 | 蓄电池 | 70.608 | 92.345 | 76.21 | 132.139 | 144.149 |
序号 | 车载电器 | 电流消耗A(平均值) | ||||
夏季雨夜高速工况 | 夏季雨夜市郊工况 | 夏季雨夜怠速工况 | 常温郊区(8h)工况 | 常温怠速(8h)工况 | ||
1 | 发电机 | 75.453 | 72.283 | 62.754 | 33.237 | 25.154 |
2 | 蓄电池正极 | 35.481 | 45.968 | 38.502 | 16.326 | 16.882 |
3 | 蓄电池负极 | 35.311 | 46.12 | 38.113 | 16.360 | 17.044 |
4 | 前雾灯电流 | 4.929 | 4.782 | 0 | 0 | 0 |
5 | 左近光灯电流 | 2.519 | 2.455 | 0 | 2.5813 | 0 |
6 | 左远光灯电流 | 2.455 | 2.482 | 0 | 0 | 0 |
7 | 鼓风机电流 | 7.035 | 7.093 | 6.8075 | 0 | 0 |
序号 | 车载电器 | 电压V(平均值) | ||||
夏季雨夜高速工况 | 夏季雨夜市郊工况 | 夏季雨夜怠速工况 | 常温郊区(8h)工况 | 常温怠速(8h)工况 | ||
1 | 发电机 | 27.735 | 27.098 | 26.809 | 28.313 | 28.294 |
2 | 蓄电池 | 27.235 | 26.981 | 26.379 | 28.054 | 28.048 |
序号 | 采集位置 | 温度℃(最大值) | ||||
夏季雨夜高速工况 | 夏季雨夜市郊工况 | 夏季雨夜怠速工况 | 常温郊区(8h)工况 | 常温怠速(8h)工况 | ||
1 | 环境温度 | 35.75 | 40.55 | 42.82 | 14.89 | 13.23 |
2 | 发电机出风口温度 | 96.5 | 73.98 | 48.75 | 54.95 | 48.75 |
3 | 蓄电池上方温度 | 36.71 | 56.17 | 46.57 | 12.53 |
表3 各工况数据表
发电机平均发电电流75.453A,蓄电池平均充电电流(蓄电池负极电流)35.311A。发电机平均电压27.735V,蓄电池平均电压27.235V。发电机出风口温度最大值96.5℃。根据测试数据知,测试过程中蓄电池以35.311A电流充电,该工况蓄电池SOC变化率为35.311*2/220=32.1%>0%,共充进电量为70.608Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下,发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。
发电机平均发电电流72.283A,蓄电池平均充电电流(蓄电池负极电流)46.12A。发电机平均电压27.098V,蓄电池平均电压26.981V。发电机出风口温度最大值73.98℃。根据测试数据知,测试过程中蓄电池以46.12A电流充电,该工况蓄电池SOC变化率为46.12*2/220=41.9%>0%,共充进电量为92.345Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下,发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。
发电机平均发电电流62.754A,蓄电池平均充电电流(蓄电池负极电流)38.113A。发电机平均电压26.809V,蓄电池平均电压26.379V。发电机出风口温度最大值48.75℃。根据测试数据知,测试过程中蓄电池以38.113A电流充电,该工况蓄电池SOC变化率为38.113*2/220=34.64%>0%,共充进电量为76.21Ah。发电机能够满足该工况下已开启的车载电器功率消耗。在该工况下,发电机、蓄电池以及其他已开启电器负载满足动态平衡。
发电机平均发电电流33.237A,蓄电池平均充电电流(蓄电池负极电流)16.360A。发电机平均电压28.313V,蓄电池平均电压28.054V。发电机出风口温度最大值54.95℃。
根据测试数据知,测试过程中蓄电池以16.360A电流充电,该工况蓄电池SOC变化率为16.360*8/220=58.2%>0%,试验后蓄电池SOC为88.2%<90%,共充进电量为132.139Ah。发电机在该工况下不满足8h充电至90%SOC要求,建议增大发电机额定功率。
发电机平均发电电流25.154A,蓄电池平均充电电流(蓄电池负极电流)17.044A。发电机平均电压28.294V,蓄电池平均电压28.048V。发电机出风口温度最大值48.75℃。
根据测试数据知,测试过程中蓄电池以17.044A电流充电,该工况蓄电池SOC变化率为17.044*8/220=61.8%>0%,试验后蓄电池SOC为91.8%>90%,共充进电量为144.149Ah。发电机在该工况下满足8h充电至90%SOC要求。
结语:商用车电平衡设计时考虑的因素与乘用车不同导致验证方法上也存在差异,比如商用车增加了驻车空调的功能,以满足夜间休息舒适性的需求,随之而来的问题即如何确保蓄电池不过度放电引起无法启动,本文详细介绍了燃油重卡的电平衡试验方法,以某车型为例进行了试验数据分析,发现了车型存在的问题并提供了优化建议。