唐極峰 秦剛

（東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司，廣西 柳州 545005）

【摘 要】蓄電池是整車(chē)電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能決定了整車(chē)存放性能及啟動(dòng)性能。若所選蓄電池性能不符合要求，會(huì)影響整車(chē)性能；若性能過(guò)于富余，又會(huì)造成成本浪費(fèi)。文章主要介紹了一種蓄電池選擇的流程及方法，經(jīng)過(guò)多款車(chē)型的實(shí)際驗(yàn)證，可用于蓄電池的合理選擇，既可保證整車(chē)的靜置及啟動(dòng)性能，又可以有效地控制蓄電池的成本。

【關(guān)鍵詞】蓄電池選擇；容量；低溫啟動(dòng)電流；靜態(tài)電流；靜置時(shí)間

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM912 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）05-0082-03

1 概述

通常所說(shuō)的汽車(chē)蓄電池指的是汽車(chē)啟動(dòng)用鉛酸蓄電池。作為車(chē)輛電源系統(tǒng)的重要組成部分，顧名思義其主要功能就是啟動(dòng)和蓄電。具體來(lái)說(shuō)，蓄電池的主要功能包含以下幾個(gè)方面。

（1）啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間為啟動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)等與啟動(dòng)相關(guān)的系統(tǒng)或零部件提供電能。

（2）維持整車(chē)靜態(tài)電流消耗。在整車(chē)下電后，為整車(chē)各控制單元或用電器的儲(chǔ)存、記憶模塊的工作提供電能。

（3）穩(wěn)定整車(chē)電氣系統(tǒng)電壓。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，充當(dāng)電容，穩(wěn)定整車(chē)電氣系統(tǒng)電壓，緩解電壓沖擊給整車(chē)電子設(shè)備造成的損害。

（4）整車(chē)電器設(shè)備供電。在發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)、發(fā)電機(jī)故障或特定工況下，發(fā)電機(jī)輸出能力不足時(shí)參與整車(chē)電氣系統(tǒng)供電。

以上幾點(diǎn)蓄電池的主要功能，其中最為關(guān)鍵的就是啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和維持整車(chē)靜態(tài)電流消耗。本文所講述的汽車(chē)蓄電池選擇方法，主要是衡量蓄電池在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和維持整車(chē)靜態(tài)電流消耗這2個(gè)方面的性能。

本文主要介紹了在選擇蓄電池時(shí)，相關(guān)性能參數(shù)的理論計(jì)算方法，以及蓄電池選擇實(shí)車(chē)驗(yàn)證方法等內(nèi)容。所涉及的理論計(jì)算方法，與整車(chē)供電系統(tǒng)及啟動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和特性十分匹配，旨在提供一種快捷、準(zhǔn)確、有效的流程和方法，作為新車(chē)型蓄電池選擇的指導(dǎo)和依據(jù)。

2 蓄電池選擇方法

衡量蓄電池性能的主要指標(biāo)包含20 h率容量（簡(jiǎn)稱容量）及低溫啟動(dòng)電流2個(gè)方面。其中，容量決定其維持整車(chē)靜態(tài)電流消耗的能力，而低溫啟動(dòng)電流決定其啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的能力。因此，蓄電池的選擇，主要就是確定其容量及低溫啟動(dòng)電流。

2.1 蓄電池選擇流程

一般蓄電池選擇主要包含以下步驟：①蓄電池容量及低溫啟動(dòng)電流計(jì)算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式及必要的車(chē)輛技術(shù)參數(shù)計(jì)算。②蓄電池初步選型。根據(jù)容量及低溫啟動(dòng)電流計(jì)算結(jié)果，從供應(yīng)商的產(chǎn)品庫(kù)中尋找數(shù)款符合要求的蓄電池型號(hào)。③蓄電池布置及型號(hào)確定。供應(yīng)商提供初選蓄電池的3D數(shù)據(jù)，然后在整車(chē)上進(jìn)行布置，確定一個(gè)最優(yōu)方案。④蓄電池選擇實(shí)車(chē)驗(yàn)證。實(shí)車(chē)驗(yàn)證所選蓄電池的參數(shù)是否滿足整車(chē)性能設(shè)計(jì)要求，若不滿足則需重新選型。⑤蓄電池定型。若實(shí)車(chē)驗(yàn)證通過(guò)，則蓄電池最終定型。蓄電池選擇流程圖如圖1所示。

2.2 蓄電池容量計(jì)算

蓄電池容量計(jì)算有2種較為通用的方法。

2.2.1 經(jīng)驗(yàn)值法

該方法主體思路是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算蓄電池容量的大致范圍，然后根據(jù)競(jìng)品車(chē)型的情況選擇近似的容量。

蓄電池容量計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式：

Cn=（450～600）P/U

其中：Cn為蓄電池20小時(shí)率額定容量，單位為A·h；P為啟動(dòng)機(jī)額定功率，按kW計(jì)；U為蓄電池標(biāo)稱電壓值。

以某三廂轎車(chē)為例，其發(fā)動(dòng)機(jī)所匹配的啟動(dòng)機(jī)額定功率為1.2 kW，則該車(chē)蓄電池容量經(jīng)驗(yàn)值：

Cn=（450～600）P/U=（45～60）A·h

該車(chē)蓄電池容量在45～60 A·h范圍內(nèi)選擇，可參考該車(chē)的競(jìng)品確定。

2.2.2 靜態(tài)電流法

經(jīng)驗(yàn)值法的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速，但也存在選擇范圍大、不夠準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。而靜態(tài)電流法則是一種更為準(zhǔn)確的方法。該方法主體思路是保證蓄電池在整車(chē)下電后且未拔負(fù)極電纜的情況下，靜置一定的天數(shù)后仍能正常啟動(dòng)。

整車(chē)靜置時(shí)的蓄電池電能消耗主要有2個(gè)部分：①整車(chē)控制單元或用電器靜態(tài)電流消耗；②蓄電池自放電。一般用自放電率表示，通常定義為容量的1‰每天。

蓄電池容量的計(jì)算公式：

80%Cn-I×24×T-1‰Cn×T≥40%Cn

換種表達(dá)方式：

Cn≥（I×24×T）/（80%-40%-1‰×T）

其中：Cn為蓄電池20小時(shí)率額定容量，單位為A·h；I為整車(chē)靜態(tài)電流，即各控制單元或用電器靜態(tài)電流之和，單位為mA；T為整車(chē)靜置天數(shù)，根據(jù)各車(chē)廠要求而定，一般推薦42 d；80% Cn為車(chē)輛下線或下電時(shí)蓄電池剩余容量；40% Cn為保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)的蓄電池最低容量。

同樣以某三廂轎車(chē)為例，下電時(shí)仍有靜態(tài)電流消耗的控制單元或用電器及其靜態(tài)電流值見(jiàn)表1。

由表1可計(jì)算出該車(chē)整車(chē)靜態(tài)電流：

I=∑in≤14.2 mA

該車(chē)計(jì)算蓄電池容量：

Cn≥（I×24×T）/（80%-40%-1‰×T）

=（14.2×10-3×24×42）/（80%-40%-1‰×42）≈40 A·h

2.3 蓄電池低溫啟動(dòng)電流計(jì)算

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)主要是依靠啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，而發(fā)動(dòng)機(jī)要正常運(yùn)轉(zhuǎn)必須維持在一定的轉(zhuǎn)速（也稱之為拖動(dòng)轉(zhuǎn)速）之上。因此，要求發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速必須不小于拖動(dòng)轉(zhuǎn)速，即啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)不小于發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速與啟動(dòng)傳動(dòng)比之乘積：

nS≥nEmin×i

其中：nS為啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；nEmin為發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速，單位為r/min；i為啟動(dòng)傳動(dòng)比。

若已知啟動(dòng)機(jī)的特性曲線，則可知在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間啟動(dòng)機(jī)的電樞電流IS，蓄電池的低溫啟動(dòng)電流ICC應(yīng)大于IS?？紤]到蓄電池在極端低溫下的啟動(dòng)能力會(huì)大幅降低，同時(shí)實(shí)際上車(chē)輛熄火后蓄電池并不能完全保證滿電狀態(tài)。為保證可靠啟動(dòng)，應(yīng)乘以一個(gè)安全系數(shù)，按以往經(jīng)驗(yàn)一般取1.5左右。即：

ICC>1.5×IS

還是以某三廂轎車(chē)為例，其發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速為70 r/min，啟動(dòng)傳動(dòng)比為16.5，即發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間啟動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：

nS≥nEmin×i=1 155 r/min

從該車(chē)啟動(dòng)機(jī)特性曲線圖（如圖2所示）可知，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間啟動(dòng)機(jī)的電樞電流IS約260 A，則該車(chē)蓄電池低溫啟動(dòng)電流：

ICC>1.5×IS=390 A

綜上，該三廂轎車(chē)的蓄電池可選擇容量不低于45 A·h，低溫啟動(dòng)電流不低于390 A的型號(hào)。

2.4 蓄電池布置及型號(hào)確定

將供應(yīng)商提供的初選蓄電池3D數(shù)據(jù)布置到機(jī)艙中進(jìn)行對(duì)比，并選擇最優(yōu)的布置方案，同時(shí)應(yīng)該兼顧到成本最優(yōu)的原則。關(guān)于蓄電池的布置方法，本文不做重點(diǎn)闡述。

綜合以上各方面的因素，該車(chē)最終選擇型號(hào)為54534的蓄電池，容量為45 A·h，低溫啟動(dòng)電流為410 A。滿足計(jì)算值。

3 蓄電池選擇驗(yàn)證

上述蓄電池容量及低溫啟動(dòng)電流計(jì)算一般是基于理論設(shè)計(jì)值及實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，并不能完全反映實(shí)車(chē)的真實(shí)情況。為保證蓄電池選擇的準(zhǔn)確性，一般都應(yīng)進(jìn)行蓄電池選擇實(shí)車(chē)驗(yàn)證，主要包含2個(gè)部分：靜置時(shí)間試驗(yàn)及低溫啟動(dòng)試驗(yàn)。

3.1 實(shí)車(chē)靜置時(shí)間試驗(yàn)

主要目的是檢驗(yàn)所選蓄電池是否能滿足車(chē)輛靜置時(shí)間設(shè)計(jì)值的要求。

首先，要進(jìn)行整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)量。步驟如下：①車(chē)輛熄火下電。②斷開(kāi)蓄電池負(fù)極線纜，在負(fù)極線纜及蓄電池負(fù)極樁頭之間串聯(lián)接入萬(wàn)用表，選擇“A”擋。③車(chē)輛靜置30 min以上。④萬(wàn)用表調(diào)到“mA”擋，測(cè)量并記錄車(chē)輛此時(shí)的靜態(tài)電流值。

說(shuō)明：若實(shí)際整車(chē)靜態(tài)電流小于計(jì)算值較多，必要時(shí)可評(píng)估蓄電池容量是否選擇過(guò)大；若整車(chē)靜態(tài)電流大于計(jì)算值，則需分別檢測(cè)各控制單元或用電器的靜態(tài)電流是否存在超標(biāo)，并應(yīng)按設(shè)計(jì)值整改完畢后重新測(cè)量。

其次，進(jìn)行整車(chē)靜置，步驟如下：①用充放電設(shè)備將蓄電池充放電至80%的容量（從圖3所示的蓄電池SOC曲線上找出對(duì)應(yīng)的電壓值，蓄電池充放電后的開(kāi)路電壓符合該電壓值）。②將蓄電池安裝到待測(cè)試車(chē)輛上，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到ON擋后迅速回到OFF擋，拔出鑰匙并給車(chē)輛上鎖。③車(chē)輛在常溫下靜置42 d。

最后，進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試，步驟如下：①測(cè)量蓄電池開(kāi)路電壓，從SOC曲線尋找對(duì)應(yīng)容量，確認(rèn)蓄電池剩余容量是否達(dá)到40%SOC以上。②車(chē)輛解鎖，啟動(dòng)車(chē)輛，確認(rèn)車(chē)輛是否能一次啟動(dòng)成功。

3.2 實(shí)車(chē)低溫啟動(dòng)試驗(yàn)

主要是驗(yàn)證所選蓄電池能否滿足整車(chē)極端低溫環(huán)境下啟動(dòng)要求。步驟如下：①按本文“3.1”的方法將蓄電池充放電至80%的容量。②將測(cè)試車(chē)輛在-20 ℃環(huán)境艙中放置8 h。③連接好測(cè)試設(shè)備，啟動(dòng)車(chē)輛，記錄車(chē)輛啟動(dòng)過(guò)程中蓄電池電壓變化曲線。④在-30 ℃環(huán)境艙條件下，按上述方案再進(jìn)行一次測(cè)試。

從蓄電池電壓變化曲線上讀取車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)間及蓄電池電壓最小值，應(yīng)滿足表2的參數(shù)要求。

4 總結(jié)

蓄電池的容量和低溫啟動(dòng)電流與整車(chē)性能及蓄電池的成本有直接的聯(lián)系。容量及低溫啟動(dòng)電流選擇不足，會(huì)使整車(chē)的靜置及啟動(dòng)性能降低；若選擇過(guò)于富余，則造成成本的浪費(fèi)。本文介紹的蓄電池容量及低溫啟動(dòng)電流選擇方法，經(jīng)過(guò)多款車(chē)型實(shí)際驗(yàn)證，可用于蓄電池的合理選擇，既可保證整車(chē)的靜置及啟動(dòng)性能，又可以有效地控制蓄電池的成本。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張明森.汽車(chē)的電量平衡計(jì)算[J].汽車(chē)電器，2010（10）.

[2]付國(guó)良.整車(chē)電平衡設(shè)計(jì)及驗(yàn)證方法[J].汽車(chē)電器，2015（1）.

[3]石志勇，韓勇，王宜海.汽車(chē)電平衡匹配設(shè)計(jì)淺析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2015（4）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡(jiǎn)介】唐極峰，男，湖南衡南人，工學(xué)學(xué)士，東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司PV技術(shù)中心電器系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)師，助理工程師，從事汽車(chē)蓄電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)及整車(chē)電平衡匹配計(jì)算等工作；秦剛，男，廣西興安人，工學(xué)學(xué)士，東風(fēng)柳州汽車(chē)有限公司PV技術(shù)中心電器系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師，工程師，從事整車(chē)電器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作。