原理设计11:整车电平衡与静态电流计算方法

2020年10月14日
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整车电平衡是发电机选用的一项重要目标,发电机额定功率选大了,会造成重量的增加和成本的浪费,选小了,满足不了整车的用电情况,将会导致蓄电池馈电,使车辆无法运转。因此需要进行整车电平衡计算的理论分析,完成整车电平衡计算分析报告。

1什么是整车电平衡?

我们通常说的整车电平衡是指发电机,蓄电池,整车用电器在一定时间内达到电能产生和消耗达到稳定的一种平衡状态。

实际上,整车用电平衡分为静态电平衡(和蓄电池的选型有关)和动态电平衡两种。

静态电平衡是指车辆不使用的情况下,静置一段时间后依旧能够保证汽车的正常启动。

动态电平衡是指在各种环境工况下,汽车发电机所发的的电量都能满足整车用电器消耗的电量,同时有一部分富余的电量给蓄电池充电,从而保证整车用电平衡。

原理设计11:整车电平衡与静态电流计算方法

图:整车电源系统连接关系(来源:汽车电器)

2整车电平衡设计流程

原理设计11:整车电平衡与静态电流计算方法

图:电平衡设计示意图(来源:汽车电器)

对流程图的解读:

根据发动机的起动特性曲线,确定起动机的型号。根据起动机的输出特性曲线初步确认蓄电池的容量。再根据整车静态电流及蓄电池的自损耗对蓄电池的容量进行修正,从而达到整车静态电平衡。

根据整车用电器功率,使用频度进行发电机的选型,使在不同使用环境和使用工况下,发电机所发的电量能够满足整车用电器用电,同时又能够对蓄电池进行充电,从而达到整车动态电平衡。

1)整车静态电平衡分析计算

原理设计11:整车电平衡与静态电流计算方法

图:静态电流计算公式(来源:汽车电器)

整车静态电流计算公式的解读:

根据起动机的输出特性曲线初步确认了蓄电池的容量,在通过确定T的值,T值根据企业的定义,一般为30天,然后就可以计算出整车静态电流的大小。

如果发现各用电器理论累计的静态电流过大,则需要通过降低各用电器静态电流的大小,或者改变用电器的取电方式(需具体分析),如果都不行则考虑增加蓄电池的容量,对蓄电池的选型进行修正。

一般来讲,蓄电池的容量加大,蓄电池的外形尺寸也会加大,整车重量也会明显增加,同时成本也增加显著,还是很具有挑战的!

2)整车动态电平衡的计算分析

整车动态电平衡分析的目的是选择合适的发电机,确保发电机所发的电量充足。

整车使用工况有如下8种,即平常日间、平常夜间、冬季日间、冬季夜间、冬季雪夜、夏季日间、夏季夜间、夏季雨夜。基本上夏季雨夜,冬季雪夜的工况下使用的用电器最多,此时整车用电量最多,也因此我们通常只计算分析这两个工况,这两个工况能过满足的话,那其他工况也可以满足。

有两种方法进行计算分析:

方法一:对典型工况(夏季雨夜和冬季雪夜)所有使用的用电器的电流进行累加,发电机在该工况下发出的电量需要大于这个值。

方法二:对典型工况(夏季雨夜和冬季雪夜)下整车所有用电器电流加权值进行累加,发电机在该工况下发出的电量需要大于这个值。

我个人认为方法一很无脑,不用纠结(拍脑袋)去定义各种频度系数,只是最后计算出的电流值可能更大,有点浪费。而且,现在基本上所有的期刊,大部分公司的企业标准都是定义的第二种方法,这里就稍微介绍下。

对于方法1,可以无脑的进行计算分析,当然前提是不要有遗漏,这里不再赘述。

对于方法2,需要将每个用电器进行分类,一般分为3类,即A类长时间连续工作,B类短期工作的,C随机使用的。对于A类,使用频度系数为1,对于B类,C类需要根据实际情况进行赋值。(可以参考公司企业标准,或者同行的标准定义)。加权值即为:I加权=I工作*U频度。

统计所有用电器的消耗的电流大小,再乘以时间系数去分析计算。如下表所示。

原理设计11:整车电平衡与静态电流计算方法

根据上表,取最大值进行分析校核。发电机的最大输出的电流需大于其中的最大值。

3总结

在文章里,给出了整车静态电流的计算公式及静态电流不满足要求下的解决方法,也给出了2种分析整车动态电平衡的方法,重点介绍了大家常用的方法2,即加权分析法。但是就像开头说的那样,任何理论计算都需要辅助必要的实验去进行验证,形成闭环设计的理念。因此,大家别忘记进行相关的实验进行验证。

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