电平衡计算FROM胡燕

整车电平衡计算1 车型、机型运行工况分析车型运行工况分析发动机主要参数确认2 确定起动机 3 确定蓄电池4整车电负荷计算整车电负荷分类 整车电负荷列表整车电负荷计算5确定发电机 发电机最大额定电流确定发电机怠速/低速额定电流确定大负荷工况性能确定发电机性能、效率分析确定发电机6电源电路7电平衡试验验证电平衡试验规范参考文献概述整车电平衡原则：发电机必须在所有运行工况下，能够给整车电气系统提供足够的电能，同时又能保证给蓄电池充电；即所选定的发电机的特性能够使发电机产生的电流至少等于相同工况下的电负荷的消耗。发电机发动机驱动起动机蓄电池电气负载 电平衡计算分为：1. 车型、机型运行工况分析2. 确定起动机 3. 确定蓄电池 4. 电负荷计算5. 发电机选取及特性分析6. 电平衡试验验证1车型、机型运行工况分析为计算起动机参数、蓄电池参数、整车电负荷、确定电负荷计算时的加权系数、发电机工作时转速的分布、发电机转换效率等，首先要确认车型和发动机机型，明确车辆使用条件、行驶条件等，如白天、夜晚，热带、寒带，各种路况行驶比例等，在此基础上才能进行比较实际、准确的分析。1.1车型运行工况分析：1.1.1明确车型的定义。如公务型、出租型等。车型定义不同，车辆使用状况也不同。如出租车l 整车电负荷增加出租车顶灯、计价器等；l 电负荷计算时的加权系数也不同，基本全天运行，夜间运行时间要超出公务车、私用车等，尤其在大负荷计算时要考虑极端使用情况；l 车辆运行工况基本上是城市运行工况，要注意上下班高峰、市内堵车、长期低速行车等。1.1.2按车型定义，分析车辆的具体运行工况，以此确认发动机转速的累积频率，如下图所示：（是否有中国的车辆行驶循环，否则需要以欧洲、日本、美国的车辆行驶循环作参考。需要从道路试验，得到具体的数据，以便进一步分析）。 （车型定义不同，发动机转速工况也会有很大差异，例如车型定义为出租车，一般工作在车流拥挤的城市工况，因此发动机系统怠速工作时间长）。 1.2发动机相关参数确认项目参数备注发动机类型 汽油机、柴油机起动扭距计算出起动电流，依此选择蓄电池。发动机怠速转速发电机怠速转速速比*发动机怠速转速发动机最大转速一般汽油机5200r/min、柴油机4500 r/min发电机速比速比为一范围，在选定发电机，并进行特性调整后，再确定具体值。一般轿车为23，重型车可以达到5。下表是几种车型轮系比较：4GE改造CA7180CA7182Audi2.4CA7202E3MazdaM6发动机怠速780800650发动机最大转速曲轴皮带轮15016013314016065155发电机皮带轮6070606557发电机速比2.52.292.332.462.72 2 确定起动机 2.1决定起动机功率（）决定起动机功率的要素对决定起动机功率产生影响的因素有，发动机的起动转距，蓄电池的容量（低温性能），起动电线束电阻（包括接触电阻）。 决定了起动机功率后，再用低温起动性确定蓄电池的容量。 为使起动机性能发挥至最大，应尽力减少蓄电池起动机之间的起动电线束电阻。使发动机起动的最低曲轴转速（最低起动转速）因发动机不同而不同，根据经验柴油发动机的起动转速如下。表-1种类最小起动转速（rpm）备考（）大型发动机蓄电池起动机之间电线尺寸：60mm 2中型发动机蓄电池起动机之间电线尺寸：40mm2 实际的起动机功率计算排气量和起动机功率的关系曲线发动机排气量起动机的输出功率(12)3 确定蓄电池容量影响电平衡的因素：行驶条件、设定电压、负荷状态、环境温度等。一、 温度和起动容量和放电电流：容量大，放电电流大，工作低温性能好。容量和电解液冰点：充电少，电解液密度小，凝点低，易结冰。温度低，需要起动电流大，蓄电池容量和电压下降快，起动困难，因此冬季要保证电池的充电状态，可采用大功率蓄电池。二、 温度和设定电压夏季过充，冬季不足，采用带温度补偿的调节器。 12V蓄电池可采用13.5V15V电压充电。三、 行驶条件和充放电要考虑：行驶条件市区、郊外、高速、堵车用途营运、私用、公务负荷状态温度四、暗电流与蓄电池的容量必须根据车辆放置时的暗电流研讨蓄电池的容量。假设车辆在车库等处的存放时间为90天时，其判断标准由以下算式表示。暗电流（）天（）蓄电池的5小时容量（）5 因此选择蓄电池时要根据：使用条件、行驶条件、发电机功率、环境温度、整车暗电流。4整车电负荷计算2.1整车电负荷分类 整车电负荷分为： l 持续工作：l 长时工作：l 间歇工作：2.2整车电负荷列表（作整车电负荷列表时，部分可以参看电线束电负荷列表，具体条目可能会有所不同。但可以考虑制定整车统一电负荷列表，为电平衡计算、电线束设计、CAN总线设计、各控制系统设计、电气元件分类等，用EXCEL以便于筛选。）l 电负荷单位为安培，电压按14V计算。l 加权系数：持续工作和长时工作为1；间歇工作按使用情况给定，不同车型电负荷使用情况不一样，要考虑好加权系数。l 大负荷工作：为了考虑整车用电设备使用时最极端的情况，所以通常还要计算整车耗电量最大条件下的电流。即要考虑车辆电气系统最大负荷的工作情况，特别是间歇工作负荷。如南方夏季雨夜：水箱风扇高速工作，刮水器高速工作，空调系统工作，鼓风电机四档工作，音响系统工作、灯光系统工作；冬季北方雪夜等，此时所有持续工作和长时工作负荷也都同时工作，整车消耗电量最大。l 非正常工况：要考虑某些用户的不正当使用，如停车时长时使用音响系统、鼓风电机等。l 暗电流计算：主要是控制器、音响系统、防盗系统等的存储、工作电流。随着汽车电气控制系统的增加，整车暗电流也加大，现在暗电流一般速比*发动机最大转速3.2.发电机怠速额定电流Ii确定：max(P1+P2+P3)/14, 1.5*(P1+P2)/14, (P1+P2+Pd)/14？最佳max(P1+P2+P3)/14, 1.5*(P1+P2)/14, (P1+P2+Pd)/14I10I10：蓄电池容量的10。注意：发电机输出的充电电流不要过大，要防止蓄电池过充。（？因为车辆在怠速转速行车时间很短，所以此时按使用条件，应该计算低速车速发电机输出。城市最低车速20-40km/h，此时发动机最低转速为1000-1200rpm左右，这种估算可能更接近实际使用情况。）3.3. 发电机性能、效率分析3.3.1发电机输出特性的调整方式：l 调节发电机的速比通过调节发电机的速比，改变发电机转速工作区间，使发电机在发动机怠速转速时的输出满足3.2的要求；同时使发电机在发动机经常工作的转速范围内的输出效率最高。通常轿车发电机速比为2-3，但速比过大会带来负面影响：1. 高速时发电机转子离心力增加；2. 发电机噪声增加；3. 降低发电机轴承、碳刷等易磨损部件的寿命；4. 发电机对皮带的应力；5. 速比发电机最大转速/发动机最大转速。通常发电机最大转速为15000rpm，最高达到18000rpm。发电机速比由以下条件决定：1. 发动机曲轴的最大允许直径、发电机轴的最小允许直径；2. 发动机怠速和最高转速、发电机怠速和允许最高转速；3. 轮系、皮带的设计要求；4. 发电机散热风扇转速、风量的要求；5. 发电机转子、轴承、碳刷等使用寿命的要求。l 改善发电机的特性通过改善发电机和调节器的结构，能改变发电机输出特性，改善怠速和低速区域特性，提高发电机效率。1. 温度补偿特性图：调节器温度特性曲线2. 速度特性？ 图：调节器速度特性曲线3. 负荷特性？ 图：调节器负荷特性曲线温度补偿考虑环境温度对蓄电池充电的影响，需要改善发电机调节器温度特性。低温时输出电压高些，以弥补蓄电池充电困难；高温时输出电压低些，防止蓄电池过充。此时温度补偿的前提是蓄电池和电压调节器的环境相同，即电压调节器测出的温度是蓄电池的温度。但由于蓄电池和发电机安装的位置不同，而且通常发电机受发动机排气影响温度偏高，所以通常发电机不能在低温时提供必要的补偿。新的控制方式是将温度传感器安装在蓄电池上，然后将温度信号送给发电机调节器，以保证蓄电池获得最佳的充电效果。或者通过发动机系统控制。l 采用先进的发电机控制方式通过发动机控制系统，根据发动机和电负荷的工况，来控制发动机的转速，从而控制发电机的输出，以使整个供电系统在最佳状态下工作。3.3.2发电机效率图：发电机效率曲线发电机主要有三种能量损失：1. 铁损：由定子与转子之间的交变磁场的磁滞和涡流效应产生的。2. 铜损：由定子与转子绕组中的电阻产生的。3. 机械损失：主要是驱动发电机风扇功率损失和摩擦损失。3.3.2.1发电机型号与效率：在最终确定发电机型号时，要考虑最佳的燃油经济性。在正常工作条件下，发电机的效率约为4050。但大型号的发电机效率会更高些，而且完全可以弥补因重量增加而造成的对燃油经济性的影响，所以效率的最佳化要优于重量的最佳化。图： （发电机效率：汽油比热为43.5MJ/kg。密度为0.73kg/L,汽油单位体积热量为32MJ/L或8.8kw.h/L。如果发动机效率是40，发电机皮带传动效率是45，则1L汽油能提供1.6kw.h的电能。车重每增加10kg，百公里油耗增加约为0.1升。）3.3.2. 2发电机转速与效率：通常发电机在某一转速下效率最大。图：3.3.3.3发电机温度与效率：发电机温度增加，效率下降，温度主要由环境温度和发电机本身发热决定。发电机冷却方式有两种：风冷：通过发电机风扇冷却。其中有可分为内置风扇、外置风扇；单风扇、双风扇等不同方式。液冷：封闭式油冷却。一般用于重型发动机或工作环境特别恶劣的情况。3.4. 确定发电机在确定发电机性能后，选取适合型号的发电机。发电机特性一、 功率特性二、 温升和耐热三、 效率四、 机械特性五、 耐久性电压调节器影响因素：蓄电池特性及温度辅机类特性整车电线束发电机输出特性发动机起动性能车辆行驶条件电压调节器特性：温度补偿特性转速特性负荷特性选择发电机：输出功率速比发电机尺寸工作环境适应性电源电路大电流熔断器熔断器蓄电池负载 起动机发电机车架发动机(ex)(ex) 蓄电池电线的选定蓄电池电线，接地搭接线的选定，根据表的短时间容许电流选择所需要的线径。表公称尺寸短时间容许电流（）（参考）计算断面积（）秒分分分发电机和蓄电池之间的线束选定充电电路线束的选定，根据表的连续通电容许电流选择所需要的线径。按环境温度度条件，根据 的线束种类，环境温度条件来研究选定种类，尺寸。表项目发电机的额定输出（容量）适用电线尺寸连续通电容许电流（）8电平衡试验验证4.1电平衡试验规范车型：机型：发电机型号：蓄电池充电状态：80试验项目：1. 夏季、雨夜、怠速2. 冬季、雪夜、怠速3. 夏季、雨夜、低速4. 冬季、雪夜、低速5. 夏季、雨夜、高速6. 冬季、雪夜、高速试验项目：夏季、雨夜、怠速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾灯、行车灯、事故警报灯、音响系统。发动机工况：怠速转速档位车速：怠速车速环境温度：运行时间：试验项目：冬季、雪夜、怠速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾灯、行车灯、事故警报灯、音响系统。发动机工况： 转速档位车速：环境温度：运行时间：试验项目：夏季、雨夜、低速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾灯、行车灯、事故警报灯、音响系统。发动机工况：转速档位车速：2040km/h运行时间：试验项目：冬季、雪夜、低速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾灯、行车灯、事故警报灯、音响系统。发动机工况： 转速档位车速：2040km/h运行时间：试验项目：夏季、雨夜、高速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾灯、行车灯、事故警报灯、音响系统。发动机工况：转速档位车速：80100km/h运行时间：试验项目：冬季、雪夜、高速电负荷工况：空调四档、刮水器高速、前照灯近光、前后雾