汽车抛负载电压的危害及原因

何筱荣

摘 要 汽车电气系统主要可以分为发电机、蓄电池和汽车电子系统三大部分，且发电机承担着车辆正常工作时车辆电器负载所需电力的主要来源，其重要性不言而喻。加之汽车的使用环境复杂，车载用电器随时都会受到高电压脉冲的冲击，而高电压脉冲的来源之一即是由抛负载造成的，该瞬态高压会对车载用电器造成严重的安全隐患。

【关键词】发电机 电子系统 抛负载 电压冲击

1 抛负载电压产生的原因

目前汽车上采用的发电机都是三相同步交流发电机。当发电机的负载突然断开时，其定子绕组中的电流就会突然减小，但定子绕组电感的电流不能进行突变，此时定子绕组中就会感应产生一个阻止其减小的瞬态脉冲电压；与此同时，发电机的励磁电流较大，负载突然断开瞬间，励磁绕组也会产生一个瞬态高压。所以抛负载瞬态电压实际上是由定子绕组的瞬态过压和励磁绕组的瞬态过电压两部分组成的。

2 抛负载电压的危害

汽车的电子系统按类别可以分为线束系统、车载用电器系统和控制器系统。线束系统将车辆的发电机、蓄电池、车载用电器和控制器连接起来，使其构成一个整体，线束系统可以理解为汽车的经脉；车载用电器是和使用者接触最多的系统，如灯具类、空调、雨刮、天窗等，它是车辆使用过程中的执行终端；车载控制器系统是车辆逻辑的控制者，其控制着车载用电器开启、关闭的条件等，如EMS、BCM、PEPS等。而由于抛负载产生的瞬态高压（俗称抛负载电压）会通过线束系统加载到车辆上的任何一个用电器和控制器，它们都会承受该抛负载电压的冲击，严重的话可能会造成用车载电器和控制器的損坏。

3 影响抛负载电压的因素

抛负载最常用的方式分为抛蓄电池和抛车载用电器两种。影响抛负载电压大小的因素有多种，其中主要因素是抛负载时蓄电池的SOC和抛负载时发动机的转速。

3.1 蓄电池SOC对抛负载电压的影响

蓄电池SOC对抛负载电压大小的影响非常明显。亏电的蓄电池可以理解为汽车上最大的用电器，其SOC的大小直接影响到蓄电池充电电流的大小，进而影响到发电机输出电流的大小。蓄电池SOC越小，充电电流越大，发电机输出电流也越大，当抛掉蓄电池时，定子绕组内电流减小的越多，产生的抛负载瞬态脉冲电压就越大；蓄电池SOC越大，充电电流越小，发电机输出电流也越小，当抛掉蓄电池时，定子绕组内电流减小的越少，产生的抛负载瞬态脉冲电压就越小。图1、2为某车型发动机转速在2000rpm，蓄电池SOC=40%和蓄电池SCO=80%时抛负载产生的脉冲电压波形：

通过上述试验结果可知，该车型在发动机转速固定为2000rpm时，抛掉SOC=40%的蓄电池产生的抛负载电压脉冲峰值为25.8V，抛掉SOC=80%的蓄电池产生的抛负载电压脉冲峰值为18.9V。由此可知，蓄电池的SOC大小对抛负载电压影响较大，即蓄电池的SOC越小，抛负载产生的瞬态电压峰值越大，对车辆用电器、控制器造成的损害越严重。

3.2 发动机转速对抛负载电压的影响

在车辆运行过程中发电机的转速无法进行直接检测，但是汽车的发动机转速和发电机转速之间有一个固定的关系，即传动比，因此通过传动比和发动机的转速我们就可以判断出任意时刻发电机的转速，而发电机的转速和发电机的输出电流是息息相关的，发电机转速越高，其输出电流越大，进而可知发动机转速越高，发电机输出电流越大。因此在蓄电池SOC 一定的情况下，发动机转速是影响抛负载瞬态电压大小的重要因素。图3、4为某车型在蓄电池SOC=40%的情况下在发动机怠速和4000rpm时抛负载产生的脉冲电压。

通过上述实验结果可知，该车型在蓄电池SOC=40%的情况下，发动机怠速时抛负载产生瞬态电压峰值为20.7V，发动机4000rpm时抛负载产生瞬态电压峰值为26.2V。即在蓄电池SOC一定时，发动机转速也是影响抛负载瞬态电压脉冲的重要因素，转速越大，抛负载瞬态电压峰值越大，反之越小。

4 结论

本文介绍了抛负载电压产生的原因及其对车辆电器造成的危害，重点分析了对抛负载电压大小的影响因素，并通过具体测试数据进行了验证，对整车开发有一定的指导意义。

参考文献

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[2]邓海英，李翔晟.汽车发电机抛负载电压的分析与估算[J].中南林学院学报，2005（05）：83-87.

[3]赵志刚，秦随江，毕峥.车用发电机抛负载的保护设计[J].汽车电器，2013（10）：5-6.

作者单位

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西壮族自治区柳州市 545007