蓄电池在严重馈电状态下的整车供电系统研究

梅晓波，李忆，药陵州

（陕西重型汽车有限公司 汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

引言

整车电器的主供电系统主要包括蓄电池、起动机、发电机、电器装置板以及四者之间的连接线束。它们之间的相互关系如图1 所示，其中发电机是汽车的发电设备，它将发动机的部分机械能转换为电能向用电设备供电，当蓄电池电量不足时对其进行充电；蓄电池为起动机提供电能，确保发动机正常启动，当发电机的发电能力不能满足电器负荷过高的需求时，及时向电器设备提供额外电能。整车电器系统是一个电量产生与消耗而又相互影响的系统，当蓄电池严重馈电时，整车供电系统的行车电压、电流势必会发生显著变化。

1 研究对象及方法

1.1 研究对象

虽然不同品牌不同车型的整车电器系统的架构不尽相同，但为了实现上述蓄电池、起动机及发电机的电量产生与消耗关系，汽车主供电系统一般都是相似的。本文以某重型汽车的主供电系统作为研究对象，寻求蓄电池严重馈电时对行车电压电流的影响。

1.2 研究方法

该重型汽车的主供电系统如图2 所示，其中G100 为24V蓄电池、S149 为电源总开关、M100 为起动机、G102 为发电机、A100 为电器装置板、X238 为线束插接器。为了模拟车辆在运行过程中蓄电池处于严重馈电状态，在中央电器装置板90 端接入一个大功率可变电子负载R（与整车电器为并联关系）。在怠速工况下，待蓄电池的充放电基本稳定时，逐渐增大电子负载R 的阻值，实现蓄电池充放电临界点以及严重馈电状态的模拟，整个过程利用数据采集仪对汽车主供电系统的关键点进行实时电压电流测试。传感器及电子负载R 的布点位置如图3 所示，图中所示箭头方向规定为电流正方向，各传感器说明如下：

图2 重型汽车主供电系统简图

图3 传感器及电子负载R 的布置位置

I1——蓄电池连接线电流，用以表征蓄电池的充放电状态，量程100A。

I2——电源总开关到起动机电流，量程1000A，可捕捉车辆启动峰值电流。

I3——发电机输出总电流，包括发电机到起动机、发电机到中央电器装置板的电流之和，量程100A。

I4——中央电器装置板90/91 端消耗总电流，包括发电机到中央电器装置板、起动机到中央电器装置板电流之和，量程100A。

I5——流过可变电子负载R 的电流，量程100A。

Va——蓄电池端电压，量程30V。

Vb——发电机端电压，量程30V。

Vc——中央电器装置板90 端电压，量程30V。

2 测试结果

依据上述试验方法，本文对蓄电池严重馈电时整车供电系统进行供电参数测试。测试过程共分为六个阶段， 如图4 I1 曲线①～⑥所示，其它曲线的阶段划分与其一致。其中：

①为车辆起动阶段（含电源总开关吸合过程）。

②为车辆怠速阶段，蓄电池充电电流在该阶段趋于稳定。

③为调整电子负载R 的阻值，对整车电路施加负载阶段。当I1 电流为零时，蓄电池处于充放电临界点。

④为按三级增大电子负载R 的阻值，模拟蓄电池严重馈电状态；第一级蓄电池放电电流约为6.5A，第二级蓄电池放电电流约为18A，第三级蓄电池放电电流约为43A。

⑤为取消电子负载R 的全部阻值回到车辆正常怠速阶段。

⑥车辆由怠速到停车阶段。

图4 I1 测试曲线六阶段划分说明

因受蓄电池正极常火线影响，I1 曲线与I2 曲线的形状相同，但电流大小略有差别，故本文仅给出I1、I3、I4、I5 曲线如图5 所示，Va、Vb、Vc 曲线如图6 所示。

图5 电流测试曲线

图6 电压测试曲线

3 测试结论

（1）由电流测试曲线可知：在车辆怠速工况下，当调整外接电子负载R 的电流I5 为40.16A 时，蓄电池连接线I1电流为-0.02A（约等于零），可以认为蓄电池处于充放电临界点，此时外接负载的功率为：P=UI=25.62V×40.16A=1028.9 W。即车辆在怠速工况下，同时使用电器设备的总功率达到1kw 以上时，蓄电池即将进入放电状态。

（2）蓄电池在馈电状态下，发电机的发电电流I3 约为42A，其不随蓄电池放电状态的改变而改变。

（3）由电压测试曲线可知：当蓄电池进入馈电状态后，整车电压瞬间被拉低至蓄电池电压，发电机电压、中央电器装置板电压与蓄电池电压基本保持一致，此时发电机电压并非正常工作时的28V 电压；当蓄电池放电电流增大，馈电程度进一步增加时，中央电器装置板电压的拉低程度较发电机、蓄电池越来越明显。

以上结论基于24V/135Ah 蓄电池、70A 发电机所组成的整车电器主供电系统，不同配置车型，测试数据有所差别， 但电流电压变化趋势总体一致。