摘要：结合整车电源系统的开发设计经验，介绍整车电平衡设计原则。从蓄电池和发电机的选型角度阐述整车电平衡开发设计过程。最后给出试验验证方法，以验证整车电平衡设计方法的正确性。

    随着汽车电子技术的发展，整车上的用电设备越来越多，给整车电源系统带来的压力越来越大，为保证车辆运行的安全可靠，整车电源系统必须进行合理设计，以满足整车用电设备的电量需求。
    整车电平衡是研究整车电源系统电能供给与消耗之间的平衡关系，即发电机、蓄电池和其它各种用电设备之间电能产生与消耗的动态平衡。发电机、蓄电池和用电设备之间的电量如何匹配是整车电源系统设计的关键，若匹配不当将直接影响整车的正常工作。

    1 整车电平衡设计原则
    整车电平衡设计原则是发电机必须在绝大多数运行工况下，能够给各用电设备提供足够的电能，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量至少等于相同工况下用电器的消耗。

    2.整车电平衡理论计算
    为计算发电机、蓄电池参数以及确定整车用电器使用频度，首先要确认车型定位，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更加准确、合理的分析计算。
    例如，车型定位为出租车，一般工作在车流拥挤的城市工况，需要考虑整车用电负载增加车顶灯、计价器等；在整车用电器负荷的计算时，使用频度也会不同于公务车和私用车；车辆运行工况也要考虑上下班高峰、长期低速运行等工况。
    本节以奔腾系列某车型为例，介绍整车电平衡开发过程中的蓄电池和发电机的选型方法。
    2.1蓄电池选型计算
    蓄电池的作用主要是在发动机起动时向起动系统和点火系统供电；当发电机过载时，协助发电机向用电器供电；在发电机正常工作时，蓄电池相当于一只大电容起到稳定电源电压的作用，同时将发电机剩余的电能转换为化学能存储起来。
    蓄电池选型主要包含2个参数：冷起动电流CCA（Cold Cranking Ampere）和蓄电池容量C20。

    2.1.1冷起动电流
    冷起动电流主要决定于发动机的起动扭矩，当环境温度较低时，发动机的起动扭矩增大，起动机需要的起动电流也就越大，蓄电池的电压下降越快，起动越困难。为此，在选择蓄电池时，首先要保证蓄电池的低温起动性能。
    当某款车型的发动机确定后，那么与之相匹配的起动机参数就可以确定，此时由起动机的起动特性曲线就可以确定蓄电池的冷起动电流。某车型起动机的起动特性曲线如图1所示，当起动机转速和制动力矩确定后，起动电流就可以确定。一般情况下，蓄电池的容量越大，放电能力越强，低温起动性能越好。

    2.1.2蓄电池的容量
    蓄电池的容量主要由两部分构成：一是起动容量，即起动过程中所消耗的电量；二是静态容量，即车辆放置时需要消耗的电量。即：蓄电池容量）起动容量＋静态容量。其中，静态容量包含三部分：一是由车辆静态电流在规定停放时间（一般国内规定车辆停放时间为6周，欧洲为8周）内消耗的电量；二是由蓄电池自放电消耗的电量；三是由停车时的惯性负载消耗的电量。
    同时还要考虑蓄电池的最低起动能力，一般情况下，常用的铅酸蓄电池在50%SOC时为有起动能力。
    因此选择蓄电池时要考虑：使用条件、行驶条件、环境温度、整车静态电流、惯性负载等综合因素。
    2.2发电机的选型计算
    发电机是整车用电设备的能量来源，同时担负着蓄电池的补充充电。如果发电机的功率过大，不仅占用体积，发电机容量得不到充分利用，而且发动机的油耗也会增加。发电机功率过小，则蓄电池充电不足，影响起动，并造成蓄电池过早损坏。考虑到保证用电设备供给、提高电源系统的经济性和发动机动力性，发电机输出功率的选择应以保证汽车行驶时正常用电量和蓄电池所需要的充电量为基础。在极限高峰时段时，允许蓄电池向用电设备提供一定量的放电电流，这也是选择发电机输出功率所必须遵循的原则。
    2.2.1整车电负荷计算
    2.2.1.1用电设备分类
    根据汽车行驶中用电设备的工作时间长短，将用电设备分为3种。
    1）持续工作用电设备在汽车行驶过程中一直工作的电气设备，包括点火系统、供油系统、仪表等。
    2）长时工作用电设备在汽车行驶过程中经常使用的电气设备，包括娱乐系统、空调系统、灯光等。
    3）短时工作用电设备在汽车行驶过程中只是短暂使用或随机使用的电气设备，包括电动天窗、电动后视镜、点烟器、ABS及其他一些瞬间开启的电气设备。

    2.2.1.2用电设备使用频度
    整车电负荷与用电设备的使用和工作状态相关，用电设备工作状态决定于季节、环境、交通状态和个人使用爱好，复杂的使用条件使整车电负荷的计算变得困难。为了分析计算方便，引入用电设备使用频度来计算整车的用电量。用电设备的使用频度详见表1。
    表1说明：①Ko、Ks、Kw分别表示用电器使用与季节气候无关、夏季和冬季3种情况下的使用频度系数，即用电器按工作性质确定的权值。（2）PO、Ps、PW分别为对应于频度系数Ko、Ks、Kw 3种情况下用电器的等效功率。

    2.2.1.3整车用电器等效负荷计算
    整车用电器等效负荷可以用式（1）来计算。

    式中：Pi----第i个用电器的加权功率；Ki----第i个用电器的使用频度。

    2.2.2发电机参数选择
    发电机的选型主要包含2个特性参数，额定输出功率和怠速输出功率，通常用额定输出电流和怠速输出电流来表示这2个特性。
发电机额定输出功率可用式（2）计算。

    式中：PG----发电机额定输出功率；max{p总}----Pw总、PO总、Ps总。中总功率最大的一个：UE----用电器标称电压；UG----发电机标称电压。
    则，发电机额定输出电流为：IG=PG /UG。
    发电机怠速输出功率可用式（3）计算。

    式中：PN----发电机怠速输出功率；几—持续工作负荷的功率。
    则，发电机怠速输出电流为：IN=PN / UG。
    下面以表1中车型数据为例计算发电机的参数，由公式计算得：PW总=1007.9 W、Po总=936.42 W、PS总＝1125.02 W，IG=103 A，IN=52 A。

    该款车实际选择的发电机参数为额定输出电流110A，怠速输出电流58A。

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