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汽车研发:整车电平衡设计及验证方法(之一)
整车电器系统的电量平衡,是指汽车发电机、蓄电池和其它各种用电设备之间电能产生与消耗的相互制约关系。随着汽车用电器的不断增加,整车用电量也随之增加,因此发电机和用电器如何匹配就成了整车电器设计的一个关键。
二、研究整车电平衡的目标
讨论整车电量平衡,实质上就是研究车辆在各种运行状态下,发电机在整个汽车电器系统中的匹配情况,保证在各种驾驶环境中,车辆蓄电池总是处于充电的状态中。这里,发电机的工作参数对整车的电量平衡起关键的作用。
发电机的工作参数主要有4项:电机的转速、输出的电流、确定的电压和环境的温度。汽车在行驶时,这4个参数都是动态变化的,在动态变化中,找出参数的极限值,以验证发电机的性能是否保证整个汽车电器系统的输入输出总电量平衡,这就是研究电量平衡的目的。
起动机可以将蓄电池的电能转化为机械能,驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。汽车起动机主要由直流电动机、传动啮合机构(拨叉、单向离合器及驱动齿轮)、电磁开关三大部分组成。工作时电磁开关一边拉动拨叉使驱动齿轮与发动机飞轮齿环啮合,一边使开关触点闭合,直流电机通电转动,开始起动。
在起动发动机期间,它开动启动机、点火系统、电子燃油喷射和发动机的其它电器设备。当发动机停止运转时,由它给汽车电器件供电;当发动机低速运行的这段有限时间内,由它协助提供电流,补充发电机所欠缺的发电量。它起到了整车电气系统的电压稳定器的作用。对蓄电池的最大需求出现在它必须给启动机供电的时候,起动起动机,需要几百安培电流,其具体数值还受温度、发动机排量和发动机性能等的影响。
在发动机高速运转时,发电机应能给整车用电器正常供电,适当时给蓄电池充电,以保证蓄电池处于满电荷状态;在发动机低速运行时,可以允许蓄电池协助发电机给整车用电器供电。而在冬季雪夜和夏季雨夜是整车用电量的极限情况,允许蓄电池向用电设备提供一定大小的放电电流,以满足整车的用电需求。
四、电平衡的设计原则及要求
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。
整车电平衡的设计需要考虑发动机参数、整车用电器功率和使用频度等,下图为电平衡设计示意图,描述了电平衡关键零部件选型顺序和各关键零部件的影响因素。
五、整车电平衡的设计
为了整车的用电量的计算分析方便,首先引入电器使用频率系数这一概念,随着季节和环境的不同,各种电器的使用频率也不同。电器的使用频率系数可以通过长期的道路行驶统计获得。汽车用电器按使用范围不同,可分为3类:
I类是所有无需驾驶员选择用电器,包括无条件长期使用的用电器,如发动机控制模块和有条件长期使用的电器,如近光灯;
Ⅱ类为安全行驶所必备的短期使用电器,如喇叭;
Ⅲ类是为了提供车辆行驶舒适性的随机使用的用电器,如电动后视镜。
使用频率系数参考值如下表所示:
其中:
1)μS 是与夏季相关频度系数
相关用电设备:散热器风扇、冷凝器风扇、刮水器、空调压缩机和空调鼓风机。
2)μO是与季节气候无关频度系数
相关用电设备:连续工作制设备、短时工作制设备和随机使用的设备。
3)F是用电器在ON档使用频度系
未完,待续................
(信息来源于汽车大漫谈)