CN102073019A - 一种汽车整车电平衡的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车整车电平衡的试验方法，利用数据采集器与电流传感器测量汽车蓄电池、发电机和汽车电器的电压与电流，利用蓄电池测试仪测量蓄电池电量；动态电平衡测试时，试验前将蓄电池电量放电至额定容量的50％，使汽车处于行驶状态，试验4小时至5小时，通过试验前后的蓄电池电量变化或蓄电池充放电平均电流比测试整车是否处于动态电平衡；静态电平衡测试时，测量蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，通过计算获得汽车静止停放时间，从而实现静态电平衡的测试。

Description

一种汽车整车电平衡的试验方法

技术领域

本发明涉及一种汽车整车电平衡的试验方法。

背景技术

发电机为汽车电路的电源、蓄电池是储能器件、车载用电器为负载。由于汽车工况不一样，发动机转速时刻发生变化，使得发电机发电能力在不停地变化，同时，由于汽车用电器使用状态不一样，所以其消耗的总电流也不一样，使得电负载也不同。蓄电池是个储能机构，当发电机发电能力不能满足用电器的使用需要时，放电以提供给负载使用，当发电机发电能力超过用电器需要时，发电机给蓄电池补充充电，这样发电机、蓄电池与用电器在电量与电能方面形成一个动态平衡，这是汽车动态运行时的平衡，称之为动态平衡。当汽车静止不动时，蓄电池与汽车用电器组成一个电路系统，蓄电池要在一定的时间内满足汽车用电器静止状态的需要，蓄电池要能起动汽车，这就是静态平衡。动静态平衡组合在一起，形成了一个完整的汽车电平衡状态。

目前，汽车电器负载变化更加趋于多样，如何为汽车电器提供一个稳定的电源系统，如何通过试验方法来确定汽车是否处于电平衡状态，而不是简单地通过提高发电机或者蓄电池容量的方法来满足汽车用电器的需要，是亟待解决的问题。

现有技术中，汽车电源系统的配置大多依靠估算，没有规范的试验方法验证，导致汽车或者电源系统冗余过大，或者容量不足，使得电源系统不稳定，造成汽车电器系统寿命降低导致各种电器故障或者使汽车电源系统成本大增。

发明内容

本发明目的在于提供一种汽车整车电平衡的试验方法，能够对汽车整车是否处于电平衡状态进行有效试验检测。

实现本发明目的的技术方案：

一种汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：

利用数据采集器与电流传感器测量汽车蓄电池、发电机和汽车电器的电压与电流，利用蓄电池测试仪测量蓄电池电量；

动态电平衡测试时，试验前将蓄电池电量放电至额定容量的50％，使汽车处于行使状态，试验4小时至5小时，通过试验前后的蓄电池电量变化或蓄电池充放电电流比测试整车是否处于动态电平衡；

静态电平衡测试时，测量蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，通过计算获得汽车静止停放时间，从而实现静态电平衡的测试。

动态电平衡测试时，在高功耗情况下，若蓄电池平均处于放电状态而且试验后蓄电池容量低于额定容量的20％，则判定发电机容量过小；若蓄电池处于平均处于充电状态，且汽车电器而且试验后蓄电池容量高于额定容量的80％，则判定发电机容量过大。

动态电平衡测试时，还可以通过分析蓄电池充放电电流比来测试汽车的电平衡状态，在采集到的蓄电池电流中，筛选出充电电流与放电电流，然后按如下公式计算蓄电池充放电电流比：

$k=\frac{\mathrm{\Σ}{i}_n{t}_n}{\mathrm{\Σ}{j}_m{t}_m}$

式中，

in：第n次记录的充电电流数据，单位A；

jm：第m次记录的放电电流数据，单位A；

tn：第n次记录的充电电流采集间隔的时间，单位s；

tm：第m次记录的放电电流采集间隔的时间，单位s；

k：蓄电池充放电电流比

在汽车电器处于高功耗状态下时，如果蓄电池充放电电流比大于10，则判定发电机容量过大，如果蓄电池充放电电流比小于0.5，则判定发电机容量过小。

通过蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，获得汽车静止停放时间的计算公式如下

t＝(Qg-Ql)/(Is+Ib)

式中，

Qg：一般可用容量，其单位为Ah；

Ql：最低起动容量，其单位为Ah；

Is：静态电流，其单位为A；

Ib：自放电电流，其单位为A；

t：静止停放时间，其单位为h

如果静止停放时间小于60天，则静态电平衡测试结果为不平衡。

蓄电池的静态电流测量方法为，采用全封闭的感应式电流传感器，将电流传感器套入蓄电池正极连接线或者负极连接线上，其输出线连接数据采集器，关闭汽车发动机和汽车电器，采集蓄电池静态电流的变化曲线；当蓄电池端电流超过30min没有出现大于±5mA的无规律的变化，或者当在30min内只出现±10mA内的有规律的变化时，可停止试验，停止试验时1min内蓄电池端电流平均值即是蓄电池静态电流。

蓄电池的最低起动容量测量方法为，在-30℃的低温环境下，测量能起动汽车的蓄电池最低电量。

蓄电池一般可用容量的测量方法为，在行车条件下，且汽车电器处于一般功耗状态下时，测量蓄电池所保存的电量。

本发明具有的有益效果：

本发明能够对整车的动态电平衡和静态电平衡状态进行有效检验，有效地解决了现有汽车电源系统的配置大多依靠估算，没有规范的试验方法验证的问题，同时，本发明提供的试验方法简单实用，具有操作性。

具体实施方式

利用数据采集器与电流传感器测量汽车蓄电池、发电机和汽车电器的电压与电流，利用蓄电池测试仪测量蓄电池电量。

一、动态电平衡测试

试验前将蓄电池电量放电至额定容量的50％，使汽车处于行使状态，试验4小时至5小时，通过试验前后的蓄电池电量变化或蓄电池充放电流比测试整车是否处于动态电平衡。

先测量蓄电池20小时率容量：将样车蓄电池拆下，在通用蓄电池测试仪上，以16V恒压充电12h，然后以4A恒流充电1h，然后以20hr电流放电到10.5V，测量蓄电池20小时率容量。再进行定量充电：先对蓄电池进行完全充电，然后以20小时率电流放电到蓄电池额定容量的50％，此时蓄电池内保有额定50％的电量，测量蓄电池电压。

汽车电器的工作状态可以分为高功耗与一般功耗状态，详见下图表。

汽车的行车状态可以分城市工况和山区公路工况。先利用非试验蓄电池将汽车开至试验地点，然后停车换上已经进行预处理的蓄电池。试验时，先将汽车用电器开至规定的状态，在2s内利用数据采集器开始记录数据，在5s内起动汽车并进行道路试验，记录汽车开始试验的时间，中途红灯、停车时间，试验结束时间，汽车运行线路，试验前30min蓄电池电压、试验开始前1min电压、试验后1min蓄电池电压，试验后30min蓄电池电压。一次试验运行4h-5h，运行中间允许停车休息，但是停车时间不得超过2h，休息时，不得打开汽车用电器。记录蓄电池试验后1min及30min时的电压，以20小时率电流对蓄电池进行放电，测量其放电至10.5V时能放出的电量。同时，对蓄电池周围温度、发电机外壳温度、环境温度、车内温度进行监控。

若蓄电池平均处于放电状态，如试验后蓄电池容量低于额定容量的20％，则判定发电机容量过小；若蓄电池一直处于充电状态，且汽车电器处于高功耗状态，如试验后蓄电池容量高于额定容量的80％，则判定发电机容量过大。

还可以通过分析蓄电池充放电平均电流比来测试汽车的电平衡状态，在采集到的蓄电池电流中，筛选出充电电流与放电电流，然后按如下公式计算蓄电池充放电电流比：

$k=\frac{\mathrm{\Σ}{i}_n{t}_n}{\mathrm{\Σ}{j}_m{t}_m}$

式中，

in：第n次记录的充电电流数据，单位A；

jm：第m次记录的放电电流数据，单位A；

tn：第n次记录的充电电流采集间隔的时间，单位s；

tm：第m次记录的放电电流采集间隔的时间，单位s；

k：蓄电池充放电电流比

在汽车电器处于高功耗状态下时，如果蓄电池充放电电流比大于10，则判定发电机容量过大，如果蓄电池充放电电流比小于0.5，则判定发电机容量过小。

二、静态电平衡测试

静态电平衡测试时，测量蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，通过计算获得汽车静止停放时间，从而实现静态电平衡的测试。

通过蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，获得汽车静止停放时间的计算公式如下

t＝(Qg-Ql)/(Is+Ib)

式中，

Qg：一般可用容量，其单位为Ah；

Ql：最低起动容量，其单位为Ah；

Is：静态电流，其单位为A；

Ib：自放电电流，其单位为A；

t：静止停放时间，其单位为h

如果静止停放时间小于60天，则静态电平衡测试结果为不平衡。

(一)蓄电池的静态电流测量。采用全封闭的感应式电流传感器，将电流传感器套入蓄电池正极连接线或者负极连接线上，其输出线连接数据采集器，关闭汽车发动机和汽车电器，采集蓄电池静态电流的变化曲线；当蓄电池端电流超过30min没有出现大于±5mA的无规律的变化，或者当在30min内只出现±10mA内的有规律的变化时，可停止试验，停止试验时1min内蓄电池端电流平均值即是蓄电池静态电流。对于一般乘用车而言，其静态电流要求小于30mA。

(二)蓄电池的最低起动容量测量。在-30℃的低温环境下，测量能起动汽车的蓄电池最低电量。首先准备充电量为10％、20％、30％、40％、50％的铅酸蓄电池(可按照实际情况选择其中的顺序3种充电量的蓄电池)，充电方法是：先将蓄电池完全充电，然后测量其20小时率容量，再完全充电，然后以20小时率电流放电，使放出的电量为实测电量与准备充电量之差，然后更换汽车防冻机油、更换汽车防冻液。将数据采集器调整到采样频率为100Hz以上，其对应通道与电流钳的比例调节一致，将电流钳校零。将汽车开入低温试验室内，同时将所有蓄电池也放于试验室内，然后使试验室温度下降到-30℃，静止保存8h-20h，使汽车与蓄电池充分冷却，将汽车原有蓄电池拆下，安装上准备好的蓄电池当时最低电量的蓄电池。将电流钳套住蓄电池正极输出线，用数据采集器输入端连接蓄电池两端，以测量蓄电池电压，连接电流钳与数据采集器对应的通道，开始记录数据。转动点火开关钥匙至START档，起动发动机，持续点火不得超过5s，每次起动时间不小于5min，若在连续5次内均不能正常起动，则认为此次试验失败，更换准备的蓄电池当中带电量更高一级蓄电池，使汽车静置4h后再进行试验，如果还不能起动，则再更换更高容量的蓄电池进行试验，依此类推，依次提高蓄电池电量，最后确定能起动汽车的蓄电池最低电量百分比。一般起动容量要求小于额定容量的20％。

(三)蓄电池一般可用容量的测量。在行车条件下，且汽车电器处于一般功耗状态下时，测量蓄电池所保存的电量。试验前要将汽车蓄电池拆下，利用蓄电池测试仪使其充电电量为其实测容量的50％。试验可以有两种方法，实车测量与模拟测量台架试验。台架试验：将处理过的电池，以14.3V恒压(模拟实车充电状态)对蓄电池进行充电5h，然后以20小时率电流给蓄电池放电，测量其放至终止电压10.5V时能放出的电量。实车试验：将蓄电池安装在汽车上，按照城市工况，在一般功耗情况下进行实车道路试验5h，然后以20小时率电流给蓄电池放电，测量其放至终止电压10.5V时能放出的电量。对蓄电池一般可用容量的要求：在5h内，初始容量为50％的蓄电池充入的电量达到其额定容量的85％以上。

(四)蓄电池自放电电流的测量。试验前，将蓄电池完全充电，然后放电测量其20小时率容量，然后再完全充电。然后将充电后的蓄电池置于室内环境温度下，放置60天，每5天测量下蓄电池电压，放置60天后，测量蓄电池的20小时率容量。蓄电池放置前的容量与试验后蓄电池容量之差，即是自放电所消耗的电量，自放电所消耗的电量除去蓄电池额定容量再除以60，即得出每天所自消耗蓄电池容量占额定容量的百分比，即是蓄电池自放电率。自放电电流Ib＝蓄电池自放电率*蓄电池额定容量/24。

三、电源电压稳定性测试。

试验时，还可以对电源电压稳定性进行测试。将电流传感器安装在蓄电池端与发电机输出线端，利用数据采集仪同时测量蓄电池充放电电流、发电机发电电流、蓄电池端电压，设置采样频率大于100Hz，然后起动汽车，使汽车处于怠速运行状态，开始记录数据，然后按照附图中的汽车用电器顺序，依次打开用电器，运行1min后关闭汽车各用电器，记录蓄电池端电压与发电机端电压变化情况，然后按照附图中的用电器顺序，再依次打开汽车用电器，一步步加大用电器负载，使发电机电流慢慢增加，间隔时间为1min，直到把所有能长时间工作的用电器全部打开，然后，再一步步关闭用电器负载，直到所有用电器均关闭，试验结束。观察记录到的数据，是否出现幅值超过0.3V的正弦波动，是否出现瞬间电压超过0.5V突变，如果出现，则可认为汽车电压不稳定。

Claims (7)

1.一种汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：

利用数据采集器与电流传感器测量汽车蓄电池、发电机和汽车电器的电压与电流，利用蓄电池测试仪测量蓄电池电量；

动态电平衡测试时，试验前将蓄电池电量放电至额定容量的50％，使汽车处于行使状态，试验4小时至5小时，通过试验前后的蓄电池电量变化或蓄电池充放电电流比测试整车是否处于动态电平衡；

静态电平衡测试时，测量蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，通过计算获得汽车静止停放时间，从而实现静态电平衡的测试。

2.根据权利要求1所述的汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：动态电平衡测试时，在高功耗条件下若蓄电池平均处于放电状态而且试验后蓄电池容量低于额定容量的20％，则判定发电机容量过小；在高功耗条件下，若蓄电池一直处于充电状态而且试验后蓄电池容量高于额定容量的80％，则判定发电机容量过大。

3.根据权利要求2所述的汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：动态电平衡测试时，还可以通过分析蓄电池充放电电流比来测试汽车的电平衡状态，在采集到的蓄电池电流中，筛选出充电电流与放电电流，然后按如下公式计算蓄电池充放电电流比：

$k=\frac{\mathrm{\Σ}{i}_n{t}_n}{\mathrm{\Σ}{j}_m{t}_m}$

式中，

in：第n次记录的充电电流数据，单位A；

jm：第m次记录的放电电流数据，单位A；

tn：第n次记录的充电电流采集间隔的时间，单位s；

tm：第m次记录的放电电流采集间隔的时间，单位s；

k：蓄电池充放电电流比

在汽车电器处于高功耗状态下时，如果蓄电池充放电电流比大于10，则判定发电机容量过大，如果蓄电池充放电电流比小于0.5，则判定发电机容量过小。

4.根据权利要求3所述的实现汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：通过蓄电池的静态电流、最低起动容量、一般可用容量和自放电电流，获得汽车静止停放时间的计算公式如下

t＝(Qg-Ql)/(Is+Ib)

式中，

Qg：一般可用容量，其单位为Ah；

Ql：最低起动容量，其单位为Ah；

Is：静态电流，其单位为A；

Ib：自放电电流，其单位为A；

t：静止停放时间，其单位为h

如果静止停放时间小于60天，则静态电平衡测试结果为不平衡。

5.根据权利要求4所述的实现汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：蓄电池的静态电流测量方法为，采用全封闭的感应式电流传感器，将电流传感器套入蓄电池正极连接线或者负极连接线上，其输出线连接数据采集器，关闭汽车发动机和汽车电器，采集蓄电池静态电流的变化曲线；当蓄电池端电流超过30min没有出现大于±5mA的无规律的变化，或者当在30min内只出现±10mA内的有规律的变化时，可停止试验，停止试验时1min内蓄电池端电流平均值即是蓄电池静态电流。

6.根据权利要求5所述的实现汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：蓄电池的最低起动容量测量方法为，在-30℃的低温环境下，测量能起动汽车的蓄电池最低电量。

7.根据权利要求6所述的实现汽车整车电平衡的试验方法，其特征在于：蓄电池一般可用容量的测量方法为，在一般行车条件下，且汽车电器处于一般功耗状态下行驶4h～5h后，以20小时率电流放电的方法测量蓄电池所保存的电量。