CN104198865A - 一种车辆电量平衡的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆电量平衡的试验方法，属于车辆电气系统是否达到电量平衡的试验领域。一种车辆电量平衡的试验方法，选定试验环境和试验工况，根据车辆的电气配置，选择功耗最大的用电负载的组合；在整个试验过程中，利用传感器和数据采集系统测量并记录相关数据；试验结束后，通过蓄电池充电和放电的电量总比率和平均电流，综合判断车辆是否处于电量平衡状态。本发明的方法操作简单，能够真实且全面的模拟车辆在不同温度条件下的电量平衡情况，数据准确性高，结果可靠性高；本发明的车辆电量平衡的试验方法应用车型广泛，能够有效地为车辆电器系统的设计匹配提供数据支持。

Description

一种车辆电量平衡的试验方法

技术领域

本发明涉及一种车辆电量平衡的试验方法，属于车辆电气系统是否达到电量平衡的试验领域。

背景技术

车辆的供电系统中，发电机、蓄电池及用电设备之间存在着能量产生与损耗的供需匹配关系。随着汽车电子技术的发展，电子电器的耗电量增加是必然趋势。而车辆轻量化的需求及成本的限制，造成电气系统匹配问题更加突出。若供电系统电能过剩，会造成能量的浪费和成本的提高；若供电系统电能不足，影响车辆的安全性和可靠性。

在电气系统开发的过程中，通过车辆的电量平衡试验，对电气系统匹配进行验证，并且为设计开发过程中的理论计算、仿真分析过程中的经验公式及加权经验系数提供优化的数据支持。

目前，没有规范的车辆电量平衡的试验方法，不能够全面考虑环境温度对发电机及蓄电池特性的影响，车辆行驶工况和不同的驾驶习惯对电气系统的影响，导致试验结果不能完全准确地反映整车供电关系。

经检索，中国专利ZL 200710168387.1公开的电量平衡的试验方法，在室内台架中进行，不能模拟不同温度下车辆电量平衡的情况，而温度对于发电机、蓄电池和其他电器元件的影响至关重要，因而试验结果的准确性不高。

中国专利ZL 201010596679.7和ZL 201210306639.3中，一是没有考虑到高温对车辆电气系统的影响，数据准确性不高；二是电器负载的模拟，没有考虑到不同气候条件下的使用情况，若所有试验条件下均用一种电器负载，会造成蓄电池过大的电能浪费；三是评价准则不全面，不能从动态特性和稳态特性两个方面评价试验结果。

发明内容

1、发明的目的

本发明的目的是，针对现有的电量平衡试验方法的缺陷和不足，提出一种新的电平衡试验方法，该方法不但操作性强，数据准确性高，而且能够真实反映整车在极限温度下的供电匹配关系，为车辆电气系统的设计提供数据支撑。

2、发明的技术方案

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种车辆电量平衡的试验方法，包括如下步骤：

a)选定试验环境，试验环境分为冷气候试验和热气候试验；

b)选定试验工况，试验工况分为怠速工况、城市道路工况和坡道工况；

c)根据车辆的电气配置，选择功耗最大的用电负载的组合；

d)在整个试验过程中，利用传感器和数据采集系统，测量并记录相关数据；

e)试验结束后，通过蓄电池充电和放电的电量总比率和平均电流，综合判断车辆是否处于电量平衡状态。

更进一步地，试验的对象为部件完整且车载用电器工作正常的整车。

更进一步地，蓄电池应为供应商最近生产且未被使用过的蓄电池。

更进一步地，为了考核极限环境温度下供电系统的电量平衡情况，试验分为热气候条件和冷气候条件。热气候定义为不低于30℃，冷气候定义为不高于-25℃。两种气候条件下，车辆的用电器不同。

更进一步地，环境温度的模拟，可以在真实的道路中进行，也可以在带有转毂的环境仓中进行。

更进一步地，怠速工况时，车辆处于驻车状态且发动机以稳定运转的最低转速运行，运行时间不低于1小时；坡道工况时，车辆满载且在坡道不低于10％的道路条件下连续行驶，行驶时间不低于1小时；城市道路工况，车辆在交通拥堵的市区行驶时的道路工况行驶，行驶时间不低于1小时。

更进一步地，电气负载情况，根据车辆配置及气候条件选择。下述所列为用电器使用情况，但实际试验时不仅限于下述所列内容：

连续工作用电设备：如发动机点火系统、燃油供给系统、发动机传感器、仪表及监控系统、空调(压缩机和鼓风机)、收音机或CD机等，在整个试验过程中应全部处于最大用电负荷的工作状态；

短期工作设备：汽车车灯、刮水器等、雨刮等其他用电设备等，在试验过程中应全部处于最大用电负荷的工作状态；

随机使用设备：电动门窗、喇叭等，在试验过程中使用时间不低于总试验时间的10％。

更进一步地，传感器和数据采集系统，若需要供电，则采用单独的供电系统，不使用整车的供电系统。

更进一步地，测试仪器精度应不小于以下要求：时间±1s，温度±2℃，电压0.1V，电流0.1A，记录数据频率不得低于2Hz。

更近一步地，所述温度的测量采用基于热电效应的热电偶传感器，例如K型热电偶，但不限与此类型，测量温度范围为-200℃～1300℃；电流的测量，采用基于霍尔效应式的电流表，如钳式电流表(电流钳)，或采用分流计，在不切断电路的情况下测量回路电流，测量范围为-500A～500A。

更进一步地，数据采集系统每一个测量通道与电源隔离，且配备独立的模/数转换器，工作时互不干扰；在环境温度波动时，能够进行冷节点补偿以降低测量误差；并且每个通道的采样速率能够进行单独优化。

所述测量并记录的相关数据，包括发电机及蓄电池的电压与电流，车速及发动机转速等整车及发动机数据，发电机二极管正负极、轴承、铁芯等发电机相关数据，环境温度及大气压力等外部环境相关数据。

定义蓄电池电流，如图2所示，箭头所示方向，为蓄电池充电，定义此时的电流为正，反之为负。充电时为正，放电为负。

更进一步地，蓄电池充电电量和放电电量的总比率为：

$K=\frac{\mathrm{\Σ}\left(I_{\mathrm{in}}\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{in}}\right)}{\mathrm{\Σ}\left(I_{\mathrm{out}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{out}}\right)}$

式中，I_in蓄电池在Δt_in时间内平均充电电流，单位：A；

Δt_in为蓄电池充电时的时间段，单位:s；

I_out蓄电池在Δt_out时间内平均充电电流，单位：A；

Δt_out为蓄电池放电时的时间段，单位：s。

蓄电池的平均电流为：

$I=\frac{\mathrm{\Σ}\left(I_{\mathrm{in}}{+I}_{\mathrm{out}}\right)}{\mathrm{\Σ}\left(\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{in}}{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{out}}\right)}$

考虑到汽车起动时蓄电池的容量及系统运行的可靠性，定义K≥1.2且-5A≤I≤5A时，车辆处于电量平衡状态。

3、发明的效果

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的方法操作简单，能够真实且全面的模拟车辆在不同温度条件下的电量平衡情况，数据准确性高，结果可靠性高；本发明的车辆电量平衡的试验方法应用车型广泛，能够有效地为车辆电器系统的设计匹配提供数据支持。

附图说明

图1为本发明的带有转毂的环境仓的结构示意图。

图2为本发明的电流方向定义示意图。

图3为实施例1中的城市道路工况试验曲线。

图4为实施例2中的坡道工况试验曲线。

图5为实施例3中的怠速工况试验曲线。

图中标号说明：100、底盘测功机，200、冷却风机，300、配备温度控制系统的环境仓、400、温度数据采集系统，101、发电机，102、蓄电池和103、用电设备，201、电机电压，202、蓄电池电压，203、发电机电流和204、蓄电池电流。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

试验分为热气候试验和冷气候试验，可在真实道路上进行，或在带有转毂的环境仓中模拟。

如图1所示，带有转毂的环境仓，包括底盘测功机100、配备温度控制系统的环境仓300、冷却风机200和温度数据采集系统400；所述的底盘测功机100设于环境仓内，所述的冷却风机200设于环境仓内被测试车辆前部用于模拟风速，所述的温度数据采集系统400设于被测车辆内部用于测量车辆的环境温度。

试验前，蓄电池的荷电状态放至80％。

在不同的气候条件下，进行怠速工况、城市道路工况和坡道工况下的电量平衡试验。

怠速工况模拟车辆空挡怠速时的电量使用情况，时间1小时；城市道路工况模拟车辆在交通拥堵的市区行驶时的电量使用情况，时间1小时；坡道工况模拟车辆在低速行驶时的供电情况，时间为1小时。

试验过程中，连续工作的电气负载，及短期工作的设备，需保持最大用电负荷的状态工作；随机用电设备使用时间不低于总试验时间的10％。

试验过程中，利用传感器及数据采集系统，测量发电机电压及电流、发电机蓄电池、用电器、整车、发动机、环境等数据。

实施例1

在热气候道路试验中，模拟车辆城市道路工况下的电量平衡情况，依据上述试验工况，记录发电机电压201、蓄电池电压202、发电机电流203和蓄电池电流204,试验曲线如图3所示。试验结束后，根据评价准则：蓄电池充电电量和放电电量的总比率为K＝1.79；蓄电池平均放电电流为：I＝-0.21A，因此在热气候城市道路工况下车辆电气系统电量平衡。

实施例2

在热气候道路试验中，模拟车辆坡道工况下的电量平衡情况，依据上述试验工况，记录发电机电压201、蓄电池电压202、发电机电流203和蓄电池电流204,试验曲线如图4所示。试验结束后，根据评价准则：蓄电池充电电量和放电电量的总比率为K＝9.55；蓄电池平均放电电流为：I＝0.67A，因此在热气候坡道工况下车辆电气系统电量平衡。

实施例3

在热气候道路试验中，模拟车辆怠速工况下的电量平衡情况，依据上述试验工况，记录发电机电压201、蓄电池电压202、发电机电流203和蓄电池电流204,试验曲线如图5所示。试验结束后，根据评价准则：蓄电池充电电量和放电电量的总比率为K＝0；蓄电池平均放电电流为：I＝-11.53A，因此在热气候怠速工况下车辆电气系统电量不平衡，需要改进。

其它温度条件和试验工况及负载条件同理。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)选定试验环境，试验环境分为冷气候试验和热气候试验；

b)选定试验工况，试验工况分为怠速工况、城市道路工况和坡道工况；

c)根据车辆的电气配置，选择功耗最大的用电负载的组合；

d)在整个试验过程中，利用传感器和数据采集系统测量并记录相关数据；

e)试验结束后，通过蓄电池充电和放电的电量总比率和平均电流，综合判断车辆是否处于电量平衡状态。

2.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，试验的对象为部件完整且车载用电器工作正常的整车。

3.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，步骤(a)所述的冷气候试验，环境温度不高于-25℃；热气候试验，环境温度不低于30℃。

4.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，所述冷气候试验和热气候试验，其温度条件的模拟，可以在真实的道路中进行，也可以在带有转毂的环境仓进行。

5.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，所述步骤(b)的怠速工况，车辆处于驻车状态且发动机以稳定运转的最低转速运行，运行时间不低于1小时；坡道工况，车辆满载且在坡道不低于10％的道路条件下连续行驶，行驶时间不低于1小时；城市道路工况，车辆在交通拥堵的市区行驶时的道路工况行驶，行驶时间不低于1小时。

6.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，所述数据采集系统每一个测量通道与电源隔离，且配备独立的模/数转换器，工作时互不干扰；在环境温度波动时，能够进行冷节点补偿以降低测量误差；并且每个通道的采样速率能够进行单独优化。

7.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，所述传感器和数据采集系统，若需要供电，则采用单独的供电系统，不使用整车的供电系统。

8.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，所述测量并记录的相关数据包括发电机及蓄电池的电压与电流，车速及发动机转速等整车及发动机数据，发电机二极管正负极、轴承、铁芯等发电机相关数据，环境温度及大气压力等外部环境相关数据。

9.如权利要求1所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，步骤e)中的蓄电池的平均电流表示为：

$I=\frac{\mathrm{\Σ}(I_{\mathrm{in}}+I_{\mathrm{out}})}{\mathrm{\Σ}({\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{out}})},$

蓄电池充电电量和放电电量的总比率表示为：

$K=\frac{\mathrm{\Σ}(I_{\mathrm{in}}+{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{in}})}{\mathrm{\Σ}(I_{\mathrm{out}}+{\mathrm{\Δt}}_{\mathrm{out}})},$

式中，I_in蓄电池在Δt_in时间内平均充电电流，单位A；Δt_in为蓄电池充电时的时间段，单位s；I_out蓄电池在Δt_out时间内平均充电电流，单位A；Δt_out为蓄电池放电时的时间段，单位s。

10.如权利要求1或9所述的一种车辆电量平衡的试验方法，其特征在于，定义蓄电池的电流，充电时为正，放电为负；定义K≥1.2且-5A≤I≤5A时，车辆处于电量平衡状态。