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1、电平衡介绍,July 30. 2008,计算目的,蓄电池、起动机、交流发电机和整车电器作为一个供需电能系统，在设计时必须使它们在工作中的能量与损耗相互匹配，即达到整车电量动态平衡状态。因为，起动机输出功率与蓄电池容量相互匹配，可以保证车辆在任何时候可以起动；发电机输出功率特性与整车电器（除起动机外）相互匹配，可以对蓄电池正常工作及其寿命其起着十分重要的作用。所以，必须对整车的电气系统进行电量平衡计算。,电平衡的评判条件,通过计算，校验以下要求： 蓄电池容量是否满足“发动机用起动机在规定的低温状态下能够确保正常起动”的要求； 发电机输出功率是否满足“除在正常运行状态下应保证整车电器的用电量外，还
2、要向蓄电池补充电量； 发动机与发电机的传动比是否满足其相应工况条件下整车电量匹配的要求： 在发动机怠速时，发电机输出电流是否为额定电流的6080； 在车速40km/h时，发电机输出电流是否为满足IgIf 15A；,计算方法与公式,随着用电器增加，蓄电池的充电电流减小.,当负载电阻,时，蓄电池的充电电流,随着用电器的增加，,不断下降，当,时，蓄电池开始放电，以弥补发电机的供电不足，此时有：,Ig If 0,经以上分析表明，当Ig If = 0时，发电机的输出电流与负载电流相等，我们称之为发电机供电系统的电能平衡。但实际上一般认为，若满足IgIf 15A时，就可视为电能平衡。因为蓄电池可以在发电机
3、超负荷时进行放电以弥补不足，而当外界负载不那么大时，蓄电池又可得到补充供电；从考虑到蓄电池充电特性方面来说，在充电过程中适当地予以放电，则可有效地消除蓄电池极板极化现象，从而达到快速充电的目的。所以，蓄电池的这种缓冲器作用是汽车电源系统在一定的范围内保持电能动态平衡的前提。,蓄电池容量的计算,计算蓄电池容量的过程是以起动机的起动工况为出发点，用以校验蓄电池容量 能否满足起动机起动所需电量,蓄电池容量的计算,蓄电池的主要任务是向起动机提供瞬时大的电流，保证发动机在各种条件下能可靠地起动，这就是决定了在确定蓄电池的容量时必须考虑起动机的功率。 蓄电池容量的计算，当前一般参照经验设计的方法。蓄电池的
4、功能主要是保证车辆的起动性能，同时还应考虑到充电系统失效的特殊情况下，蓄电池能供电给点火系统、前后组合灯、刮水器和暖风系统等电器，以保证汽车行驶一段时间（180-200min）。所以蓄电池容量的选择可先根据起动机功率计算出初步结果，然后在结合其它因素进行核对和调整，最后按蓄电池的规格选取合适额定容量的蓄电池。 这就是说，首先计算起动机功率。然后根据表征蓄电池额定容量的比能量L以及起动机功率计算蓄电池容量。其主要步骤为：,（1）根据发动机有关参数，计算发动机平均阻转矩Ms ；,Vh 发动机气缸的工作容积 m3； 压缩比； H曲轴旋转的不均匀系数，经查图3-1,对应于170r/min处为 0.35
5、； KM系数，对于汽油机等于3.8； 开始起动时发动机机油的动粘度，在-17.8时为2600mm2/s nm在稳定旋转状态下曲轴平均转速，根据经验设定为170r/min。,图 3-1,以上有关参数代入到式（31）中。经计算，在-18时发动机平均阻转矩Ms=72.85Nm。 (1) 发动机最低起动转速 根据汽化条件,汽油机在020时,其最低起动转速一般为3540r/min,为了在更低温度下顺利起动，常取最低起动转速为5070r/min。 因此，令最低起动转速ns min =60r/min 起动机功率 (2)发动机在-18时起动功率P0: (3) 发动机起动系统功率P1: 式中, P 从起动机的电
6、枢到曲轴的传动效率，起动机齿轮与飞轮齿圈的传动效率通常等于0.85 (4) 起动机功率P2: 式中, C 考虑到起动电动机的电损耗、机械损耗和铁磁损耗，在额定功率状态时起动电动机的效率等于0.40.6，取0.5。 为使-18时起动可靠，实际取P2 =1.3P2=1.4001kw。经圆整后，在-18以上的起动机功率P2 =1.4kw。,发动机参数:12V电系 4G63汽油机： 选用SAE 10W/40机油 气缸直径(mm)：85 活塞行程(mm)：88 压缩比：10:1,蓄电池容量的计算,蓄电池容量的计算,根据P2计算常温(25)蓄电池额定容量C20 ,蓄电池额定容量可用比能量L表征。 式中,L
7、为比能量,经图3-2查出,在-20时在1.077kw处的比能量为750 因此,经圆整, 蓄电池容量取65Ah。为了满足寒区低温起动要求，经图3-2查出,在-25时在1.077kw处的比能量为840，经计算： C20 = 75.39Ah 经圆整，在-25时的蓄电池容量C20取75Ah。,图 3-2 对于重量为最佳的电力起动系统,蓄电池比能量和最大计算功率的关系 (虚线在UH =12V时,实线在UH =24V时),发电机计算,确定发电机的输出功率的基本思路是：根据车辆的负载电流来确定发电机的输出电流， 使之比较匹配。这就要求能够定量的分析车辆的负载电流和发电机在实际运行过程中 能够输出的电流。,图
8、2 发电机功率计算流程,整车在各种工况下电负荷及其加权值的统计表,表中： （1）、表示整车电器按使用范围不同可分为3类，其中： 类 电器为汽车长期行驶必需的用电器，其中包括无条件长期使用的用电器（如点火、电喷等），和有条件长期使用的用电器（如冷却风机等）； 类为汽车安全行驶所备的短期使用的用电器（如电喇叭、转向灯、制动灯等）； 类为提高汽车行驶舒适性的随机使用的用电器（如电动摇窗等）。 （2）0、S、W分别表示用电器与季节气候无关、夏季及冬季三种情况下的使用频度系数，即各用电器按工作性质确定的权值K全 。,整车在各种工况下电负荷及其加权值的统计表,计算过程,通过表对整车各用电器（除起动机外）统
9、计的额定功率或额定电流以及整车用电器负载电流,的计算公式（32）计算出如表1中所示B工况的总电负荷 。,式中：m整车用电设备的数量；,电压系数：,/,第i个用电设备的权值；,第i个用电设备的额定功率（w）；,用电设备的额定电压（V）。,发电机输出电流（热态）计算,发电机输出功率计算,= 96.7814.4= 1393.6（w） 经圆整后，发电机输出功率为1.4kw。,= 96.78（A） 一般在0.051.5范围之内,这里取0.1。,各种工况下整车电量匹配的校验,有关参数：,（1）4G63发动机曲轴皮带轮与发电机皮带轮的传动比: 2.2 （2）4G63发动机怠速转速为80050 r/min。
10、（3）4G63发动机怠速转速为1000 r/min。 （4）4G63发动机最高连续转速为6250 r/min。 （5）变速箱的终减速比为3.722、4档传动比为1.03 （6）车轮195/65 R15 的滚动半径R=308mm。 （7）发电机输出特性曲线（图3-3）与数据,图3-3,冷态输出,热态输出,热态驱动力矩,采用i g1 = 2.2校验 nR = i g 实际 ne = 2.2800 = 1760 r/min 式中：nR 发电机转速；ne 发动机转速 从图3-3发电机输出特性曲线中可以查出nR = 1760 r/min时对应的发电机输出电流为50A。 所以，I = 50/96.78=5
11、1.6。 由此可得：如果采用i g实际 = 2.2，该发电机输出电流就达不到其额定电流的6080要求。,发动机怠速校验,i g2 = 2.4校验 按照3.3.2.1条的方法可得：nR = i g理论 ne = 2.4800 = 1920 r/min ； nR = 1920 r/min时对应的发电机输出电流为57A。I = 60 由此可得：如果采用i g2= 2.4，该发电机输出电流刚好满足其额定电流的6080要求。,车速40km/h,式中：k比例常数，1000/120；,v 车速（km/h）；,变速器终减速比；,变速器在相应档位下的传动比；,= 1321.33（r/min） 经圆整得ne = 1321（r/min）。,车速40km/h电平衡校验,发动机的转速（r/min）；,R车轮的滚动半径。,nR = i g实际 ne = 2.21321 = 2906.2 r/min 经圆整得nR = 2906（r/min）。 从图3-3发电机输出特性曲线中可以查出nR = 2906 r/min时对应的发电机输出电流Ig = 75A。 由表1可知：C工况的总电负荷If 为91.42A。所以，IgIf = 7591.42= 16.4215A,结论:如果采用i g1 = 2.2，整车电气系统的供需电量不能满足系统匹配的要求,应采用i g2 = 2.4,
