干货 | 电源系统选型与匹配

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      车辆电源系统由蓄电池、起动机、发电机、电气负载和ECU组成，车辆电源系统的选型主要是对整车蓄电池、起动机和发电机的型号选择。新车型开发时首先要确定车辆电源系统设计目标，然后根据设计目标进行起动机、蓄电池和发电机的选型，最后通过试验验证选型的合理性。

发电机选型

• 负载平均电流统计

      根据不同车辆配置（高配、低配），用负载的额定电流乘以加权系数（使用频率），计算出怠速、行驶工况负载平均工作电流。

      式中，

• 发电机输出功率确认

      发电机的额定电流要满足整车用电负载的需求，同时在怠速和标准驾驶工况下，发电机的输出电流也要满足整车的用电需求。

    ♦  怠速工况评价标准
    ♦  发电机功率评价标准
    ♦  标准驾驶工况评价标准
  

• 发电机选型确认

      根据发电机供应商提供的性能参数，在同时满足各个工况下功率要求的前提下，选择性价比最高的发电机。

起动机选型计算

      汽车的起动机能够将蓄电池的电能转化为机械能，驱动发动机飞轮旋转至定义的最低起动转速，以达到发动机自运转所需空燃混合气和发动机能够自动运行基本条件，完成发动机的起动。起动机的选型一般满足以下条件：



• 冷起动性能要求

      起动机的选型需要满足发动机的起动力矩和起动转速要求。发动机的润滑形式、结构形式、气缸数量、活塞行程与缸径的比值、压缩比、发动机可移动部件的质量以及支承结构、离合时产生的附加牵引载荷、传动装置以及附加部件，这些都会对发动机的起动力矩大小产生影响。不同的冷启动条件，发动机所需要的起动力矩和转速往往有一定差异，因此冷启动性能对起动机额定功率的选择十分关键。



• 齿轮传动比匹配

      发动机和起动机的齿轮传动比是确保发动机启动需求的启动匹配一个重要参数，通过小齿轮（起动机）和飞轮（发动机）的齿数比来改变传动比，维持功率的情况下改变扭矩和转速。



• 起动回路线束设计

      起动主回路电流流向是：蓄电池正极——起动线束——起动机——蓄电池负极，起动机、蓄电池的布置应尽可能近，以缩短起动回路线束的长度，起动过程中由于起动回路电流峰值大，线束上会产生明显压降，造成起动机端电压过低，无法达到额定功率。

蓄电池选型

      作为车辆存储电能的部件，蓄电池的性能很大程度上与其放电能力有关，而电池产生电流的速度取决于化学反应的速度，这又取决于许多因素，如电池内部接触表面积、电解液浓度、材料、温度等，总体来说表现为以下几个参数：额定容量、自放电率、冷启动电流、电池内阻以及储备容量。



• 起动机匹配

      蓄电池的选择首先应与起动机匹配：蓄电池容量规格过小，起动机实际功率比额定功率小，可能无法满足起动机带动飞轮旋转至起动速度；蓄电池容量规格过大，实际功率高于额定功率，导致起动机机械部件过载，磨损加剧以及热过载，在永磁起动机上可能会导致永磁铁的部分退磁，产生不可逆转的转矩损失。



• 静置性能要求

      静置时间是指车辆休眠后，蓄电池从规定的初始SOC放电至最小SOC的持续时间，并且在规定的最小SOC下仍能够保证车辆顺利启动。静置时间需要满足设计需求。



      车辆静置过程中蓄电池损耗的电量包括整车静态电流的持续消耗、蓄电池的自放电消耗、车辆熄火至下次发动机再起动期间的电气消耗（不包含车辆休眠时的消耗）以及车联网技术下的不规律周期唤醒的用电器耗电。除此之外，随着新能源车辆更智能的充电策略，蓄电池的容量成本可以进一步降低。



• 冷启动性能要求

    ♦  蓄电池内阻

        车辆在低温环境下（Tstart℃），蓄电池电能需保证在一段时间内（tstart秒）持续输出起动机需要的电压和电流。



    ♦  启动过程中的最低电压

        发动机启动过程中，应能够保证与起动相关电子电器均能正常工作，蓄电池最低电压应符合起动相关电子电器件电压功能规范要求。与此同时也必须保证为起动机提供足够的功率，使起动机能够达到额定功率正常起动发动机。