启动型蓄电池选型的研究与分析

王博，徐振环，高越，张中卿

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

启动型蓄电池选型的研究与分析

王博，徐振环，高越，张中卿

（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

启动型蓄电池作为汽车最基本的零部件，设计者在车辆开发初期就应该对其进行评估和分析。文章从空载性能，启动能力，蓄电池使用寿命及车型配置，极端的工作条件等各角度进行了分析，这对车辆启动型蓄电池的选型提供了可靠的依据。

空载性能；静态电流；SOC；CCA

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-27-03

1 研究背景及意义

在汽车的开发设计过程中，启动型蓄电池选型至关重要，如果容量选择过大，会增加汽车的开发成本，增加车辆重量，浪费布置空间；如果容量选择过小，又会影响汽车的静态存放时间，启动能力等性能。

2 启动型蓄电池工作原理

汽车电气系统的启动型蓄电池的任务之一是以化学能的形式存储电能（在汽车行驶时则由发电机产生电能），以使在停车状态能启动发动机，所以称之为启动型蓄电池（以下简称为蓄电池）。蓄电池和发电机必须相互协调。一方面蓄电池能够在发动机停机状态，也即发电机处于静止状态时，在短时间内提供启动发电机所需的大电流；另一方面，必须在一定的时间内，特别是在发动机怠速和停机状态时能给汽车电气系统的一些重要器件（仪器装置等）部分地或全部地供给电能。蓄电池的另一个任务是平抑电气系统内的峰值电压，保护一些对电压敏感的电子器件。

3 从空载性能角度分析

在车辆停放的时候，车辆是处于睡眠状态，但仍然有一些控制器是要带电工作的，例如BCM(Body Control Module),当检测到遥控钥匙有解锁车辆按键被按下时，需要执行对车辆解锁的动作；例如PEPS(Passive Entry and Passive Start)，当检测到司机门微动开关被按下时，如果检测到遥控钥匙合法，那么PEPS将发送解锁指令给BCM，BCM执行对车辆的解锁动作，其他类似的控制器还会依据整车的需求执行相应功能、动作等等，这就产生了所谓的静态电流（静态电流可以理解成车辆睡眠时所消耗的电流），整车厂可根据以下公式进行计算：

其中：

T目标是整车厂需要达到的性能目标，即静态存放多上时间以后还能启动车辆；

ISelfdischarge是蓄电池自放电所产生的电流，由于很小，所以在计算时可以忽略；

ISleep是整车处于睡眠状态时所有控制器的静态电流的总和；

0.3 是指30%的蓄电池容量作为车辆静态存放所用；

C20是蓄电池的额定容量。

所以：当ISelfdischarge忽略时，当整车厂以T目标按35天计算，那么估算的：

C20＞(35d*24h/d* ISleep)/ 0.3，即：

C20＞2800h* ISleep

此时，如果当整车的静态电流ISleep=20mA时，那么从空载新能角度来说，蓄电池的额定容量应该大于56Ah。

但请注意，通常来说，由于车辆每次停车熄火后进入睡眠状态时，蓄电池的SOC（state of charge）不一定为100%，所以每次都按照蓄电池的电量从80%（经验值）放电到50%来进行计算，这势必涉及到蓄电池的另一个参数的作为参考，含有50%的SOC的蓄电池是否能够在低温时启动车辆。

4 从启动能力角度分析

发动机的启动温度与蓄电池的容量、起动机功率、起动机有否为齿轮传动以及励磁方式有关，如果在-20℃时能保证发动机启动，则蓄电池必须有最低的充电状态。蓄电池容量大比蓄电池容量小可允许有更低的充电状态。在欧洲，保证发动机启动的最低温度为：

表1 车辆启动最低工作温度

不同类型的车辆对应的起动机的功率也各有差异：

表2 起动机消耗的功率

通常来说，如果在低温（例如：-20℃）时能够启动车辆，那么在室温，甚至偏高温度下（例如：60℃、80℃）时也是能够启动车辆的，这主要依据蓄电池的CCA(Cold Cranking Ampere)指标，当starter起动机能够拖动并带起发动机所需要的CCA指标达到一定的值，那么这个CCA也是蓄电池选型的另一个指标。例如：CCA=600A ，那么蓄电池可供选择容量假设满足CCA不小于600A的最小蓄电池容量为60Ah。

但请注意，蓄电池的CCA指标满足车辆启动的需求，但并不意味着含有50%的SOC的蓄电池在低温时同样能够启动车辆。当然，这需要进行试验进行摸底、验证。

5 从蓄电池的使用寿命及车型配置角度分析

首先，蓄电池的充电与汽车的行驶状况有关，如堵车、停车-行驶、自由行驶。汽车的行驶状况决定了发动机和发电机的转数。发电机的电能随发电机转数增加而加大。汽车在路上长时间等待和在红色交通信号灯前发动机处于怠速运转时，发电机则在相应的低转速转动，因而发电机给蓄电池的充电电流很小。较长时间的市郊行驶也不利于蓄电池的放电-充电平衡。相反，如能在公路或高速公路上较长时间自由行驶，则发动机就能在中、高速范围运转，发电机发出的电能就多，充电电流就大。

其次，通常来说，铅酸蓄电池的充放电次数大约在2万至2.5万次左右，这种蓄电池适用于非启停型车辆配置；如果有启停配置的车辆，那么势必会经常频繁进行启动，对蓄电池冲击很大，频繁的充放电，针对这种启停配置的车辆蓄电池可选择启停型蓄电池，如AGM（Absorbent Glass Mat玻璃纤维吸附式蓄电池）型，EFB（Enhanced flooded battery增强型注水式铅酸电池）型等这类蓄电池的充放电次数可达到6万次。

第三，如果对于拥有交流发电机智能管理的车型来说，普通蓄电池就更不能胜任了，因为充电都是在减速和刹车时进行的，此时电池承受的电流强度就更大了。

6 从极端的工作条件角度分析

只用一种标准蓄电池满足所有可能出现的、完全不同的使用条件是不可能的。要想有一种能适合所有使用条件的通用蓄电池则必定是超尺寸的和昂贵的。

6.1 外界温度

用于寒区国家非常低的温度下的蓄电池需要很高的启动转矩。这些国家的发动机启动温度常低于-20℃。这种蓄电池装有很多薄的极板和隔离板。

当在亚寒区和寒区，充足电的蓄电池，电解液密度很大，其冻结的阀值为-68℃，而在热带国家需要减小电解液密度。

6.2 循环负载和机械负载

在职业性的工作范围内，如公共汽车、出租车、医用车、供货车等，由于经常短距离行驶和用电量高导致蓄电池的循环负荷，在停车时又有导致蓄电池高放电的循环负荷，如空调、照明、风扇、电液装载用车厢边板、制冷装置、采暖等。

在越野车、商用车、建筑机械、拖车以及农用车、林业用车上的蓄电池，其附加的循环负荷还要满足在机场跑道、工地或越野时高振动和高冲击负荷的机械负荷要求。

7 试验验证

某种车型在一定的使用条件下用电器件所需要的电能主要与蓄电池的容量和发电机的功率有关。汽车制造厂家和Bosch公司为汽车安装的蓄电池是在下列约定的试验条件下满足汽车电气系统所安装的各用电器件和起动机所需的标准电功率。这些约定的试验条件为：

1）在冬天的白天与晚上的上、下班，在0℃行驶一周，在-20℃行驶一周；

2）在上述循环行驶后蓄电池的剩余容量至少为额定容量的50%。

在约定试验后，蓄电池还可以完成下列功能：

1）在-20℃时能启动发动机；

2）停车灯连续工作12h；

3）报警闪光灯连续闪光3h；

4）在取下点火钥匙后的那些用电器还能工作2h，并接着能启动发动机。这样的蓄电池才算达到标准。

8 结论与总结

通过几个角度的分析，可以根据车辆类型、车辆配置、车辆销售地区等等选择出一个最适合某款车型的启动型蓄电池。这对车辆开发初期对启动型蓄电池的选型提供了一个可靠的依据。

[1] 魏春源,马尔.汽车电气与电子.[M]北京理工大学出版社.2014.07.

Research And Analysis Of Start-up Battery Selection

Wang Bo, Xu Zhenhuan, Gao Yue, Zhang Zhongqing
( Huachen automobile engineering research institute, Liaoning Shenyang 110141 )

Start-up battery is a basic component in the vehicle. Designer should evaluate and analyze it to choose a suitable battery for the vehicle at the beginning of the project. From parking performance, the ability of start, the service life of the battery and the vehicle configuration, the extreme working conditions and so on are analyzed, this is provide the reliable evidence for the selection of the start-up battery.

Parking performance; quiescent current; state of charge; cold cranking ampere

U463.6 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-27-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.010

王博，本科，工程师，就职于华晨汽车工程研究院电气部。主要从事整车系统架构原理设计、通信矩阵设计、能量管理设计。