汽车电源系统电平衡仿真技术研究.doc

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1、汽车电源系统电平衡仿真技术研究【摘要】：电平衡是汽车电源系统设计时需要考虑的主要问题之一。本文通过分析蓄电池和发电机工作特性，建立起相应的外特性等效电路模型，并利用零部件的标准试验数据提取得到电路模型的相关参数，从而完成汽车电源系统电平衡的仿真预测模型。在对模型的准确性进行试验验证后，应用该模型对某车型电源系统的电平衡进行了仿真预测。试验和应用结果说明了提出的电平衡建模和仿真技术的正确性和有效性。【关键词】：汽车；电源系统；电平衡；仿真SimulationStudyofChargingBalanceforVehicleElectricPowerSystemAbstract:Chargin

2、gbalanceisoneofthekeyissueswhendesigningthevehicleelectricpowersystem.Theequivalentcircuitmodelofbatteryandalternatorissetuprespectivelyafteranalyzingtheiroperatingcharacteristics.Thecircuitparametersarecalculatedbyusingstandardtestdata.Andthenasimulationmodelofchargingbalanceforvehicleelectricpo

3、wersystemisestablishedinthispaper.Aftervalidatingtheveracityofthesimulationmodelbyexperiments,itisappliedtopredictthechargingbalanceforsomevehicle.Boththeexperimentsandapplicationresultsshowthattheproposedmodelandmethodiscorrectandeffective.Keywords:vehicle;electricpowersystem;chargingbalance;sim

4、ulation前言为满足消费者对汽车舒适性、经济性等的需求及日益严格的环保和安全法规，汽车电气部件越来越多，整车供电需求平均每10年增加10%～15%[1]，对电源系统的设计匹配要求越来越高。另一方面，汽车实际行驶工况的复杂性也增加了电源系统的设计匹配难度。依靠传统的方法难以在项目开发早期保证电源系统的设计精度。针对上述问题，大众、捷豹等汽车公司已经建立了电平衡仿真平台[3][4][5]，在项目开发前期实现电平衡状态的定量评估，以指导电源系统的设计匹配。国内汽车企业在进行电源系统设计时，还主要依赖传统方法，即根据配置表与目标市场气候条件、发动机转速概率落点等因素进行经验性的静态估计，成车

5、后再进行发电机和蓄电池的电平衡试验[2]。这种方法成本高、错估风险大，易造成后期整改成本和周期增加，而且对工程师的经验要求也很高。要提升国内汽车企业的电源系统设计能力，必须掌握电源系统的电平衡仿真技术。为此，本文从汽车电源系统出发，在分析蓄电池和发电机和的工作特性基础上，建立了能够描述蓄电池和发电机外部特性的等效电路模型。为简化建模成本，利用供应商已有的蓄电池和发电机标准试验数据，提取得到等效电路模型的相关参数。在此基础上，进一步建立负载的等效电阻模型，从而完成汽车电源系统的电平衡仿真模型，并通过试验工况的设计，对仿真模型的准确性进行充分验证。最后，应用该模型对某车型在NEDC循环，夏季

6、夜间雨天工况下的电平衡进行了预测。1电平衡仿真模型1.1汽车电源系统概述图1电源系统如图1所示，汽车电源系统由发电机、蓄电池和用电负载构成。电平衡是指发电机、蓄电池和用电负载之间的电能产生与消耗的相互制约关系[6]。当发电机输出电压高于蓄电池电压时，发电机对蓄电池充电，同时为用电负载提供电源；当发电机输出电压低于蓄电池电压时，蓄电池放电，由发电机和蓄电池共同对用电负载供电。本文研究的电平衡仿真技术便是要通过建立蓄电池、发电机和用电负载的电气特性模型，实现在项目开发前期对整车电平衡的定量评估，从而指导电源系统的设计匹配。下面分别进行阐述。1.2蓄电池模型进行汽车电源系统设计匹配时，主要关注

7、蓄电池的外部电气特性。通常可以采用等效内部电动势和电阻来描述电源特性，为此，本文采用图2所示的蓄电池模型[8][9]。图2蓄电池等效电路模型图中，E表示电化学反应产生的内部电动势，Rc表示充电电阻，Rd表示放电电阻，这三个参数均受蓄电池荷电状态SOC和温度T影响，Ub为蓄电池端电压，Ib为流经蓄电池的电流。上述参数满足如下关系式[8]：，（1），（2），（3）其中，a、b为待定系数，反应了电动势E与SOC之间的关系，SOC0为蓄电池