本發(fā)明涉及汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種汽車蓄電池的選型方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，整車上的各類電子器件也越來越多，因此如何準(zhǔn)確的設(shè)計整車的電源系統(tǒng)，以保證整車電器部件的正常使用變得十分重要。在汽車使用過程中總的用電量是一個變化的量，它取決于在當(dāng)前狀態(tài)下開啟的負(fù)載數(shù)量及負(fù)載功率。通常情況下根據(jù)車輛在其整個壽命周期內(nèi)可能遇到的工作狀況來決定各個供電器件的選型，從而保證整車供電系統(tǒng)的性能要求。主要涉及對車輛的電器系統(tǒng)的基本特性研究，特別是發(fā)電機和蓄電池這兩個重要電源部件。目前大多數(shù)主機廠在電池選型上主要依靠經(jīng)驗選型，并在后期樣車上進(jìn)行驗證。這種方法開發(fā)周期長，如前期選型不當(dāng)驗證后更改變動較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是針對因蓄電池選型不當(dāng)造成的車輛頻繁虧電、車輛起動困難、蓄電池壽命縮減以及因電池容量選擇過大造成的成本浪費等問題，提出一種新的汽車蓄電池選型的模擬仿真方法。

具體技術(shù)方案如下：

一種汽車蓄電池選型的模擬仿真方法，包括：

步驟(1)：將駕駛循環(huán)分為三種工況：駐車工況、起動工況以及行駛工況，計算出蓄電池在不同工況下地充放電情況和電量需求情況；

步驟(2)：輸入所選電池的額定容量以及初始的荷電狀態(tài)，通過matlab仿真工況；

步驟(3)：進(jìn)行多個循環(huán)，得出一年半后蓄電池容量，判斷是否滿足蓄電池容量的需求；

進(jìn)一步的，蓄電池在不同工況下地充放電情況的計算方法如下：

(1)、駐車工況

該工況下發(fā)電機不工作，全部耗電由蓄電池提供。該工況下耗電負(fù)載僅有off檔負(fù)載。

其中q是蓄電池耗電量，i靜是駐車后off檔負(fù)載的工作電流，即整車靜態(tài)電流；

(2)、起動工況

該工況下的電量消耗主要來源于起動機，起動機通過齒輪拖動發(fā)動機直至發(fā)動機正常工作。這個時間非常短暫，一般在2秒鐘左右，

其中pe是指拖動發(fā)動機所需要的功率，vbattery是指蓄電池的正常電壓，通常取12v；

(3)、行駛工況

該工況下蓄電池的充放電是由發(fā)電機發(fā)電量及用電負(fù)載的耗電量共同決定的，當(dāng)開啟的負(fù)載功率在發(fā)電機的輸出功率內(nèi)，蓄電池處于充電狀態(tài)，當(dāng)開啟負(fù)載過多導(dǎo)致發(fā)電機輸出能力不足時，蓄電池處于放電狀態(tài)，發(fā)電機的輸出特性可以根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速推算出來，

發(fā)電：

放電：

進(jìn)一步的，蓄電池的電量需求在任何情況下都必須保持在一定的安全電量之上，以滿足駕駛員的開車需求，電量需求的計算方法為：

q＞socmin×qmax+n啟動×e啟動/v電池(5)

其中socmin是能保證整車快速啟動的最低荷電狀態(tài)，設(shè)置為50％，qmax是蓄電池的最大容量，n起動是最低的保障起動次數(shù)，設(shè)置為4次，e起動是起動需要的能量。根據(jù)方程(5)以及qmax即可推算出soc閥值，蓄電池的剩余電量必步驟(2)：須大于這個閥值；

進(jìn)一步的，步驟(2)中的通過matlab仿真nedc工況；

進(jìn)一步的，通過matlab仿真nedc工況方法如下：搭建供電系統(tǒng)的模型，將行駛工況的路況定義為nedc工況，根據(jù)nedc工況定義的車速，可以根據(jù)變速箱的傳動比以及發(fā)電機與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比推算出該工況下發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，然后在matlab中做擬合得出發(fā)電機熱態(tài)下的輸出特性曲線方程，根據(jù)發(fā)電機的輸出特性曲線可以得出nedc工況下發(fā)電機的發(fā)電特性曲線，定義一組固定的負(fù)載進(jìn)行開啟，并統(tǒng)計各個負(fù)載的額定工作電流，將負(fù)載電流固化為一個恒定值70a，然后定義單個循環(huán)的時間以及單個循環(huán)中各個工況的時間，將15天作為一個循環(huán)，在這15天內(nèi)假定駕駛員僅開車一次即定義行駛工況為20分鐘nedc工況，將啟動的時間設(shè)定為2秒鐘，在單個循環(huán)內(nèi)其余時間均為駐車時間，將初始參數(shù)設(shè)置完成后，用流程編寫matlab進(jìn)行仿真得出1個循環(huán)內(nèi)續(xù)蓄電池soc的變化；

進(jìn)一步的，循環(huán)方法如下：進(jìn)行36個循環(huán)，模擬一年半蓄電池的使用周期內(nèi)的充放電情況，看是否滿足方程(5)中對蓄電池容量的需求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和效果：

本發(fā)明充分考慮了整車在使用過程中的各個用電工況，包括起動、行駛以及駐車等工況；同時還考慮了環(huán)境因素的影響，將低溫環(huán)境下的起動加入到了仿真計算中，使計算結(jié)果更為準(zhǔn)確；另外該仿真過程模擬了蓄電池在整個壽命周期內(nèi)的使用情況，避免了僅考慮新電池導(dǎo)致的片面性。同時本發(fā)明可以從技術(shù)角度解決因蓄電池選型不當(dāng)造成的車輛頻繁虧電、車輛起動困難、蓄電池壽命縮減以及因電池容量選擇過大造成的成本浪費等問題。

附圖說明

圖1為整車電源系統(tǒng)示意圖

圖2為matlab仿真模型流程圖

圖3為nedc工況

圖4為發(fā)電機輸出特性曲線及擬合方程

圖5為nedc工況下發(fā)電機輸出電流及負(fù)載電流

圖6為60ah蓄電池1個循環(huán)內(nèi)蓄電池容量變化曲線

圖7為60ah蓄電池36個循環(huán)內(nèi)蓄電池容量變化曲線

圖8為45ah蓄電池36個循環(huán)內(nèi)蓄電池容量變化曲線

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

下面先結(jié)合圖1簡單介紹一下整車的電源系統(tǒng)原理，該回路中包括發(fā)電機、蓄電池以及一些并聯(lián)的電器負(fù)載。部分負(fù)載如常開負(fù)載，在整車汽車行駛過程中一直處于工作狀態(tài)(例如ecu、tcu、電子轉(zhuǎn)向、儀表及其他一些行駛必須的電子器件)。還有部分負(fù)載是可以隨著車輛行駛工況、駕駛員或者乘客的需求進(jìn)行開啟或者關(guān)閉的(如大燈、轉(zhuǎn)向燈、空調(diào)、鼓風(fēng)機、音響、座椅加熱等)，這部分負(fù)載屬于可變負(fù)載。另外還有一些負(fù)載在鎖車停放后還在繼續(xù)工作(如發(fā)動機防盜、儀表、音響、bcm、空調(diào)控制面板、t-box等)，這類負(fù)載稱為off檔負(fù)載。最后在整車上還有一個重要的負(fù)載是起動機，它在起動過程中會消耗大部分電量，以保證發(fā)動機的順利起動。

需要說明的是，圖1僅為本發(fā)明實施例提供的汽車蓄電池選型的模擬仿真方法適用的電路模型的示意圖，本發(fā)明并不限制于此。

首先：可以將一個駕駛循環(huán)分為三種工況：駐車工況、起動工況以及行駛工況。在不同工況下通過理論分析，用相關(guān)的公式計算出蓄電池的充放電情況：

1、駐車工況

該工況下發(fā)電機不工作，全部耗電由蓄電池提供。該工況下耗電負(fù)載僅有off檔負(fù)載。

其中q是蓄電池耗電量，i靜是駐車后off檔負(fù)載的工作電流，即整車靜態(tài)電流。2、起動工況

該工況下的電量消耗主要來源于起動機，起動機通過齒輪拖動發(fā)動機直至發(fā)動機正常工作。這個時間非常短暫，一般在2秒鐘左右。

其中pe是指拖動發(fā)動機所需要的功率，vbattery是指蓄電池的正常電壓，通常取12v。

3、行駛工況

該工況下蓄電池的充放電是由發(fā)電機發(fā)電量及用電負(fù)載的耗電量共同決定的。當(dāng)開啟的負(fù)載功率在發(fā)電機的輸出功率內(nèi)，蓄電池處于充電狀態(tài)。當(dāng)開啟負(fù)載過多導(dǎo)致發(fā)電機輸出能力不足時，蓄電池處于放電狀態(tài)。發(fā)電機的輸出特性可以根據(jù)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速推算出來。

發(fā)電：

放電：

4、需求

蓄電池電量在任何情況下都必須保持在一定的安全電量之上，以滿足駕駛員的開車需求。

q＞socmin×qmax+n啟動×e啟動/v電池(5)

其中socmin是能保證整車快速啟動的最低荷電狀態(tài)(設(shè)置為50％)，qmax是蓄電池的最大容量，n起動是最低的保障起動次數(shù)(設(shè)置為4次)，e起動是起動需要的能量。根據(jù)方程(5)以及qmax即可推算出soc閥值，蓄電池的剩余電量必須大于這個閥值。方程(5)的由來是考以下兩個方面的：第一考慮到socmin和qmax，如果電池電量低于這個值的時候，蓄電池的內(nèi)阻將會迅速變化，導(dǎo)致計算誤差的增大(同時由于電池內(nèi)阻在不同soc的情況下是不斷變化的，很難得到理論的數(shù)據(jù)，因此我們將其等效為一個恒定的內(nèi)阻值)；第二考慮到n啟動×e啟動/v電池，是因為當(dāng)遇到一些緊急情況時，需要進(jìn)行連續(xù)多次啟動。

對于整車蓄電池的正確選型，必須要考慮到各種極限環(huán)境，保證在任何惡劣工況下蓄電池soc都不能低于門限值，例如在低溫、高溫環(huán)境中蓄電池也要能保證整車順利的起動。同時也需要考慮蓄電池的自放電，因為蓄電池自身的電化學(xué)性能即便在不使用的情況下電池內(nèi)部也會產(chǎn)生電量損耗。

在一個循環(huán)周期內(nèi)，啟動工況和駐車工況下蓄電池是一直處于放電狀態(tài)的，在行駛工況中大多數(shù)時間是處于充電狀態(tài)。因此在工況劃分時需要考慮一個循環(huán)周期內(nèi)車輛應(yīng)該大多數(shù)時間處于駐車狀態(tài)，以便于模擬出用戶使用過程中的最差的工況。如圖2所示，為matlab中的模型流程圖。

如圖2的流程圖所示,我們需要輸入所選電池的額定容量以及初始的荷電狀態(tài)進(jìn)行仿真。首先搭建供電系統(tǒng)的模型，我們將行駛工況的路況定義為nedc工況，該工況如下圖3所示。

根據(jù)nedc工況定義的車速，可以根據(jù)變速箱的傳動比以及發(fā)電機與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比推算出該工況下發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。對于某款110a的汽車發(fā)電機，在熱機狀態(tài)下選擇幾個不同的轉(zhuǎn)速點測試其穩(wěn)態(tài)輸出電流。然后在matlab中做擬合得出發(fā)電機熱態(tài)下的輸出特性曲線方程，結(jié)果如圖4。根據(jù)發(fā)電機的輸出特性曲線可以得出nedc工況下發(fā)電機如圖5所示的發(fā)電特性曲線。由于負(fù)載大小根據(jù)不同駕駛員駕駛習(xí)慣及天氣情況隨機性較大難以明確負(fù)載電流。所以我們定義一組固定的負(fù)載進(jìn)行開啟，并統(tǒng)計各個負(fù)載的額定工作電流，將負(fù)載電流固化為一個恒定值70a。

然后定義單個循環(huán)的時間以及單個循環(huán)中各個工況的時間，我們將15天作為一個循環(huán)，在這15天內(nèi)假定駕駛員僅開車一次即定義行駛工況為20分鐘nedc工況。根據(jù)經(jīng)驗將啟動的時間設(shè)定為2秒鐘，在單個循環(huán)內(nèi)其余時間均為駐車時間。將初始參數(shù)設(shè)置完成后，用圖2的流程編寫matlab進(jìn)行仿真得出1個循環(huán)內(nèi)續(xù)蓄電池soc的變化如下圖6(以60ah蓄電池為例)：

然后進(jìn)行36個這樣的循環(huán)(即模擬一年半蓄電池的使用周期內(nèi)的充放電情況)，如圖7所示，得出一年半后蓄電池容量為36ah滿足方程(5)中對蓄電池容量的需求，即選型合格。將蓄電池?fù)Q為45ah的進(jìn)行仿真得出結(jié)果如下圖8所示，一年半后蓄電池容量為20.5ah，不滿足方程(5)中對蓄電池容量的需求，即蓄電池選型過小。通過這種matlab仿真方法可以模擬蓄電池在整個壽命周期內(nèi)的容量變化情況，并合理的定義了車輛動態(tài)及靜態(tài)的動態(tài)使用情況。合理的對蓄電池容量進(jìn)行選型，縮短了開發(fā)周期并降低了因選型不當(dāng)帶來的眾多風(fēng)險。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。