На электромобилях и гибридных автомобилях используются электрические сети с двумя уровнями напряжения. К высоковольтной сети напряжением 130 ÷ 400 В подключаются тяговые аккумуляторные батареи и электродвигатели, генератор, стартер и другие мощные потребители.

От низковольтной сети с напряжением 14 В получает питание различное маломощное электрооборудование − освещение, стеклоподъемники, аудиотехника, приборы и т.д.  Массовое производство этого оборудования хорошо отлажено и нет необходимости его изменять. Для питания низковольтного электрооборудования на автомобилях с высоковольтной силовой сетью используются понижающие преобразователи постоянного напряжения, которые могут снабжаться буферными аккумуляторными батареями [1, с.19].

Важнейшими параметрами источников питания низковольтных потребителей являются мощность, максимальный ток, емкость буферной батареи.

В этой статье предлагается методика определения основных параметров источников питания низковольтных потребителей по типовым режимам работы электрооборудования автомобилей [2, с.1].

Рассчитаем типовые режимы нагрузки от потребителей электроэнергии в сети 14 В для небольшого гибридного легкового автомобиля с уровнем комфорта моделей  ВАЗ. Эти режимы такие: режим движения по шоссе – зимой (днем, ночью); режим движения по шоссе – летом (днем, ночью); режим движения по городу – зимой (днем, ночью); режим движения по городу – летом (днем, ночью).

Нагрузки в сети 14 В характеризуются потребляемым током I_потр, мощностью Р_потр и коэффициентом времени работы по отношению ко времени работы двигателя или длительности поездки К_t [2, с.2], например для системы зажигания К_t = 1, а для клаксона К_t = 0.1. Коэффициенты времени работы потребителей в типовых режимах К_t приведены в таблице 1 [2, с.3].

Таблица 1. Коэффициенты времени работы потребителей

В таблице 2 приведены мощности потребителей электроэнергии от низковольтной сети при номинальном напряжении 14 В [3, с.93; 4].

Таблица 2. Мощности потребителей электроэнергии

Просчитаем типовые режимы, используя информацию из таблиц 1 и 2. Наиболее тяжелым типовым режимом оказался режим «зима-ночь-город» (таблица 3) со средним потребляемым током 54.3 А и средней потребляемой мощностью 732.5 Вт. Максимальный ток имеет величину 76.5 А, максимальная потребляемая мощность – 1050 Вт.

Таблица 3. Режим движения «зима-ночь-город».

Итоговые показатели по всем режимам приведены в таблице 4.

Таблица 4. Итоговые показатели по всем режимам

В варианте без буферной аккумуляторной батареи источник питания низковольтных потребителей должен иметь выходной ток, равный максимальному потребляемому нагрузкой, т.е. 76.5А и мощность 1050 Вт.

С буферной батареей источник питания низковольтных потребителей должен иметь выходной ток, равный среднему потребляемому нагрузкой, т.е. 54.3 А и мощность 732 Вт.

В данном варианте параллельно выходным клеммам понижающего преобразователя включена буферная аккумуляторная батарея. Определим ее емкость для наихудшего режима, когда в пределах типового цикла все нагрузки сначала включаются одновременно, а затем поочередно отключаются в соответствии с значениями K_t. В начале цикла батарея только разряжается, затем з На рисунке 3.1 представлен график изменения потребляемого тока от преобразователя 42/14 В  ся. Длительность цикла «зима-ночь-город» составляет 5 часов [2, с.5]. В таблице 5 показана очередность включения потребител

Таблица 5. Очередность включения потребителей

На рисунке 1 представлен график изменения потребляемого тока.

Рис.1.График изменения тока нагрузки в режиме «зима-ночь-город»

Буферная аккумуляторная батарея работает в режиме разряда, когда потребляемый нагрузкой ток превышает средний ток источника питания. По данным из таблицы 5 батарея в пределах типового цикла разряжается на интервале времени 0 ÷ 1.25 ч токами 22.2 А, 13.2 А, 5.2 А и 2.2 А. Затем на интервале 1.25 ÷ 5 ч производится заряд токами 3.8 А и 4.8 А.

В режиме разряда аккумулятор должен обеспечить емкость не менее:

q = 22.2·0.5 + 13.2·0.25 + 5.2·0.25 + 2.2·0.25 = 16.25 А·час.                      (1)

Номинальное значение емкости аккумулятора Q определим по формуле [4]:

                                                             (2)

Здесь η – отдача по емкости, k – температурный коэффициент, t − температура электролита. Автомобильный аккумулятор эксплуатируется при температурах до -40 ˚С без предпускового подогрева, примем η = 0.8, k = 0.01 [4] тогда:

   ≈ 58.1 А час                                (3)

Отечественная промышленность производит достаточную номенклатуру аккумуляторных батарей такой емкости для легковых автомобилей.

1. Яковлев В.Ф. Электрические процессы в аккумуляторных и конденсаторных пусковых устройствах при пуске автомобильных двигателей. Москва, Электроника и электрооборудование транспорта, №4, 2013, с. 18-21.
2. ОСТ 37.003.034-77. «Баланс электроэнергии автомобилей и автобусов. Метод расчета, критерии оценки». (Дата введения 1978.07.01).
3. Яковлев В.Ф. Определение параметров преобразователя 42/14 В для электропитания ламп блок-фары. Тамбов, Альманах современной науки и образования, №11, 2009, с.92-94.
4. Соснин Д.А. Автотроника. Электрическое, электронное и автотронное оборудование легковых автомобилей, – М., Солон-Пресс, 2010. – 384 с.

Все статьи автора «Яковлев Вадим Фридрихович»