УДК 681.3.06

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА АВТОМОБИЛЯХ С ПОВЫШЕННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БОРТОВОЙ СЕТИ

Яковлев Вадим Фридрихович
Самарский государственный технический университет
кандидат технических наук, доцент кафедры Теоретическая и общая электротехника

Аннотация
На электромобилях и гибридных автомобилях используются электрические сети с двумя уровнями напряжения для мощных и маломощных потребителей.
Для питания маломощного электрооборудования на автомобилях с высоковольтной силовой сетью используются понижающие преобразователи постоянного напряжения.
В этой статье предлагается методика определения основных параметров источников питания низковольтных потребителей по типовым режимам работы электрооборудования автомобилей.
Приведен пример расчета.

Ключевые слова: Автомобильная высоковольтная электросеть, аккумулятор-ная батарея, источник электропитания, электрооборудование автомобилей.


AUXILIARY POWER SUPPLY CHARACTERIZATION FOR AUTOMOBILES WITH HIGH VOLTAGE POWER NET

Yakovlev Vadim Fridrihovich
Samara state technical university
PhD in Technical Science, Assistant Professor, the chair of Electrotechnology

Abstract
Electric and hybrid automobiles have power nets with two levels of voltage for heavy and light loads.
DC converters are used as auxiliary power supply to step down a higher voltage for light loads.
The article offers a method of characterization of auxiliary power supply using standard driving cycles.
There is an example of characterization of auxiliary power with buffer battery in the article.

Keywords: automotive electric systems., Automotive high voltage power net, power supply, rechargeable battery


Библиографическая ссылка на статью:
Яковлев В.Ф. Определение параметров источников питания низковольтных потребителей на автомобилях с повышенным напряжением бортовой сети // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2014/05/3501 (дата обращения: 13.04.2021).

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 Iпотр, мощностью Рпотр и коэффициентом времени работы по отношению ко времени работы двигателя или длительности поездки Кt [2, с.2], например для системы зажигания Кt = 1, а для клаксона Кt = 0.1. Коэффициенты времени работы потребителей в типовых режимах Кt приведены в таблице 1 [2, с.3].

Таблица 1. Коэффициенты времени работы потребителей

 

Потребители

Кt

Город

Шоссе

Зима

Лето

Зима

Лето

День Ночь День Ночь День Ночь День Ночь
Приборы (датчики, панель, электронный щиток, маршр.компьютер и т.д.) 1 1 1 1 1 1 1 1
Освещение внешнее (фары передние, габаритные огни, освещение номерного знака) 0 1 0 1 0 1 0 1
Овещение панели приборов 0 1 0 1 0 1 0 1
Радио, CD 0,5 0,5 0,5 0,5 0,7 0,7 0,7 0,7
Система отопления 1 1 0 0 1 1 0 0
Сигналы поворота 0.15 0.15 0.15 0.15 0.1 0.1 0.1 0.1
Стоп–сигнал 0.15 0.15 0.15 0.15 0.05 0.05 0.05 0.05
Передние стеклоочистители 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
Освещение салона 0 1 0 1 0 1 0 1
Сигнал (клаксон) 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Противотуманная фара 0.2 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3
Прикуриватель 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
Система зажигания 1 1 1 1 1 1 1 1
Система подачи топлива 1 1 1 1 1 1 1 1

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

Таблица 2. Мощности потребителей электроэнергии

Типы потребителей Потребители Мощность, Вт Ток ,А
Включены постоянно Приборы 10 1
Система зажигания 30 2
Система подачи топлива 140 10
Включены длительно Освещение внешнее 400 30
Овещение панели приборов 25 2
Радио, CD 15 1
Включены периодически

 

Система отопления 50 3,5
Сигналы поворота 80 5
Стоп – сигнал 40 3
Передние стеклоочистители 80 6
Освещение салона 10 1
Сигнал (клаксон) 40 3
Противотуманная фара 40 3
Прикуриватель 100 7

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».

Потребители Макс. мощность,

Рпотр, Вт

Макс. ток,

Iпотр, А

Kt

Ср., ток

Iпотр·Кt, А

Ср. мощность,

Kt·Рпотр, Вт

Приборы

10

1

1

1

10

Система зажигания

30

2

1

2

30

Система подачи топлива

140

10

1

10

140

Освещение внешнее

400

30

1

30

40

Овещение панели приборов

25

2

1

20

25

Радио, CD

15

1

0.5

0.5

7.5

Система отопления

50

3.5

1

3.5

50

.Сигналы поворота

80

5

0.15

0.75

12

Стоп – сигнал

40

3

0.15

0.45

6

Передние стеклоочистители

80

6

0.25

1.5

20

Освещение салона

10

1

1

0

0

Сигнал (клаксон)

40

3

0.1

0.3

4

Противотуманная фара

40

3

0.2

0.6

8

Прикуриватель

100

7

0.1

0.7

10

Средний ток, А

54.3

Средняя мощность, Вт

732.5

Макс. ток, А

76.5

Макс. мощность, Вт

1050

Итоговые показатели по всем режимам приведены в таблице 4.

Таблица 4. Итоговые показатели по всем режимам

 

Типовые режимы

Город

Шоссе

Зима

Лето

Зима

Лето

День Ночь День Ночь День Ночь День Ночь
Средний ток, А 21.3 54.3 17.8 50.8 21.25 54.25 17.75 50.75
Средняя мощность, Вт 297.5 732.5 247.5 682.5 296.5 731.5 246.5 681.5

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 Kt. 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

Потребители

Kt

Ток, А

Интервал времени, час

0-0.5

0.5-0.75

0.75-1

1-1.25

1.25-2.5

2.5-5

Приборы

1

1

+

+

+

+

+

+

Система зажигания

1

2

+

+

+

+

+

+

Система подачи топлива

1

10

+

+

+

+

+

+

Освещение внешнее

1

30

+

+

+

+

+

+

Освещение панели приборов.

1

2

+

+

+

+

+

+

Радио, CD.

0.5

1

+

+

+

+

+

-

Система отопления.

1

3.5

+

+

+

+

+

+

.Сигналы поворота

0.15

5

+

+

-

-

-

-

Стоп – сигнал.

0.15

3

+

+

-

-

-

-

Передние стеклоочистители.

0.25

6

+

+

+

+

-

-

Освещение салона.

1

1

+

+

+

+

+

+

Сигнал (клаксон).

0.1

3

+

-

-

-

-

-

Противотуманная фара

0.2

3

+

+

+

-

-

-

Прикуриватель

0.1

7

+

-

-

-

-

-

Ток нагрузки на временном интервале, А

76.5

67.5

59.5

56.5

50.5

49.5

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]:

Q = frac{q}{eta left [ 1+k(t-25) right ]}                                                             (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:

Q = frac{16.25}{0.8left [ 1+0.01(-40 -25) right ]}   ≈ 58.1 А час                                (3)

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


Библиографический список
  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»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: