CC BY
10
УДК 621.31
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-237-238
ТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗАРЯДНОГО БАЛАТСА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВ
У.В. Брачунова, В.Н. Козловский, Д.И. Панюков, С.А. Васин
В статье представлен обзор и анализ существующих методов и походов оценки зарядного баланса автотранспортных средств
Ключевые слова: автотранспортное средство, бортовой электротехнический комплекс, зарядный баланс.
Модель зарядного баланса автомобиля дает возможность оценить параметры энергообеспеченности и стабильности работы БЭК на стадии проектирования автомобиля и в период эксплуатации. Выходные характеристики СЭС должны обеспечивать требуемый уровень электроэнергетических характеристик, необходимых для питания потребителей и для восполнения заряда аккумуляторной батареи, в том числе и при неблагоприятных условиях эксплуатации автомобиля. Кроме того, в период движения автомобиля необходимо не допустить прогрессивного разряда АКБ, способствующего выходу из строя и сокращению срока службы батареи.
Оценка состояния зарядного баланса БЭК автомобиля в современном автомобилестроении производится на основе классических методик, изложенных в [1, 2] и [3]:
1) расчет зарядного баланса с помощью номограммы [1, 2],
2) расчет баланса по методике, изложенной в ОСТ 37.003.034-77 [3].
При расчете по данным методикам принимают, что генератор отдает свою полную мощность, а батарея полностью воспринимает зарядный [1, 2, 3].
1. Расчет зарядного баланса на основе номограммы энергетического баланса.
В данном расчете за основу принимают типовые интегральные кривые распределения числа оборотов генераторов при эксплуатации автомобилей в городе (рисунок 1) и с учетом характеристики генератора определяют относительное время разрядки батареи (Тотн), зависящее от скоростного режима генератора, его начального числа оборотов и передаточного числа [3, 4]. Заряд АКБ происходит до установления равновесия, соответствующего установившемуся зарядному балансу, рассчитываемому по формуле:
, • т0ТН (1)
'зар.уст лн .._т >
где /и - установившийся ток нагрузки.
1
0 9 08 0 7
1
0 6 0 5 0 4
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 n, min -1
Рис. 1. Интегральная кривая распределения числа оборотов генератора легкового автомобиля
По данной формуле строится номограмма для расчета зарядного баланса (рисунок 2). По оси абсцисс откладывается относительный ток нагрузки 4=—^, а по оси ординат - относительный зарядный
^ном
ток ¿запуст = зар'уст , где 1ном - номинальный ток генератора. Выражение, преобразованное в относительном
ных единицах:
• _■ • гОТн (2)
^зар.уст н 1 _т * ^ '
По этому уравнению строятся лучи, представляющие собой геометрическое место точек, соответствующее установившемуся зарядному балансу при заданной величине Tora. Максимально возможный зарядный ток изображён на номограмме пограничной линией под углом 450 , и делит график на две части: положительного и отрицательного баланса [5, 6].
В положительной части номограммы проведены линии коэффициента баланса кб. Рабочие точки одной и той же линии соответствуют одному и тому же коэффициенту баланса и имеют одинаковый запас по току, определяются по формуле:
= ■
(3)
В отрицательной области номограммы построены линии времени разряда АКБ Т0. Точки на одной линии соответствуют одному и тому же значению времени разряда Т0 и определяются по формуле:
= ^, (4)
'ном
1
где С10 - номинальная емкость АКБ, коэффициент = ка Ли = 1
Д!3(1-Тотн)'
где Л1з- дефицит зарядного то-
•-з.уст
-I,
2. Расчет зарядного баланса по методике, изложенной в ОСТ 37.003.034.-77.
Исходными данными в расчете принимаются токоскоростная характеристика (ТСХ) выбранного генератора и емкость АКБ. По интегральной кривой распределения числа оборотов генератора (рисунок 1) и ТСХ (рисунок 3), по выбранным интервалам частоты вращения генератора автомобиля в соответствующем интервале времени работы находят значение тока генератора в середине каждого интервала [7]. Далее рассчитывается общая часовая отдача генератора, определяемая суммированием произведений тока генератора 1Г и относительного времени работы Л( в интервале оборотов:
0ч = £/г-А£, (5)
(Ьпносите/ыый так нкрузки
Рис. 2. Номограмма для расчета зарядного баланса
Расчетная нагрузка потребителей 1н (таблица 1) от двигателя движущегося автомобиля или от остановленного автомобиля на работающем двигателе определяется путем суммирования эквивалентных токов потребителя в соответствии со следующим уравнением:
/ = У / = У /
'И ¿-I 'экв ¿-I 'I
потр
1 Кт •КИ
(6)
где 1Же - эквивалентный ток потребителя, А; 1потр - ток потребителя, А; КТ - коэффициент времени работы различных потребителей; Кн - коэффициент нагрузки определяет среднее значение нагрузки для потребителей, работающих в изменяющихся режимах нагрузки.
Параметры расчетной мощности нагрузки ^ современного легкового автомобиля
Таблица 1
№ п/п
Потребители электроэнергии на автомобиле
Р потр, Вт
1потр,
А
Кт*Кн движение в городских _условиях_
зима /деньх
^ночь/
лето /деиьх
^ночь/
Кт*Кн движение по шоссе
зима /денъх
^ночь/
лето /день\
^ночь/
2
8
Фары передние: - дальний свет;
60
5,00
1
3
2 Фары передние: - ближний свет; 55 4,58 0,1 0,1 0,1 0,1
1 1 1 1
3 Противотуманные фары 19 1,58 0,1 0,1 0,2 0,2
0,1 0,1 0,2 0,2
4 Габаритные фонари: передние и задние 5 0,42 0 0 0 0
1 1 1 1
5 Дневные ходовые огни 5 0,42 1 1 1 1
0 0 0 0
6 Фонарь освещения номерного знака 5 0,42 0 0 0 0
1 1 1 1
7 Указатель поворота (передний) 21 1,75 0,2 0,2 0,1 0,1
0,2 0,2 0,1 0,1
8 Указатель поворота (задний) 16 1,33 0,2 0,2 0,1 0,1
0,2 0,2 0,1 0,1
9 Боковой повторитель указателя поворота 5 0,42 0,2 0,2 0,1 0,1
0,2 0,2 0,1 0,1
10 Фонари заднего хода 16 1,33 0,1 0,1 0 0
0,1 0,1 0 0
11 Сигнал торможения (задний фонарь) 21 1,75 0,2 0,2 0,1 0,1
0,2 0,2 0,1 0,1
12 Лампа плафона освещения вещевого ящика 5 0,42 0 0 0 0
0,05 0,05 0,05 0,05
13 Лампа освещения приборов 1,2 0,10 1 1 1 1
1 1 1 1
14 Антиблокировочная система (АБС) 300 25,00 0,15 0,15 0,05 0,05
0,15 0,15 0,05 0,05
15 Электробензонасос 72 6,00 1 1 1 1
1 1 1 1
16 Устройство обогрева стекол 500 41,67 1 0 1 0
1 0 1 0
17 Устройство обогрева зеркал заднего вида 300 25,00 0,3 0 0,3 0
0,3 0 0,3 0
18 Устройство обогрева сидений 55 4,58 0,3 0 0,3 0
0,3 0 0,3 0
19 Аудиосистема 15 1,25 0,5 0,5 0,5 0,5
0,5 0,5 0,5 0,5
20 Система конидиционирования воздуха 120 10 0 1 0 1
0 0,2 0 0,2
21 Электроусилитель руля 660 55,00 1 1 0,5 0,5
1 1 0,5 0,5
22 Блок ЭПХХ 10,4 0,87 0,25 0,25 0,1 0,1
0,25 0,25 0,1 0,1
23 Система зажигания 64,57 5,38 1 1 1 1
1 1 1 1
24 Стеклоочиститель режим работы 1 42 3,50 0,1 0,1 0,1 0,1
0,1 0,1 0,1 0,1
25 Стеклоочиститель режим работы 2 60 5,00 0,1 0,1 0,1 0,1
0,1 0,1 0,1 0,1
26 Электровентилятор системы охлаждения ДВС 90 7,50 0,1 0,3 0 0,1
0 0,2 0 0,1
27 Электровентилятор системы вентиляции и 18 1,50 0,3 0,02 0,3 0,02
отопления салона режим работы 1 0,3 0,1 0,3 0,1
28 Электровентилятор системы вентиляции и 36 3,00 0,3 0,02 0,3 0,02
отопления салона режим работы 2 0,3 0,1 0,3 0,1
29 Электровентилятор системы вентиляции и 60 5,00 0,35 0,02 0,35 0,02
отопления салона режим работы 3 0,35 0,1 0,35 0,1
30 Электронасос стеклоомывателя 33 2,75 0,05 0,05 0,05 0,05
0,05 0,05 0,05 0,05
Определяются расчетные нагрузки потребителей автомобиля при различных режимах работы: от самого тяжелого, когда автомобиль двигается на малых скоростях в городе, с частыми остановками на светофорах и в пробках, особенно в зимний период, с включенными печкой, обогревателями стекол, сидений; до самого легкого, когда автомобиль движется по трассе летом в дневное время при средней температуре окружающей среды не выше 200 С [8].
Далее определяется количество ампер-часов, которое генератор отдает в течение одного часа в заданном скоростном режиме для дневного и ночного режима соответственно:
Фдн С?ч ^н.дн, (7)
Фноч Сч ^н.ноч, (8)
где Ih.hu - ток нагрузки потребителей для дневного режима (А), 1н.ноч - ток нагрузки потребителей для ночного режима (А).
1200 щ 6000
Рис. 3. Токоскоростная характеристика генератора 9402.3701000-14
Затем производится расчет суточного баланса электроэнергии по формуле:
Фсут @дн + @Н0Ч •^'н @пс Фост , (9)
где (д, и - число часов движения за сутки при дневной и ночной эксплуатации, Qпс - расход емкости АКБ на пуски двигателя за сутки (А-ч), Qост - расход емкости батареи на потребители, включаемые на стоянках с неработающим двигателем.
По ОСТ 37.003.031-77 зарядный баланс оценивается по следующим критериям: 1) при эксплуатации автомобиля суточный баланс должен быть положительным Q<ут>0; 2) относительный заряд или разряд АКБ для легковых автомобилей при эксплуатации ночью зимой не должен быть более 3 % (расход емкости батареи на пуски двигателя не учитывается).
Относительный заряд или разряд АКБ рассчитывается по формуле:
^040/0 =^-100 [%]. (10)
Оценка энергообеспеченности по рассмотренным классическим методикам расчета зарядного баланса на основе номограммы и, изложенной в ОСТ 37.003.034.-77 производится на использовании усредненных значений характеристик в периоды определенных временных интервалов и интервалов оборотов генератора автомобиля. Расчет на основе номограммы представляет собой графоаналитический метод решения задачи определения зарядного баланса. Построение интегральных кривых и номограммы для каждой модели генератора приводит к значительному усложнению расчетов, такой расчет довольно трудоемкий. В расчете на основе методики, изложенной в ОСТ 37.003.034.-77, применяется более точный, чем в номограмме, аналитический метод решения задачи определения зарядного баланса. При этом не учитываются постоянные изменения параметров БЭК при различных режимах эксплуатации автотранспортного средства.
На основании вышеизложенного, требуется разработка модернизированного инструментария оценки зарядного баланса, в котором будут учтены выделенные недостатки.
240
Электротехнические комплексы и системы Список литературы
1. Банников С.П. Электрооборудование автомобилей. М., 1970. 288с.
2. Банников С. П. Электрооборудование автомобилей: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Транспорт. 1977. 288 с.
3. ОСТ.37.003.034-77. Баланс электроэнергии автомобилей и автобусов. М.: Министерство автомобильной промышленности, 1978. 22 с.
4. Козловский В.Н. Имитационная модель зарядного баланса автомобильного электрооборудования / В.Н. Козловский, Д.И. Гурьянов, А.Д. Немцев // Автотракторное электрооборудование. 2002. № 5-6. С. 12.
5. Козловский В.Н. Математическая имитационная модель оценки зарядного баланса автомобиля / В.Н. Козловский, У.В. Брачунова, А.В. Крицкий, А.С. Саксонов // Грузовик. 2021. № 7. С. 17-26.
6. Дебелов В.В. Вопросы моделирования и реализации системы управления зарядным балансом в автомобилях с комбинированной энергоустановкой / В.В. Дебелов, В.Н. Козловский // Самара, 2020.
7. Дебелов В.В. Управление зарядным балансом аккумулятора в низковольтной бортовой сети в условиях низких температур и при глубоком разряде аккумуляторной батареи / В.В. Дебелов, А.Н. Малышев, О.А. Чехранова, О.А. Джоджуа, В.Н. Козловский // Форум инновационных транспортных технологий, Наземные интеллектуальные транспортные средства и системы. Объединённый международный онлайн форум. 2020. С. 1364-1383.
8. Козловский В.Н. Имитационное математическое моделирование при решении задач по оценке зарядного баланса автомобильной техники / В.Н. Козловский, А.П. Новикова, Р.М. Самерханов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2019. № 2. С. 30-34.
Брачунова Ульяна Викторовна, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Панюков Дмитрий Иванович, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Васин Сергей Александрович, д-р. техн. наук, профессор, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TRADITIONAL METHODS FOR ASSESSING CHARGING BALANCE OF MOTOR VEHICLES U. V. Brachunova, V.N. Kozlovsky, D.I. Panyukov, S.A. Vasin
The article presents a review and analysis of existing methods and approaches for assessing the charge balance of vehicles.
Key words: motor vehicle, on-board electrical complex, charging balance.
Brachunova Uliana Viktorovna, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Panyukov Dmitry Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Vasin Sergey Alexandrovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
