基于工况仿真的启停功能AGM铅酸电池性能研究

　　摘 要：本文简要介绍了汽车自动启停系统、AGM铅酸电池，搭建了一种模拟工况平台对AGM电池进行仿真、评价，并对实际的AGM电池的频繁充放电性能、充电接受能力、寿命等重要性能进行仿真测试。 

　　关键词：自动启停STT；AGM电池；充电接受能力；寿命；工况仿真 

　　Abstract： This paper introduced the automatic start & stops system， AGM lead-acid battery briefly. And build the evaluation of a simulated condition platform for simulation of AGM battery. Selected two AGM batteries to simulation for the performance of frequent charge & discharge， the Charge acceptance， and life or other important performance. 

　　Key Words： Start & Stop System； AGM lead-acid battery； charge acceptance； life； simulation condition 

　　1 前言 

　　自动启停系统（Start&Stop）简称STT，启停是指可在汽车怠速时停止发动机运行的系统，例如在等交通信号灯时可减少排放量，提高燃油效率，只需踩手动档汽车的离合器或者自动挡汽车的加速器就能使发动机再次启动。在需要动力的情况下，如果汽车开始移动，可能需要制动压力。启停功能布局有效的降低油耗3%～5%，令车辆更加节能环保，停车时候关闭发动机还可有效的降低噪声和振动，带来更好的驾乘感受。故动机自动启停的概念会是一种趋势，更加实用。 

　　当车辆在市区行驶时，由于拥挤的交通，车辆很难一直保持行驶状态。在车辆停止时，发动机仍然工作，这就导致了不必要的燃油消耗和尾气排放。车辆停放越多，停车的时间越长，被浪费掉的能量就越多。发动机自动启停功能会在车辆停止行驶的阶段关闭发动机，比如当车辆等待红绿灯、堵车的时候。当需要继续驾驶时发动机再次自动启动。经过计算，在一次停车过程内，只要发动机停转的时间超过4 s，就会开始比普通发动机怠速运转的车辆更加节能环保。综合测试比较，开启自动启停功能的车辆，能使油耗及二氧化碳排放降低3%到5%。随着燃油价格的攀升，高二氧化碳排放税的提高，再加上政府对减少汽车排放量的要求，我们需要采用各种措施来提高效率，降低排放。 

　　频繁启动并不会对发动机造成多大磨损。发动机内部主要靠油膜润滑，鉴于自动启停的时间都很短，被机油泵打上去的机油不会都流回去，零件上还是保留了很多机油，在启动而且是热启动那么点转速和时间里没什么影响，传统上对发动机磨损大的是冷启动和高温。冷启动以目前的机油技术，只要能用好些的机油其对磨损的影响应该是低于高温带来的损伤。 

　　如果没有采用正确的蓄电池技术，启停功能根本无法正常运行，也就无法实现降低成本以及达到降低油耗从而减少排放的目的。这样还会缩短蓄电池的使用寿命。采用自动启停技术的车辆需要采用专门的蓄电池。采用错误的电池不仅会影响功能的实现，还会大大缩短电池本身的使用寿命。实验表明，传统的注水式铅酸电如果用在启停车辆上的话，一周后电池的容量就会减少7～16%。启停系统对蓄电池的要求如下： 

　　（1）发动机启动时，由于需要点火，并且需要给启动电动机供电，车载蓄电池必须可以进行大电流放电性能； 

　　（2）由于启停系统频繁重启发动机，蓄电池支持频繁地大电流放电； 

　　（3）混合动力系统为车轮提供动力时，蓄电池需要提供能量支持； 

　　（4）能满足车内音响、照明等电气设备的需要； 

　　（5）车载充电机给蓄电池充电时，蓄电池要具备很强的充电接受性能； 

　　（6）具有长寿命，至少使用寿命在两年以上。 

　　目前在应用于带启停功能的汽车上的电池一般为AGM蓄电池。那么什么是启动用AGM蓄电池呢？启动用AGM电池是铅酸电源新技术，它满足了微混动力车辆对蓄电池能量增长的要求。启动用AGM蓄电池是一个阀控铅酸 （VRLA）电池，电解液都吸附在玻璃丝棉隔板（AGM）中。启动用AGM蓄电池集中了工业用VRLA电池和启动用富液蓄电池的优点为一体。AGM蓄电池寿命是传统富液电池的三倍；优良的冷启动能力；同样的空间可提供更高的能量；电池倒置及破裂无电解液溢出的风险。 

　　2 工况仿真平台的建立 

　　在不断的测试基础上，搭建了如下的仿真平台，即采用如表1、表2、表3的工况，对AGM电池在启停过程中遇到的各种环境进行仿真。 

　　以下是模拟实车仿真工况： 

　　其中表1、表2、表3中的工况为一个完整循环。 

　　3 仿真结果 

　　本文选取的二只AGM蓄电池进行工况仿真。为进一步验证二只电池的一致性，将二只电池串联起来进行仿真（图1，模拟常温（25 ℃）实车工况充放电试验-行车不开启电负载过程第1和第80个循环；图2，模拟常温实车工况充放电试验-行车开启电负载过程第1和第40个循环；图3，模拟常温驻车供电；图4，10 A充电3 h；图5，模拟低温（-41 ℃）实车工况充放电试验-行车不开启电负载过程第1和第80个循环；图6，模拟低温实车工况充放电试验-行车开启电负载过程第1和第40个循环；图7，模拟低温驻车供电；图8，是10 A充电3 h；图9，模拟高温（50 ℃）实车工况充放电试验-行车不开启电负载过程第1和第80个循环；图10，模拟高温实车工况充放电试验-行车开启电负载过程第1和第40个循环；图11，模拟高温驻车供电（25 ℃）；图12，10 A充电3 h）。

　　由图中可以看出，在常温（25 ℃）工况中，经受表1、表2、表3的循环3次，在试验过程中，在大功率7.14 kW放电时，电池电压瞬间降低，直到降低至21.775 V，此时电流达到-300 A。 

　　低温（-41 ℃）工况中，经受表1、表2、表3的循环1次，在大功率放电条件下，电池电压骤降直至接近0 V，此时电压达到设备的保护值300 A。但电池仍能完成整个工况。试验结束后，蓄电池仍能正常工作。 

　　高温（50 ℃）工况中，经受表1、表2、表3的循环1次，在大功率放电条件下，电池电压瞬间降低，直到降低至21.715 V，此时电流达到设备的限值-300 A，故此时已恒流300 A放电。