Асть вторая. Расчёт вольтамперных характеристик аккумуляторной батарей и определение её эквивалентного внутреннего сопротивления.

Цель - определить и построить вольтамперные характеристики аккумуляторной батареи и определить её эквивалентное внутреннее сопротивление.

Исходные данные для варианта 1 приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Наименование параметров	Обозначение	Значение
Тип батареи		6CT-60
Сила тока	I+0, А
Степень разряженности	∆Ср, %
Количество попыток пуска	Zn
Количество положительных пластин	n+
Коэффициент b	b, А/с	От -40°С до 0°С	4,2
От 0°С до 40°С	1,73
На каких автомобилях применяется		ГАЗ-3102
Количество аккумуляторов(банок) в батарее	m
Коэффициент d	d, ;	2,5
Продолжительность одной попытки пуска	tn, с	От -20°С до 10°С
От 10°С до 20°С

Расшифровка типа батареи.

6СТ-60, где:

6 – количество аккумуляторов(банок) в батарее;

СТ – стартерная батарея;

60 – ёмкость, А·ч

Расчёт.

1. Начальное разрядное напряжение

где: m – число аккумуляторов(банок) в батарее;

t_э – температура электролита, °С;

– степень разряженности аккумуляторной батареи, %.

2. Ток короткого замыкания

(2.2)

где: - количество положительных пластин в одном аккумуляторе(батареи);

– ток короткого замыкания при 0°С;

b – коэффициент, учитывающий влияние на ток замыкания температуры электролита, ;

d – коэффициент, учитывающий влияние на ток замыкания количества попыток пуска, ;

t_n – продолжительность одной попытки пуска, с

Z_n – количество попыток пуска.

3. По найденным значения разрядного напряжения и тока короткого замыкания рассчитаем эквивалентное внутреннее сопротивление.

Произведем расчёт для температуры электролита +20°С.

1. Найдём начальное разрядное напряжение

12.283 В

2. Ток короткого замыкания

1112.341 А

3. Эквивалентное внутреннее сопротивление

Вычисления параметров при остальных значениях температуры.

В

Ом

В

Ом

В

Ом

В

Ом

В

Ом

Полученные результаты расчётов приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Параметры	Температура, °С
+20	+10		-10	-15	-20
Uнр, В	12.2832	12.2016	12.12	12.0384	11.9976	11.9568
Iбк, А	1112.341	1007.719
Rб, Ом	0.011	0.0121	0.014	0.0172	0.0195	0.0225

Вывод: с понижением температуры значительно снижается мощность аккумуляторной батареи, то есть чем ниже температура электролита, тем ниже напряжение и ток. ВАХ АКБ с увеличением температуры улучшаются.

. Поэтому рекомендуется использовать АКБ при положительных температурах, для этого в зимний период необходимо поддерживать температуру АКБ в необходимом диапазоне.

3 часть третья. Расчёт зарядного баланса системы электроснабжения автомобиля при смешанном режиме движения

Цель – рассчитать зарядный баланс системы электроснабжения автомобиля при смешанном режиме движения: днём зимой в городе и ночью зимой на шоссе.

Исходные данные для варианта 1 приведены в таблицах 3.1 и 3.2.

Таблица 3.1

Наименование параметров	Обозначение	Значение
Модель автомобиля		ЗИЛ-130
Марка генератора		32.3701
Номинальное напряжение батареи	Uн, В	14,1
Передаточное число привода генератора	iгд	1,4
Начальная частота вращения генератора	n0, мин-1
Коэффициент Кз	Кз	1,15

Таблица 3.2

Наименование потребителя	Количество потребителей, nn	Номинальная мощность потребителей, PNn, Вт	Коэффициент нагрузки, kн	Коэффициент времени включения, kt
Лето днём в городе	Лето ночью на шоссе	Зимой днём в городе	Зимой ночью на шоссе
Дальний свет фар					0,6		0,6
Ближний свет фар					0,4		0,4
Габаритные фонари
Фонари заднего хода				0,01	0,005	0,01	0,005
Освещение номерного знака			0,5
Освещение приборов
Электрический усилитель руля				0,95	0,85	0,95	0,85
Указатели поворота				0,15	0,2	0,15	0,2
Сигнал торможения				0,15	0,07	0,15	0,07
Обогрев сидений
Питание приборов			0,8
Электродвигатель стеклоочистителя			0,5	0,25	0,25	0,25	0,25
Электродвигатель отопителя					0,7
Электродвигатель системы охлаждения				0,9	0,5	0,3	0,2
Звуковой сигнал				0,01	0,01	0,01	0,01
Автомагнитола				0,7	0,8	0,7	0,8

Расшифровка марки генератора в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Маркировка	Применение	Pmax, Вт (Uном, В)	N0, мин-1	Iрн, А	Nрн, мин-1	Imax, А	Возбуждение
32.3701	ЗИЛ-130 ЗИЛ-157	840 (14)					само

32.3701, где:

32 - порядковый номер модели;

3701 – генератор.

Методика расчёта

1. Номинальный ток каждого потребителя

где: I_н – номинальный ток, А;

P_н – номинальная потребляемая мощность, Вт;

U_н – номинальное напряжение, В.

Для дальнего света:

2. Эквивалентный ток потребителей с учётом их количества отдельно для дневного режима движения в городе и ночного режима движения на шоссе

где: n_n – количество потребителей;

k_t – коэффициент времени включения;

k_n – коэффициент нагрузки.

Для дальнего света зимой днём в городе:

Для дальнего света зимой ночью на шоссе:

Значения для остальных потребителей.

Значения для остальных потребителей:

1) Дневной режим в городе зимой

2) Ночной режим на шоссе зимой

3) Дневной режим в городе летом

4) Ночной режим на шоссе летом

Полученные данные занесём в таблицу 3.4.

Таблица 3.4

Наименование потребителя	Номинальный ток, А	Эквивалентный ток, А
Дневной режим в городе зимой	Ночной режим на шоссе зимой	Дневной режим в городе летом	Ночной режим на шоссе летом
Дальний свет фар	3.901				9.362
Ближний свет фар	3.901	15.603	15.603	15.603	6.241
Габаритные фонари	0.426	2.553	2.553	2.553	2.553
Фонари заднего хода	0.709	0.014	0.014	0.014	0.007
Освещение номерного знака	0.709	0.355	0.355	0.355	0.355
Освещение приборов	0.284	1.702	1.702	1.702	1.702
Электрический усилитель руля
Указатели поворота	1.418	0.638	0.638	0.638	0.851
Сигнал торможения	1.56	0.468	0.468	0.468	0.218
Обогрев сидений
Питание приборов	0.993	3.972	3.972	3.972	3.972
Электродвигатель стеклоочистителя	0.567	0.071	0.071	0.071	0.071
Электродвигатель отопителя	2.128	2.128	2.128	2.128	1.489
Электродвигатель системы охлаждения
Звуковой сигнал	3.546	0.071	0.071	0.071	0.071
Автомагнитола	2.837	1.986	1.986	1.986	2.27
Cумма	22.979	29.56	29.8	29.56	29.162

3. Минимальная необходимая мощность генератора

где: kз – коэффициент, устанавливающий ток заряда аккумуляторной батареи;

– сумма эквивалентного тока ночью на шоссе зимой.

4. Максимальный ток при различных оборотах коленчатого вала двигателя.

где: n_г – текущее значение вращения ротора генератора, мин^-1;

n₀ – начальное значение вращения якоря генератора, мин^-1.

Ток АКБ при ночном режиме движения на шоссе:

где: – суммарный эквивалентный ток ночью

Ток АКБ при дневном режиме движения в городе:

где: – суммарный эквивалентный ток днём

Произведём все расчёты при других параметрах вращения генератора и при разных условиях в программе Mathcad:

Параметры расчёта зарядного тока занесём в таблицу 3.5.

Таблица 3.5

n, мин-1	Imax, A	Ночной режим зимой на шоссе, , А	Дневной режим зимой в городе, , А	Ночной режим летом на шоссе, , А	Дневной режим летом в городе, , А
1000 – 1500	17.422	-12.378	-12.139	-11.74	-12.139
1500 – 2000	20.581	-9.219	-8.979	-8.58	-8.979
2000 – 2500	22.37	-7.43	-7.19	-6.792	-7.19
2500 - 3000	23.517	-6.283	-6.044	-5.645	-6.044
3000 – 3500	24.314	-5.486	-5.246	-4.848	-5.246
3500 – 4000	24.9	-4.9	-4.661	-4.262	-4.661
4000 – 4500	25.348	-4.452	-4.212	-3.813	-4.212
4500 – 5000	25.703	-4.097	-3.857	-3.459	-3.857

Вывод: с увеличением частоты вращения генератора увеличивается ток зарядки АКБ. На малых оборотах данный генератор марки 32.3701 не может обеспечивать АКБ достаточным зарядом, поэтому подберем генератор, удовлетворяющий рассчитанным значениям.

Возьмём генератор 94.3701, мощностью 1000 Вт.

Таблица 3.6

Маркировка	Применение	Pmax, Вт (Uном, В)	N0, мин-1	Iрн, А	Nрн, мин-1	Imax, А	Возбуждение
94.3701	ГАЗ-3302 ВАЗ-2110	1000 (14)					само

94.3701, где:

94 - порядковый номер модели;

3701 – генератор.

4 Часть четвёртая. Определить частоту прокручивания коленчатого вала двигателя стартером при пуске

Исходные данные для расчёта приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Наименование параметров	Обозначение	Значение
Модель автомобиля		ВАЗ-2107
Рабочий объём двигателя	л	1,6
Тип стартера		4216.3708-02
Передаточное число привода генератора	IДС	14,75
Марка батареи		6СТ-60
Температура масла		-18
Вязкость масла	сСт
PCHmax	кВт	1,4
MCHmax	Н·м	12,5
nCHmax	об/м
ICHmax	А
ICHT	A
RC	Ом	0,011
Uнр	В	12,3
UCH	В

Тип стартера 4216.3708-02:

Марка батареи 6СТ-60:

6 – количество аккумуляторных банок;

СТ – стартерная батарея;

60 – ёмкость батареи, А ч

Методика расчёта.

Расчёт электромеханических характеристик стартера для заданной вольтамперной характеристики производят по следующим формулам:

1. Суммарное сопротивление системы пуска:

где: – сопротивление АКБ при заданных условиях пуска, Ом(см. часть 2);

– сопротивление стартера, Ом;

– сопротивление стартерной цепи, принимают равным 0,002 Ом.

2. Ток торможения стартера:

где: – начальное разрядное напряжение и суммарное сопротивление системы пуска при заданных условиях пуска, В.

3. Расчёт параметров стартера для построения его электромеханических характеристик производится в нескольких точках: от тока холостого хода (I_сх) до тока полного торможения – I_ст с интервалом (I_ст – I_сх)/5.

где: – параметры номинальной характеристики, А

Интервал между точками тока холостого хода:

4. Частота вращения стартера

где: U_нр и R_Σп – начальное разрядное напряжение и суммарное сопротивление системы пуска при заданных условиях пуска, В и Ом соответственно;

n_{сн max}, M_{сн max}, I_{сн max}, I_{сн т} – параметры номинальной характеристики.

5. Крутящий момент стартера:

6. Мощность стартера рассчитывают по найденным значениям n_c и M_c при I_ст = const по формуле:

Результаты расчета сводятся в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Параметры стартера	Ток стартера, А
73,8	128,336	182,872	237,408	291,944	346,48
nc, мин-1	5035.672	3632.824	2734.932	2073.195	1548.91	1114.681
Mc, Н*м	1.515	3.023	4.714	6.545	8.494	10.544
Pст, Вт	798.83	1150.053	1350.006	1421.016	1377.73	1230.748

7. Расчет момента и мощности сопротивления прокручиванию коленчатого вала ДВС при запуске

Момент сопротивления прокручиванию рассчитывают по эмпирической формуле:

где: V_ДВС – рабочий объем двигателя;

К_з = 1,1 – коэффициент учета момента сопротивления прокручиванию от дополнительных агрегатов;

ν_м – кинематическая вязкость моторного масла, мм²/с (сСт);

n_ДВС – частота прокручивания коленвала ДВС, мин^-1;

а_м, в_м, с_м – эмпирические коэффициенты, равные соответственно – 0,036; 0,00028; 0,5.

Частоту прокручивания для бензиновых ДВС принимают в пределах 20-100 мин^-1 с интервалом 20 мин^-1, а дизельных 30-150 мин^-1 с интервалом 30 мин^-1.

Мощность сопротивления прокручиванию рассчитывают по формуле:

Результаты расчета занесем в таблицу 4.3.

Таблица 4.3

Параметры сопротивления ДВС	Значение момента и мощности при частоте прокручивания, мин-1
MДВС, Н м	33.786	38.334	42.882	47.43	51.978	56.526
NДВС, Вт	70.756	160.561	269.416	397.32	544.274	710.278

При совмещении зависимостей P_ст = f(n_ст) и N_ДВС = f(n_ДВС) необходимо n_ДС = n_ДВС i_ДС.

где – передаточное число привода стартера;

η_Z = 0,9 – КПД передачи стартер-двигатель.

n_ДС = 20 14= 304 мин^-1

Результаты расчетов занесем в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Параметры сопротивления ДВС на валу стартера	Значения момента и мощности при частоте прокручивания nДС, мин-1
МДС, Н м	2.413	2.738	3.063	3.388	3.713	4.038
NДС, Вт	78.617	178.401	299.351	441.467	604.749	789.198

Расчёты Mathcad

Вывод: