栾英林 边帅 张春
河北御捷车业有限公司研究院 河北省 054800
摘要：电气系统是纯电动乘用车的一大特色，在产品开发过程中电气系统的设计至关重要。因此,作为电气系统设计中一部分的整车电平衡设计是很重要的。作者结合工作经验对纯电动乘用车整车电平衡设计的原理、过程以及关键要素进行论述。
关键词：纯电动乘用车 电气系统 整车电平衡
1 原理简介
承袭汽车的整车电平衡设计理念，纯电动乘用车整车电平衡设计是指低压电路部分电气件的用电量平衡计算。低压电路部分由动力蓄电池总成、DC-DC、辅助蓄电池以及整车低压电气件通过低压线束联接构成。与汽车相比，纯电动乘用车整车电平衡设计原理存在一定差异。首先，动力蓄电池总成代替发电机成为整车电气件的能量来源，除了给高压电气件提供能量外，还同时借助DC-DC实现为辅助蓄电池充电功能，进而为低压电气件供电；其次，辅助蓄电池的容量只有静态容量部分，不必考虑起动容量部分；再次纯电动乘用车用电设备的种类及其功能原理略有变化。动力蓄电池总成、DC-DC、辅助蓄电池三者构成低压电气件的供电单元，该供电单元与所有低压电气件的电量匹配是纯电动乘用车整车电平衡设计的核心。
2 理论计算
整车电平衡设计可以分为以下几部分内容：
1)整车技术条件解读
2)辅助蓄电池匹配
3)整车电负荷计算
4)整车电平衡设计校核
5)整车电平衡试验验证
由于动力蓄电池总成同时为低压电气件及高压电气件提供能量，本文还需要简述动力蓄电池总成的匹配设计原理。依据整车的动力性指标（最高车速、加速性指标、最大爬坡度指标）、续驶里程指标、能量消耗率、整车试验质量、最大总质量等设计输入，依据动力性经济性匹配计算分析结果合理选择动力蓄电池总成的技术参数，包括型式、放电特性曲线、能量密度、功率密度等，最终选定动力蓄电池总成。
2.1整车技术条件解读
通过解读整车技术条件，获取车型定义、用途、客户群体、销售区域、质量指标、动力性指标、经济性指标、低压电气件技术参数等内容，做好整车电平衡设计的准备工作。这项工作非常重要，直接关系到后续整车电负荷计算中特殊用途电气件的选择、加权系数的设定、实际运行工况等内容。
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2.2辅助蓄电池匹配
纯电动乘用车驱动电机的起动方式决定了辅助蓄电池不需要考虑起动容量，只需要考虑静态容量即可。静态容量是指车辆放置时需要消耗的电量，通常由两部分构成，一是车辆静态电流在规定停放时间内（行业内没有统一标准，目前定义为30天或者42天）消耗的电量，二是蓄电池本身自放电消耗的电量，通常选择铅酸蓄电池作为辅助蓄电池。结合车辆的使用条件、环境温度、整车最大静态电流等设计输入合理选择辅助蓄电池。
2.3整车电负荷计算
依据车辆行驶中电气件工作时间长短，可以把用电气件分为持续工作制、长时间工作制、短时间工作制三类。持续工作制电气件是指车辆行驶中一直工作的设备，例如点火开关、组合仪表等；长时间工作制电气件是指车辆行驶中长时间使用的设备，例如前后组合灯、风窗刮水器总成等；短时间工作制电气件是指车辆行驶中短暂使用或随机使用的设备，例如点烟器、电动门窗、阅读灯、高低音喇叭等。
整车电负荷与电气件的使用状态、工作状态密切相关，电气件的工作状态受诸多因素影响，例如车型定义（租赁车、家庭用车等）、用户驾驶习惯、气候、温度等，这些因素都增加了整车电负荷的计算难度，为了便于分析计算，引入电气件使用频度系数这一技术参数，主要目的是把难以量化的影响电气件工作状态的因素转化为可量化的技术参数，从而简化整车电负荷计算，降低计算难度。现在市场上纯电动乘用车的暖风系统是通过PTC加热空气，再采用鼓风机向乘员舱内输送热空气的方式来实现乘员舱取暖，这与汽车通过发动机冷却液循环散热来实现乘员舱取暖的方式是截然不同的；纯电动乘用车压缩机是消耗电能来工作的，与汽车通过多楔带带动压缩机运转消耗机械能也是有差异的。
2.4整车电平衡设计校核
依据整车电平衡计算结果，合理确定DC-DC技术参数（额定功率、工作电流、工作效率等），最后在当前DC-DC可选系列中选定即可；依据辅助蓄电池的放电特性曲线、整车最大静态电流以及车辆规定停放时间，再次校核辅助蓄电池是否满足设计要求。
2.5整车电平衡试验验证
试验验证标准现在业内没有统一的行业标准或者技术规范，各主机厂电气工程师都是依靠工作经验制进行试验验证。国家标准有GB/T 18385《电动汽车动力性试验方法》、GB/T 18386《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》、GB/T 18388《电动汽车定型试验规程》可以参考。
3 结论
本文作者结合工作经验，并参考相关国家标准说明了纯电动乘用车整车电平衡设计的设计过程及关键要素。同时为了更直观形象地说明问题，本文也把纯电动乘用车的整车电平衡设计与汽车的整车电平衡设计进行了对比，指出了二者之间原理上的一些差异。
参考文献：
1 GB/T 18385《电动汽车动力性试验方法》，2005版
2 GB/T 18386《电动汽车能量消耗率和续驶里程试验方法》，2005版
3 GB/T 18388《电动汽车定型试验规程》，2005版
论文作者:栾英林,边帅,张春
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/3
标签：整车论文; 电平论文; 蓄电池论文; 电气论文; 乘用车论文; 总成论文; 动力论文; 《防护工程》2018年第9期论文;