纯电动客车高压配电系统设计的研究

刘利达　李豫

【摘 要】为积极响应国家提出的节能减排、绿色出行号召，当前我国出现了大量不同类型的新能源车辆，其中比较具有代表性的便是纯电动客车。在依靠电力驱动下，几乎不会对周围环境产生任何破坏和污染，并且纯电动客车也具有较好的安全可靠性，因而在公共交通中得到了广泛使用。作为驱动纯电动客车的一大重要系统，高压配电系统及其设计对于纯电动客车的正常运行以及性能等意义重大。基于此，本文将着重围绕纯电动客车高压配电系统进行简要分析研究。

【关键词】纯电动客车；高压配电系统；系统设计

中图分类号： U469.72；U463.6 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.031

【Abstract】Energy saving and emission reduction are advocated in our country， and more and more different types of new energy vehicles appear under green travel， among which pure electric bus is the representative one.Therefore， full use of electric power drive， so almost no damage to the surrounding environment and pollution， and has higher safety and reliability.As an important system of driving pure electric bus， high voltage distribution system and its design are of great significance to pure electric bus.Based on this， this paper will focus on the pure electric bus high-voltage distribution system for a brief analysis.

【Key words】Pure electric bus； High voltage distribution system； System design

0 引言

在纯电动客车当中，高压配电系统相当于其“中枢神经"，负责为纯电动客车提供所需能量，并直接影响着纯电动客车的安全可靠性、动力性以及經济性等各项性能。因此研究纯电动客车高压配电系统设计具有十分重要的现实意义，本文将通过从说明纯电动客车高压配电系统具体功能入手，初步探究其高压配电系统设计，以期为相关研究人员提供相应指导帮助。

1 纯电动客车高压配电系统功能

在纯电动客车高压配电系统当中，其最为关键和重要的功能便是高压配电功能。在将包括高压继电器和熔断器等在内的相关部件进行相互集成下，高压配电系统将负责科学分配、合理管理高压用电。经由高压配电柜充电回路，外部充电设备可以将电力传输至电池系统存储，而动力电池也可以利用高压配电柜向纯电动客车各用电设备，如电动除霜器、电动转向控制器等合理分配自身存储的电能。考虑到高压直流继电器型号直接影响配电功能的实现，因此需要设计人员结合纯电动客车的具体设计要求对其进行灵活选择，通过对比高压回路输入和输出侧电压值，对整车控制器状态进行科学判断，从而有效确保高压配电工作的安全可靠性[1]。

除此之外，纯电动客车高压配电系统还需要具备过电流保护以及高压急断和预充电等功能。一旦高压器件等出现短路或其他故障问题，需要立即切断配电回路直流熔断器，防止影响电气设备的正常使用。而在我国相关标准要求下，纯电动客车驾驶员需要拥有手可触及装置，用以至少断开一个车载主电源电极，从而在遇到突发或是紧急情况下可以切断保护纯电动客车高压电源输出侧。

2 纯电动客车高压配电系统设计分析

（1）预充设计

通常运用在纯电动客车中的变频器和控制器，普遍有容量较大的滤波电容，虽然位于电容两端的电压基本固定，但电流极易出现突变情况。当与电源相互接通时，电容两端相当于短路，因此如果纯电动客车高压配电系统中未能设计预充电电路，受升温影响电容极有可能出现烧损等问题，从而直接影响纯电动客车的正常行驶。因此有必要进行预充设计，一般在纯电动客车的预充电电路当中，需要重点考虑预充电阻、放电时间等关键要素。

从本质上来说，纯电动客车中的预充电路是一种RC电路零状态相应，其表达式如下：

在这一公式当中，电容用C表示，因此Uc代表着电容两端电压，而U和R则分别代表着稳态电压与预充电阻，预充时间用t进行表示。纯电动客车中的电容就是其所有变频器以及控制器内部电容总和，在普通的纯电动客车当中，其电容总值一般为4740μF，而电容两端电压与稳态电压的比值则为0.9，预充时间大约在1s左右。通过利用这一公式，将各项参数代入其中可知预充电阻值为91.6Ω，因此在设计预充电电路时建议选用100Ω电阻，此时预充时间将在1.1s左右。而RC电路零输入响应便是电容放电，可以用下列公式进行表达：UC=U×e

通过根据房永强（2015）对纯电动客车高压配电柜的相关研究，可知在纯电动客车当中放电时间基本在3到5RC之间，并且电容两端电压在逐渐接近零值时，电容放电也将基本结束。此时电动两端电压值一般为0.007U到0.05U，纯电动客车高压配电系统为600V，电压值比36V人体安全电压要小，放电时间基本在1.43s到2.39s之间，也就是说在经过大约2.4s的放电之后即结束放电[2]。

（2）电气设计

在进行电气结构设计的过程当中，需要设计人员重点保障绝缘的安全可靠性，并尽可能将电气结构设计成紧凑型，从而在合理排布器件下能够充分利用电气空间，达到控制设计成本的目的。而为了能够有效提高纯电动客车高压配电系统中电气设计的精准性，笔者建议设计人员可以通过使用专业的CATIA三维设计软件，在直接利用软件自带功能下对器件进行精准定位。并且在条件允许的情况下，尽可能选用正规厂家生产的知名品牌高压部件，从而使其能够具有较高的安全性和耐久性。

在电气绝缘设计中，有研究人员通过将环氧树脂材料制作而成的绝缘板加设在电气元件和金属箱体的中间位置处，利用环氧树脂所具有的良好抗腐蚀性能、耐热和耐电弧等优势性能，在严格按照国家相关标准要求，在绝缘板上合理布设和牢固固定相应电气元件，使得高压元件和金属壳体之间可以具备良好的绝缘性能。在分离极性上，通过分开设置正接线端和负接线端，由此将纯电动客车可能出现短路的可能性降至最低。在确保其拥有较高的通流能力下，使用质量合格的铜排对主正端和主负端进行电气连接。为防止出现浪费大量纯电动客车空间，增加其自身重量的情况，需要在设计过程中尽可能减小高压配电箱的体积。为此，设计人员在布设高压配电箱内的各电器件过程中，需要在保障其方便拆裝下尽量进行紧凑设计。而鉴于高压配电箱内通常空间比较小，但电流相对较大，导致纯电动客车高压配电箱当中经常容易出现大量热量，如果无法及时将其排除，则极有可能因升温过高、过快而影响各电器元件的使用安全，甚至直接影响着纯电动客车的正常行驶。因此本文建议，在对纯电动客车高压配电系统进行设计的过程中，可以将功率和体积相对较小的散热器、散热风扇等设置在高压配电箱当中，以此有效消除这一安全隐患。

（3）工作流程

根据李峰、秦宝可等人（2014）的研究，可知在纯电动客车当中，高压配电系统在运行过程中通常需要经过上电、系统运行以及下电这三个关键过程，从而有效发挥高压配电系统的效用。在上电过程中，纯电动客车在顺利完成上电指令接收后，首先整车控制器将预先诊断高压系统的上电，判断其电池是否拥有充足的剩余电量和正常的电池电压等，在确保各项设置条件与相关标准要求相吻合后再执行电附件部件的高压通电[3]。当经过预判电附件回路能够正常闭合，所有部件均处于正常运行状态时，将自动接收驾驶员START档模拟启动信号，预充电控制主电机控制器，从而有效防止瞬态电流对大功率容性负载的上电冲击。根据其研究显示，在规定时间内顺利完成预充电后，系统将会自动与高压电路相互接通，此时在仪表处会出现相应图标显示提醒驾驶员正常挂挡行驶。

在系统运行过程中，位于高压配电柜当中的主回路在处于接通状态时，纯电动客车将进入待机或是正常行驶状态，并且系统将会同时进入实时故障诊断状态，通过循环检测各项关键参数譬如电压、电流等，并结合故障的具体严重度发出相应的警报信息，以此有效保障高压配电系统的正常运行，防止对纯电动客车以及人员造成不必要的损害。本文所设计的纯电动客车高压配电系统在接收到下电指令之后，车辆在停车状态下，包括主电机控制器等在内的各项控制器将逐一进行断电停机。而如果系统在运行时出现异常情况，则通过利用整车控制器可以对故障部件以及具体故障原因等进行精准定位和明确，并根据实际情况提示相应的处理措施。

3 结束语

本文在以纯电动客车作为主要研究对象，对其高压配电系统进行设计的过程当中，通过采用模块化的设计理念，对高压配电系统的结构设计以及各项电气元件的装配设计进行有效简化，不仅有助于提高系统运行效率，同时也大大增加了纯电动客车的安全可靠性。而在实际进行设计和电器元件装配过程中，工作人员还需要严格按照国家相关标准要求进行规范操作，进而有效防止出现设计与实际不符的情况，影响高压配电系统的正常运行。

【参考文献】

[1]石添华.某款纯电动客车系统匹配和方案设计[J].客车技术与研究，2015，37（02）：15-18.

[2]房永强.纯电动客车高压配电柜的设计与应用[J].机电技术，2015（02）：126-129.

[3]李峰，秦宝可，王鹏.少林纯电动客车电气系统与工作原理[J].汽车电器，2014（12）：43-47.