纯电动汽车电平衡计算

2019-05-07王景松孙李璠张月林

汽车电器 2019年4期

关键词：蓄电池整车导线

王景松，孙李璠，孙强，张月林

（1.郑州比克新能源汽车有限公司，河南郑州 451450；2.海马新能源汽车有限公司，河南郑州 451450）

纯电动汽车电平衡计算包括整车电平衡计算、蓄电池选型计算、熔断丝选择计算、导线线径的选择。上述的相关参数是作为整车选择DC／DC、蓄电池、熔断丝以及绘制整车电气原理图、2D线束图的重要基础和依据。

1 电能平衡计算

1.1 用电负荷概述

汽车用电负荷是进行DC／DC（直流变换器）选型的重要依据，汽车上配置的所有电器设备一般不会在同一时间全部都投入工作，并且许多用电设备的工作时间、工作时间长短，主要取决于季节与环境的变化。

一般来说汽车在行驶中几种较为典型的用电工况大致可分为：平常日间、冬季日间、夏季日间、夏季夜间、平常夜间、冬季夜间、冬季雪夜和夏季雨夜。

上述用电情况中，夏季雨夜为整车用电负荷最大的工况，因此在选择DC／DC（直流变换器）时，应确保其额定输出电流大于夏季雨夜工况下的整车用电负荷。

1.2 电能平衡计算

整车用电设备可分为连续工作制、短时工作制、随机工作制3种。

1）连续工作制使用频度系数为100%。

2）短时工作制根据具体工况而定（在夏季雨夜的工况下：近光灯、小灯、前雨刮、空调系统等的使用频度系数为100%）。

3）随机工作制根据工况而定（国家无相关标准）。

整车常用用电设备的工作电流、使用频率系数（夏季雨夜）统计见表1（注：频度系数为经验值）。

根据整车电气系统常用电器设备的工作电流及使用频率系数统计表计算出整车在夏季雨夜工况下的整车用电负荷见表2。

2 DC／DC及蓄电池的选择

2.1 DC／DC匹配计算

DC／DC变换器，即直流变换器；与传统燃油汽车的发电机作用相似，是将高压动力电池电压转换为14 V低压，为整车附属电器设备（车灯、仪表灯）提供电能。根据计算公式（P=UI），在极端工况下用电器的总功率约为1.47 kW，但为在各工况下DC／DC变换器都能满足各用电器需求，使蓄电池的充放电达到平衡，蓄电池的充电系数一般取0.1，因而DC／DC变换器的输出功率（Ps／kW）为：

考虑到将来可能增加一两个低压电器部件并结合目前市场现有产品等综合因素，DC／DC变换器输出功率定为2.0 kW。

2.2 蓄电池匹配计算

传统燃油车中蓄电池担负着起动机的大功率负荷，而电动汽车用铅酸蓄电池只需满足汽车运行前控制器和高压控制系统供电即可。所以，在选择蓄电池的容量（Q／Ah）时，只需根据以下方法对Q进行计算即可。

表1 工作电流、使用频率系数（夏季雨夜）统计表

表2 整车用电负荷统计表

1）蓄电池漏电达到总容量的60%时，汽车将不能正常工作。

2）全车在正常情况下（考虑自放电）的整车静电流不超过30 mA。

3）初步设计的停放时间（T）为30天，即720 h，汽车应能正常启动。

根据以上条件，由公式T=Q×60%／0.03 A=720 h，可计算出Q=36 Ah。

考虑到产品供应综合因素，选择骆驼牌全免维护铅酸蓄电池，容量为45 Ah。

3 熔断丝的匹配及导线线径选择

通过对熔断丝、导线对应的负荷进行分析，计算出对应熔断丝的容量、导线的线径，来进行电气原理图的设计和线束图的制作。

3.1 经验计算公式

3.1.1 连续负荷熔断丝

连续负荷是指在特定条件下进行连续通电的负荷。对于连续负荷的熔断丝有以下计算经验公式：

式中：Ifuse——计算所得的熔断丝电流，熔断丝选型时，将小数位全部进位为整数，以确保安全；Iload——负载的电流；a——熔断丝负荷率，依经验取75%，但也要视情况而定，对于长时间工作的发热电器件和高温环境下的工作元器件取60%；K——环境温度折算系数，可根据查表（表3）得知。

3.1.2 间断负荷熔断丝

间断负荷是指动作时间短或断断续续通电的负荷。由于间断负荷很少单独配熔断丝，对于连有间断负荷的熔断丝有以下计算经验公式：

式中：Ifuse——计算所得的熔断丝电流，熔断丝计算时，将小数位全部进位为整数，以确保安全；Iload——负载的电流；I1——连续负荷；I2——间断负荷；a——熔断丝负荷率，依经验取90%，但也要视具体情况而定。

表3 环境温度折算系数表

3.1.3 导线线径

1）线束的设计是依据其上游的熔断丝而设计的，线径极限电流值必须大于其上游熔断丝的值。导线截面积计算公式如下：

式中：A——电线的截面积，mm2；I——用电器额定电流，A；ρ——铜电阻率（约为0.018 5 Ω×mm2／m）；L——导线长度，m；Ud——允许最大电压降损失。

根据选定的线径极限电流值对照日标的参数表可查出对应的导线线径。

2）一般采用经验公式：I=（A×10+8）／2

式中：A——电线的截面积，mm2；I——导线通过电流，A。

3.2 快熔熔断丝与慢熔熔断丝的选择

熔断丝应用设计时需要考虑：系统电压等级、工作温度、工作电流、负载类型、空间要求等。

1）系统电压等级：系统电压是12 V或24 V。

2）工作温度：熔断丝都有温度降级特性，选择熔断丝时需考虑其工作环境是位于前舱还是驾驶舱。

3）工作电流：在正常工作情况下，熔断丝必须能够持续承载负载工作需要的电流而不会熔断。

4）负载类型：汽车上的负载分为电阻性负载、容性负载和感性负载3类。①电阻性负载主要是一些加热装置，例如后窗除雾、座椅加热、空气或水温预热等；②容性负载包括灯类（前照灯、雾灯、转向灯、小灯）和控制模块里的滤波电容器等；③感性负载有电磁阀类、电机类和泵类，例如选换挡电机、风扇电机、天窗电机、电动后视镜折叠电机、调节电机、刮水电机、门锁电机、背门锁电机、洗涤电机、座椅电机、EPB执行电机、鼓风机等。

3类负载主要区别如下：①感性负载：电流滞后于电压；②容性负载：电流超前于电压；③阻性负载：电流电压同相位。