基于纯电车型的电平衡试验方法浅析

2021-06-04刘铁山沈晓青

汽车电器 2021年5期

孙坤，刘铁山，沈晓青

（宁波吉利汽车研究开发有限公司路特斯项目研究院，浙江宁波 315336）

目前，整车电平衡研究在汽车行业里已经非常成熟，基本在每个企业里都有电平衡性能管理团队，电平衡的标准也比较系统，国内电平衡的研究主要分为两个工况：冬季工况和夏季工况［1］。因为这是由国内的气候条件决定的，冬季及夏季是主要的气候条件，也是汽车运行的主要气候条件，这对于主要面对国内市场的车型没有问题，但是对于面向全球的汽车企业来说还不够，还需要考虑其他典型工况，比如：中东干热工况、热带湿热工况、极地寒带工况，及用户在这些典型工况下使用电器的情况。国际上面向全球的车企对电平衡的研究都会考虑其销售市场的气候情况和客户的使用习惯问题，对这些市场的车型进行特殊的设计以适应当地的气候条件，对于电平衡性能也一样。

当前对电平衡试验方法的研究主要集中在常规燃油车方面，因为从汽车出现到现在已经100多年的历史，基本都是使用燃油驱动，所以一直以来燃油车的电平衡研究一直是汽车电器人研究的重点方向。随着新能源汽车的兴起，对于新能源电平衡的要求也需要与时俱进，本文基于电平衡研究的现状，对纯电车型电平衡试验方法进行简单阐述。当然，纯电车型电平衡试验方法的基础还是常规电平衡，在其基础上进行引申、扩展并发展成一个能独立进行评价的方法。

1 电平衡的定义

1.1 什么是电平衡

电平衡是研究发电/变电装置（DCDC）、低压蓄电池、耗电设备之间的匹配程度，用于确认理论计算的电平衡与实际电平衡的吻合程度，还用于改进电气系统设计，调整电池电量繁余，优化整车电气性能。

1.2 电平衡试验方法

电平衡试验包括实车环境路试和环境舱里转毂上进行的测试。两种方法的优缺点如下。

1）实际环境路试能模拟客户的实际使用情况，是最接近实际用电平衡的情况，但是模拟环境变化较难控制，如温度、湿度、光照等都影响到用电器的开启，均对电平衡有影响。

2）模拟环境舱里转毂上进行试验，环境条件较好控制，根据设计的试验程序进行，能科学地模拟用户的使用习惯，缺点是与实际使用情况有差别。

为了对比和试验的便利性，我们选择在环境舱里模拟工况进行试验方法的研究。

当然，如果条件允许，首先需要进行电平衡虚拟仿真分析，输入电平衡试验的条件和参数，虚拟验证电平衡试验结果，可以优化设计方案，更好地验证整车电平衡性能。

2 影响纯电车型电平衡的因素

与燃油车不同，纯电车型有自己特殊的电气系统，所以影响电平衡的因素也有区别。

首先，纯电车型没有发动机及发电机，没有启动工况，所以电池容量一般选择得比较小，只要满足基本的电器属性要求即可。由于以上原因，纯电车型用DCDC代替了发电机的功能，通过DCDC把整车高压动力电池的电能转化成低压，为全车用电器供电的同时为低压蓄电池充电。纯电车型电气系统示意图见图1。

图1 纯电车型电气系统结构图

所以影响纯电车型电平衡的因素就不再是发动机转速、发电机功率等，而是DCDC功率、DCDC特性和算法、高压电池电压、充电逻辑、低压蓄电池容量及电压等。

1）纯电车型在高温和低温下的特性与常规车型有差别，由于发动机和发电机特性受到温度的影响较明显，而动力电池及DCDC受温度的影响较小。

2）负载对电平衡的影响，燃油车的用电器负载均为低压蓄电池供电，包括ECM、空调、EPAS等，但是在纯电车型中空调为高压部件，由动力电池供电，没有发动机电控部分，改为BECM等电池控制器。

3）蓄电池选型对电平衡的影响，常规车蓄电池选型主要考虑启动发动机、冷启动、静态电流要求等需求，所以一般选择较大容量的铅酸蓄电池，而纯电车型没有启动发动机需求，同时由于轻量化的现实需要，一般选择质量和体积较小的锂电池，因为没有大容量需求，所以锂电池的容量也较小。

4）其他影响电平衡的因素还包括车辆驾驶响应速度，纯电车型与常规车型的在变速器、挡位、电机上的差别也会影响电平衡的结果。

3 试验设备

试验设备与常规测试区别不大，主要有数据记录仪、总线测试仪器、电压电流传感器和温度传感器等。

需要注意的是需要监控动力电池的电压和电流情况，另外，为了提高测试的准确性，建议电流测量的时候选择分流器测量，分流器适配电阻建议在1mΩ。

测试对象建议选用同等级别里的高配车型，这样用电器的总耗电多，能更接近恶劣情况。

4 负载开启情况

对于纯电车型，负载的开启情况分为两部分，一是长时负载，包括车辆运行时默认开启的负载，如车辆上电之后直接运行的负载（如CEM、仪表、日行灯等）、车辆行驶时的负载（如主动悬架、EPS、ABS/ESP、A/T等）。二是短时负载，这种情况需要按照实际需要打开，具体情况可以参考表1。

对于在转毂上无法实现的负载，需要外加电子负载进行模拟，方式由设计人员提供。

5 试验工况

如果车辆只在国内市场销售，则只需要考虑常规高温工况和低温工况即可，即在测试的时候只需要设置环境温湿度模拟，见表2。

如果车辆为全球车型，则需要考虑具体的销售市场环境要求，为满足各种使用环境，推荐测试环境模拟工况，参考表3。

6 试验步骤

6.1 常规测试工况

1）试验开始前需选择车辆最耗电模式，如sport模式，将车辆置于试验环境下。

2）开始数据记录仪、总线测试仪。

3）5min，准备状态，静止不动。

4）4分钟45秒，时速50km。

5）15s缓慢制动，靠边停车（将方向盘打至最右/最左）。

6）1min，准备状态。

7）从路边驶出15s内加速到50km/h（将方向盘打至最右/最左）。

8）30s，时速50km。

9）15s缓慢制动，然后靠边停车（将方向盘打至最右/最左）。

10）转到第6步，循环重复25次，总运行时间为60min。

11）关闭。

12）60min测试之后，静置车辆60min，锁车、设防。总测试时间为2h。

注①：以上静止模式需要D挡踩制动。

注②：夏季：内部环境系统为自动+22℃。手动控制风扇在前9分钟45秒以100%的速度运转，若有座椅通风则在整个测试过程中全开。若有后排空调出风口则测试过程中全开。

冬季：先除霜工作10min，然后设置自动+22℃。风窗加热和玻璃除霜*）（*）表示仅在寒冷条件下测试时使用）。电动外后视镜加热*）。电动座椅加热*）。音响系统：正常音量。制动灯：驻车时开启。可能影响电平衡的其他系统。

表1 负载开启表

表2 国内车型电平衡工况

表3 全球车电平衡模拟工况

车辆上电后，应手动尽快打开影响电负载的系统。

下电后，汽车闭锁并激活报警系统，并继续记录1h。

6.2 最大负载工况

最大负载工况主要模拟用户在车辆使用过程中，除了车辆本身的电器外，另外添加外置用电器，如：车载电冰箱、车载热水器、车载充气泵等（主要考虑从低压取电的情况，不包括直接从高压取电的情况）。这里主要考察车辆增加电器负载的余量，为了满足用户大部分的用电需求，建议最大外接负载为50A。试验后的验收标准建议从以下两个方向考虑：一是在试验过程中，低压蓄电池是否放电，即蓄电池SOC是否是上升趋势；二是蓄电池的电压是否是上升趋势，如果是上升趋势则表明蓄电池是充电状态，说明最大负载测试是可以接受的。