基于插電式方案的純電動(dòng)系統(tǒng)配電設(shè)計(jì)

王雙娥，張群政，譚志紅（湖南中車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司，湖南 株洲　412007）

基于插電式方案的純電動(dòng)系統(tǒng)配電設(shè)計(jì)

王雙娥，張群政，譚志紅
（湖南中車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司，湖南 株洲412007）

對(duì)于迷你電動(dòng)巴士，由于空間有限，各部件的小型化與集成化勢(shì)在必行。本文介紹一款純電動(dòng)車用配電方案，該方案的配電盒集成了插電式量產(chǎn)車上的系統(tǒng)低壓配電、傳統(tǒng)低壓配電與手動(dòng)開關(guān)，大大減少了安裝空間，提高了防護(hù)等級(jí)，且成本大為降低。

電動(dòng)客車；插電式系統(tǒng)；純電動(dòng)系統(tǒng)；配電方案

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，新能源汽車的發(fā)展受到越來越多的重視［1］。目前，我國(guó)的新能源汽車主要是指除汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之外所有其它能源汽車，包括燃?xì)狻⒋碱惾剂掀?、混合?dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車以及燃料電池汽車。由于目前政府對(duì)于10 m、12 m新能源汽車的財(cái)政補(bǔ)貼逐步減少，6～8 m純電動(dòng)車受到越來越多人的青睞（簡(jiǎn)稱迷你電動(dòng)巴士）。對(duì)于迷你電動(dòng)巴士，由于空間有限，各部件的小型化與集成化勢(shì)在必行［2-3］。本文介紹一款純電動(dòng)車用配電盒方案，該方案集成了插電式量產(chǎn)車上的系統(tǒng)低壓配電、傳統(tǒng)低壓配電與手動(dòng)總開關(guān)，大大減少了安裝空間，提升了防護(hù)等級(jí)，為車輛生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展中小型純電動(dòng)客車提供便利。

1　現(xiàn)有插電式與純電動(dòng)系統(tǒng)的電氣比較

因我司插電式系統(tǒng)配電方案較為成熟，前期10 m 及12 m純電動(dòng)車輛上所用配電盒仍沿用插電式系統(tǒng)配電盒，存在很大程度的資源浪費(fèi)，且插電式系統(tǒng)用配電盒集成度較低，部件較多，占用安裝空間，純電動(dòng)系統(tǒng)如直接采用，會(huì)給純電動(dòng)的整車布置尤其是中小型純電動(dòng)的整車布置帶來很大難題，所以需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。下面對(duì)插電式與純電動(dòng)式的電氣系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而了解其配電方面的區(qū)別。

我司插電式系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)原理如圖1所示［4］，其動(dòng)力系統(tǒng)主要由APU系統(tǒng)（發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等構(gòu)成。該系統(tǒng)較串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)配置（包括動(dòng)力電池系統(tǒng)及超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)），以延長(zhǎng)純電動(dòng)續(xù)駛里程及動(dòng)力電池壽命。

圖1　插電式電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

我司純電動(dòng)系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)原理如圖2所示［5］，其動(dòng)力系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能系統(tǒng)（主要為動(dòng)力電池系統(tǒng)、充電單元、高壓維修開關(guān)）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

圖2　純電動(dòng)式電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

由此可見，相比于插電式系統(tǒng)，純電動(dòng)系統(tǒng)部件相對(duì)較少，配電相對(duì)簡(jiǎn)單，主要區(qū)別如下：

1）純電動(dòng)系統(tǒng)無APU系統(tǒng)，在配電上可減少發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)的電源配電及相應(yīng)起動(dòng)繼電器，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU及后處理系統(tǒng)的配電，4個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇及APU系統(tǒng)相應(yīng)水泵的配電。

2）純電動(dòng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)一般采用單電壓平臺(tái)，即只有動(dòng)力電池系統(tǒng)，無超級(jí)電容系統(tǒng)，在配電上可減少雙電耦合系統(tǒng)的配電，超級(jí)電容系統(tǒng)的配電及相應(yīng)熱管理系統(tǒng)的配電等。

2　純電動(dòng)系統(tǒng)的配電方案設(shè)計(jì)

2.1現(xiàn)有插電式系統(tǒng)低壓配電的缺陷

我司現(xiàn)有插電式系統(tǒng)低壓配電原理如圖3和圖4所示［6-7］。圖3虛線框內(nèi)原理即一級(jí)配電盒原理；手動(dòng)開關(guān)未在虛線框內(nèi)，單獨(dú)布置于一級(jí)配電盒外。圖4為系統(tǒng)低壓配電盒部分原理，與純電動(dòng)相同部分原理已省略。由圖4中可以看出，插電式系統(tǒng)因部件較多，配電較為復(fù)雜，配電盒集成度不高，有3個(gè)部件，分別為手動(dòng)開關(guān)，一級(jí)配電盒與系統(tǒng)低壓配電盒。

圖3　傳統(tǒng)低壓配電原理1

圖4　傳統(tǒng)低壓配電原理2

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)及成本的原因，插電式用一級(jí)配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒及手動(dòng)開關(guān)所采用的接插件金屬端子多次插拔接觸后易松動(dòng)，電氣盒所采用的材料阻燃性能不高，PCB板過流設(shè)計(jì)安全余量不高，安全性能不高。且接插件的出線方式為底部出線及背部出線，該出線方式對(duì)安裝、調(diào)試、檢修帶來較大困難，可視性及可操作性不強(qiáng)。

2.2純電動(dòng)系統(tǒng)配電方案

純電動(dòng)車配電需求如圖5所示，與插電式配電盒原理相同部分未在本圖中體現(xiàn)。該配電方案集成了手動(dòng)開關(guān)，各部件?；痣?、電磁開關(guān)后電源，鑰匙開關(guān)ON后電源及受控電源，并對(duì)各不同配電均有相關(guān)預(yù)留，可滿足現(xiàn)有純電動(dòng)配電需要并可做部分拓展，且該方案取消了插電式系統(tǒng)相關(guān)配電，如APU系統(tǒng)相關(guān)配電（起動(dòng)機(jī)電源、起動(dòng)繼電器，發(fā)動(dòng)機(jī)4個(gè)風(fēng)扇，發(fā)電機(jī)電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)雙電耦合的相關(guān)配電等）。該配電盒集成了1個(gè)大功率繼電器，12個(gè)5腳繼電器，2個(gè)4腳功率繼電器，1個(gè)板式大保險(xiǎn)，8個(gè)板式小保險(xiǎn)，1個(gè)DCDC盒式保險(xiǎn)，36個(gè)片式小保險(xiǎn)，其中該小保險(xiǎn)可選配可恢復(fù)保險(xiǎn)，當(dāng)排查故障后可手動(dòng)恢復(fù)該保險(xiǎn)的使用［8］，無需重新更換保險(xiǎn)，解決了保險(xiǎn)燒損后無法找到替代保險(xiǎn)的問題，可選配1個(gè)帶CAN功能的電流檢測(cè)模塊。該設(shè)計(jì)方案可滿足純電動(dòng)車用配電需要，集成了原插電式系統(tǒng)用一級(jí)配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒、手動(dòng)開關(guān)。

圖5　純電動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

針對(duì)普通配電盒防火性能不高的問題，該款配電盒為應(yīng)用于CAN總線客車的專用防火配電盒，該配電盒可配CAN通訊功能，CMS電流檢測(cè)功能［9］，在過流過熱時(shí)能自動(dòng)斷電，提前預(yù)警電路系統(tǒng)的故障隱患，防火等級(jí)V0級(jí)，耐高溫150℃。且該配電盒的出線更為合理，大電源線束從下部出線，有橡膠件防水，小電源從左側(cè)的防水接插件引出，捆扎成束，使線束走向清晰美觀。

2.3配電方案對(duì)比

該純電動(dòng)配電方案與現(xiàn)有插電式配電方案相比，有以下特點(diǎn)：

1）數(shù)量減少。因減少了插電式系統(tǒng)相關(guān)專有部件的配電，將配電盒集成，配電部件數(shù)量由3個(gè)減少為1個(gè)。

2）尺寸減小。因集成了插電式系統(tǒng)用一級(jí)配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒、手動(dòng)開關(guān)，所以該方案的配電盒尺寸僅為插電式一級(jí)配電盒尺寸大小。

3）便利性更好。插電式用配電盒欠缺對(duì)出線方向的考慮，采用背部出線方式，調(diào)試時(shí)一般需將配電盒拆下，調(diào)試維護(hù)非常麻煩。該純電動(dòng)配電盒方案設(shè)計(jì)時(shí)將出線方向改為盒體前部及底部出線，方便了調(diào)試維護(hù)；另由于該純電動(dòng)配電盒方案將3個(gè)盒子集成為1個(gè)，且減少了盒體與盒體之間的線束，安裝更為簡(jiǎn)便。

4）防護(hù)等級(jí)提高。插電式用配電盒IP防護(hù)等級(jí)為IP43。該純電動(dòng)用配電盒方案通過集成3個(gè)配電盒，減少盒體與盒體之間的連接線束，取而代之采用內(nèi)部銅條連接；出線接插件由非防水接插件改為防水接插件，在出線端增加過線密封膠圈等措施，IP防護(hù)等級(jí)提升為IP65。

5）安全性增強(qiáng)。該方案的護(hù)套及盒體阻燃等級(jí)由UL94 V1級(jí)提升為UL94 V0級(jí)，材料耐溫等級(jí)由85℃提升為150℃；接插件采用防松脫卡扣，帶夾緊鋼片金屬端子，避免了原盒體插件中簧片壓接力不強(qiáng)，容易退針現(xiàn)象；阻燃盒體與盒體之間連接線束改為單個(gè)配電盒內(nèi)部銅板連接，減少由于線束磨損而產(chǎn)生短路故障的可能性，減少由于線束接觸不良而導(dǎo)致的火災(zāi)隱患，內(nèi)部由線束連接改為PCB板連接，銅條加厚，過流能力加強(qiáng)，安全等級(jí)更高。

6）成本減少。該款純電動(dòng)配電盒成本根據(jù)所需配置高低而定，相較原插電式3個(gè)配電部件，可節(jié)省原車的手動(dòng)開關(guān)、安裝支架及一根電瓶線，節(jié)省系統(tǒng)低壓配電板至一級(jí)配電盒線束，節(jié)省總成本200～250元。

3　結(jié)束語

如果純電動(dòng)車所用配電盒仍沿用插電式系統(tǒng)配電盒，存在很大程度的資源浪費(fèi)，且插電式系統(tǒng)用配電盒集成度較低，部件較多，占用安裝空間。本文介紹了新開發(fā)的一款純電動(dòng)車用低壓配電盒方案，該配電盒方案集成了原插電式車用一級(jí)配電盒、系統(tǒng)低壓配電板、手動(dòng)開關(guān)，且安裝尺寸僅為原一級(jí)配電盒尺寸大小，大大節(jié)省了安裝空間，降低了安裝難度，便于后期的維護(hù)檢修。并且該配電盒可根據(jù)需要進(jìn)行不同規(guī)格的配置，成本較原插電式配電盒也有一定程度的降低。

［1］萬鋼.我國(guó)節(jié)能與新能源汽車發(fā)展模式的思考與探索［J］.交通與運(yùn)輸，2008（2）：1-3.

［2］張明.我國(guó)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展：前景展望與策略選擇［D］.成都：四川省社會(huì)科學(xué)院，2011.4.

［3］歐陽明高.我國(guó)節(jié)能與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略與對(duì)策［J］.汽車工程，2006（4）：317-322.

［4］張群政，王坤俊，譚志紅.基于插電式動(dòng)力系統(tǒng)的公交客車設(shè)計(jì)開發(fā)［C］.中國(guó)智能交通年會(huì).2012.

［5］石添華.某款純電動(dòng)客車系統(tǒng)匹配和方案設(shè)計(jì)［J］.客車技術(shù)與研究，2015，37（2）：15-18.

［6］王力，陳喜波.低壓配電設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題［J］.黑龍江科學(xué)，2014（8）：290.

［7］黃晶.論低壓配電中存在的問題及對(duì)策［J］.中國(guó)西部科技，2013（8）：53-54.

［8］韓軍，盧長(zhǎng)軍.宇通第二代中央配電裝置［J］.客車技術(shù)與研究，2002，24（3）：18-20.

［9］唐勇.電流檢測(cè)技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

修改稿日期：2016-04-07

Design of Electric System Power Distribution Based on Plug-in Type Program

WangShuang'e，ZhangQunzheng，Tan Zhihong
（Hunan CRRCTimes Electric Vehicle Co.，Ltd，Zhuzhou 412007，China）

Due to its limited space with regards to the mini bus，the miniaturization and integration of various components are imperative.The authors introduce a type of power distribution program for pure electric vehicles.The power distribution box of this program has integrated the system low-voltage power distribution，the traditional low-voltage power distribution and the manual switch of the producing plug-in hybrid buses.Thereby the integrated boxhas the advantages ofless installingspace，more protection level and less cost.

electric bus；plug-in type system；pure electric system；power distribution program

U469.72；U463.6

B

1006-3331（2016）04-0042-04

王雙娥（1987-），女，碩士；工程師；主要從事新能源客車電氣系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)與研究工作。