純電動(dòng)汽車蓄電池選型方案設(shè)計(jì)分析

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摘要：針對(duì)純電動(dòng)汽車輔助蓄電池選型困難，文章通過(guò)對(duì)純電動(dòng)汽車與燃油車在低壓電源系統(tǒng)及輔助蓄電池工作狀態(tài)等方面的差異進(jìn)行分析，從整車零部件的啟動(dòng)電流計(jì)算、輔助蓄電池容量理論計(jì)算、整車暗電流計(jì)算校核、實(shí)車驗(yàn)證等方面提供了一個(gè)對(duì)純電動(dòng)汽車輔助蓄電池選型案例，實(shí)現(xiàn)了提高輔助蓄電池選型的準(zhǔn)確性、延長(zhǎng)輔助蓄電池使用壽命等目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)汽車；輔助蓄電池；暗電流；選型

前言

純電動(dòng)汽車相對(duì)燃油車整車有兩類蓄電池，給低壓電器件供電的輔助蓄電池和給高壓電器件供電的動(dòng)力蓄電池，而純電動(dòng)汽車的輔助蓄電池功能與傳統(tǒng)燃油車蓄電池功能也有所不同。傳統(tǒng)燃油車的蓄電池除了維持整車熄火后暗電流的消耗，同時(shí)還要保證停放一段時(shí)間后整車能夠提供起動(dòng)機(jī)瞬間啟動(dòng)的大功率需求，對(duì)蓄電池的容量要求比較高。而純電動(dòng)汽車的輔助蓄電池除了滿足暗電流的消耗外，在整車啟動(dòng)瞬間并不需要比較大的功率提供，所以純電動(dòng)汽車的輔助蓄電池基本以滿足車輛熄火后暗電流的消耗為主。以下就結(jié)合整車設(shè)計(jì)需求及零部件情況對(duì)某款純電動(dòng)汽車輔助蓄電池容量選型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1純電動(dòng)汽車電氣原理框圖

純電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)主要包括高壓直流電氣系統(tǒng)和低壓電氣系統(tǒng)。在車型開(kāi)發(fā)初期根據(jù)整車功能定義、控制系統(tǒng)部件構(gòu)成、控制策略等完成整車電氣原理框圖，如圖1所示。根據(jù)《電氣設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》的技術(shù)要求、各分系統(tǒng)原理圖，再結(jié)合各用電零部件的電氣需求對(duì)每個(gè)電氣子系統(tǒng)及零部件進(jìn)行載荷分配，并確定供電電源類型及暗電流分配。

2整車電氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)電源分配及零部件電氣參數(shù)需求統(tǒng)計(jì)整車低壓電氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如下表1所示：此款純電動(dòng)汽車在啟動(dòng)的瞬間只有以下零部件及相關(guān)繼電器、接觸器接通需要啟動(dòng)供電，然后DCDC被整車CAN喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)，為整車的低壓用電系統(tǒng)提供電源輸出。相對(duì)于燃油車啟動(dòng)功率來(lái)說(shuō)是非常小的。

3輔助蓄電池容量理論計(jì)算

輔助蓄電池在汽車上常用工作狀態(tài)有兩種：?jiǎn)?dòng)狀態(tài)和充、放電循環(huán)狀態(tài)（向低壓用電器放電或DCDC裝置向輔助蓄電池充電）。在車輛正常使用過(guò)程中，輔助蓄電池的主要工作是在車輛啟動(dòng)時(shí)向整車啟動(dòng)系統(tǒng)提供啟動(dòng)電流及停車時(shí)常電零部件暗電流的消耗。由于純電動(dòng)汽車的輔助蓄電池不用承擔(dān)傳統(tǒng)燃油車蓄電池在汽車啟動(dòng)時(shí)的大電流放電，只需滿足停放一段時(shí)間后，能夠提供足夠的功率供表1中各零部件正常工作即可。所以，在選擇蓄電池的容量（Q/A•h）時(shí)，可以根據(jù)以下方法對(duì)輔助蓄電池容量進(jìn)行計(jì)算選型。1）輔助蓄電池暗電流達(dá)到總?cè)萘康?0%時(shí)，汽車將不能正常工作，由于車輛鑰匙關(guān)閉后要進(jìn)行鎖車、部分部件的延時(shí)休眠消耗部分電量，所以休眠時(shí)蓄電池容量按總?cè)萘康?5%計(jì)算；2）整車初期設(shè)計(jì)要求的停放時(shí)間（t）為42天，汽車應(yīng)能正常啟動(dòng)；3）設(shè)計(jì)初期要求：全車在正常環(huán)境下（已經(jīng)考慮自放電）的整車靜態(tài)電流一般要求不超過(guò)20mA。根據(jù)電池放電容量Qf等于放電電流If與放電Tf時(shí)間的乘積，可得：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合公司現(xiàn)有車型所用的蓄電池型號(hào)，裝配位置、外形尺寸、固定方式等綜合考慮輔助蓄電池容量選定為45Ah。

4整車暗電流計(jì)算

1）整車靜態(tài)電流目標(biāo)值經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)1靜態(tài)電流的大小通常是根據(jù)所選蓄電池容量的大小及蓄電池具有啟動(dòng)能力的最低容量確定（即由蓄電池允許放電量確定）。對(duì)于此款純電動(dòng)汽車，選用蓄電池容量為45Ah，那么根據(jù)車輛停放時(shí)間的要求就可以確定整車靜態(tài)電流的目標(biāo)值了。靜態(tài)電流目標(biāo)值的計(jì)算公式如下所示：2）整車靜態(tài)電流目標(biāo)值經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)2靜態(tài)電流的大小通常是根據(jù)所選蓄電池容量的大小及蓄電池具有起動(dòng)能力的最低容量確定（即由蓄電池允許放電量確定）。對(duì)于此款純電動(dòng)汽車，選用蓄電池容量為45Ah，那么根據(jù)車輛停放時(shí)間的要求就可以確定整車靜態(tài)電流的目標(biāo)值了。靜態(tài)電流目標(biāo)值的計(jì)算公式如下所示：3）某款純電動(dòng)車型整車相關(guān)部件的暗電流值設(shè)計(jì)如下表：根據(jù)以上數(shù)值，計(jì)算可得整車暗電流約為17.5mA，IQ（標(biāo)準(zhǔn)2）＞17.5mA＞IQ（標(biāo)準(zhǔn)1），暗電流的設(shè)計(jì)目標(biāo)值可以滿足停放時(shí)間要求。

5輔助蓄電池容量驗(yàn)證

按照零部件暗電流設(shè)計(jì)目標(biāo)完成零部件設(shè)計(jì)后進(jìn)行裝車驗(yàn)證。整車暗電流通過(guò)在蓄電池負(fù)極柱與負(fù)極線之間串接高精度數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試，上位機(jī)機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線與萬(wàn)用表相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。總線測(cè)試設(shè)備通過(guò)整車OBD口檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)睡眠狀態(tài)，具體測(cè)試方法如下圖2所示。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。通過(guò)測(cè)試結(jié)果可知，整車正常狀態(tài)下最長(zhǎng)在10min內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠后的整車暗電流不僅小于輔助蓄電池選型的20mA目標(biāo)值，同時(shí)小于零部件總 計(jì)17.5mA的設(shè)計(jì)值，以上實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證輔助蓄電池的45Ah的容量選擇可以滿足車輛停放42天的要求，減少輔助蓄電池的過(guò)充過(guò)放，延長(zhǎng)其使用壽命?？紤]實(shí)際使用情況、容量衰減、天氣寒冷對(duì)放電容量的影響等方面，建議車輛停放超過(guò)半個(gè)月不使用時(shí)把蓄電池的負(fù)極斷開(kāi)。

6結(jié)束語(yǔ)

鑒于純電動(dòng)汽車輔助蓄電池特殊性，采用此種方法選型其容量簡(jiǎn)單可靠。在車型開(kāi)發(fā)初期就需要先定義好車輛的停放時(shí)間及整車暗電流目標(biāo)值，并在車型開(kāi)發(fā)過(guò)程中嚴(yán)控相關(guān)零部件的暗電流，以便輔助蓄電池容量的選型合理并延長(zhǎng)其使用壽命。

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作者：陳素梅 田磊 王瑤 張曉林 胡志冬 單位：鄭州日產(chǎn)汽車有限公司