論GB/T 24347電動汽車DC/DC變換器與實際應用的不符之處

張明森（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海　200438）

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論GB/T 24347電動汽車DC/DC變換器與實際應用的不符之處

張明森
（上海汽車集團股份有限公司商用車技術中心，上海200438）

摘要：簡單介紹電動汽車DC/DC變換器的基本概念；結合筆者所開發的DC/DC變換器（高壓變低壓）在高速電動汽車上工作模式的實際應用，與GB/T 24347-2009所建議的工作模式進行比較，著重探討了不同工作模式的優缺點。

關鍵詞：電動汽車；DC/DC變換器；GB/T 24347；工作模式

電動汽車按車速可分為高速電動汽車和低速電動汽車。國家標準GB/T 28382-2012《純電動乘用車技術條件》中“4.5.1 30 min最高車速”［1］規定不低于80 km/h。只有高于此速度才能稱為純電動乘用車，俗稱高速電動汽車，才能享受補貼。筆者所從事開發的電動汽車為最高時速為120km/h，屬于高速電動汽車。

1　電動汽車用DC/DC變換器

DC/DC變換器根據變換的電壓值的不同，有多重用途，如圖1所示。直流穩壓器：把直流9 V變換成直流12 V，它的用途在于穩壓；高壓功率變換器：把直流200～400 V變換成380 V，它的用途多用于電動汽車動力電源系統；DCL：把直流250～400 V變換成低壓14 V或28 V左右，為整車低壓電器和高壓控制單元供電。

圖1　DC/DC變換器分類

1.1DCL存在的必要性

大家都知道電動汽車已經沒有低壓發電機了，而整車絕大多數用電器還是14 V電系（如前照燈）。假如只消耗車上的12 V鉛酸蓄電池（在DCL工作前為控制器提供工作電源），是支撐不了多久的。這就需要有把動力電池（例如鋰電池）的高壓電變換成低壓電的器件，以給整車低壓用電器提供電源，這就是DCL。

1.2DCL的標準

目前沒有一個專門針對DCL的國家標準和行業標準。在GB/T 24347—2009《電動汽車DC/DC變換器》中的適用范圍內提到了DCL的內容。原文摘錄：“本標準適用于電動汽車動力電源系統用DC/DC變換器。附件和控制系統低壓（12 V、24 V）電源系統使用的DC/DC變換器可參照本標準相關內容。”［1］由此可見DCL可以參照這個標準。

在GB/T 24347—2009標準中規定了兩個重要的參數：額定功率和峰值功率。額定功率同行業理解，不再摘錄。其中對峰值輸出功率是這樣描述的：“5.11峰值輸出功率及持續時間DC/DC變換器的過載輸出功率不小于其額定功率的1.2倍。...峰值持續運行時間，應不小于6min。”［2］

但在筆者的開發實踐當中，發現DCL按這個標準開發有諸多問題，下面結合DCL的工作模式來一一論述。

2　電動汽車的低壓供電

展開論述前，先介紹傳統汽車的整車供電系統。傳統汽車的供電系統由發電機和蓄電池組成。如圖2所示。

圖2　傳統汽車的供電系統

發電機在工作時，給整車用電設備提供電源。當突然有大的電流需求，例如電子冷卻風扇突然啟動、電子助力轉向（EPS）突然轉向，疊加上整車用電，會造成發電機輸出電流不足，此時發電機的輸出電壓下降，蓄電池放電，補充發電機的能力不足。當用電量小的時候，發電機可以一邊給整車供電，一邊給蓄電池充電。

電動汽車的低壓用電器的用電模式基本沒有變化，但由DCL取代了發電機。DCL負責把高壓直流電轉換成14 V直流電供全車低壓電器使用。假如突然有大的電流需求，此時DCL的輸出模式顯得至關重要。

2.1恒壓模式

簡單理解為輸出電壓恒定，輸出電流可變。這也是GB/T 24347推薦的工作模式之一。按GB/T 24347的要求，峰值輸出功率要求為不小于額定的1.2倍且要求持續6min。但這個模式有很多問題，最突出的問題如下。

1）筆者在主機廠主管DCL的開發應用，發現在車輛實際使用中，電子風扇突然啟動時電流會增大3～5倍。EPS突然轉向時電流會增大10倍以上！那么整車突然疊加大功率需求時絕對不止1.2倍，瞬間最高可達1.8倍！這個沖擊造成的后果就是DCL過流保護啟動，DCL停止工作，一段時間后整車有停駛的風險。如果要避免這個風險，恒壓模式下只有增大峰值輸出功率，那么額定功率也被動增加。因此DCL的硬件成本上升。

2）很多DCL供應商都表示：如果做到峰值功率為額定的1.2倍且能持續輸出6 min，那么這個產品的實際輸出能力必須覆蓋1.2倍的輸出，也就是說產品實際的額定功率達到峰值功率的水平。顯而易見，這個峰值功率的規定實際上造成了供應商成本上升。

2.2恒流模式

簡單理解為輸出電流恒定，輸出電壓可變。這也是GB/T 24347推薦的工作模式之一，很顯然這個模式不符合整車低壓用電器要求輸入電壓穩定、輸入電流隨需求而變的要求，不是DCL選擇模式，在這里不再討論。

2.3恒壓-恒流模式

額定功率之內的輸出保持電壓恒定模式，輸出電流可變。超出額定功率需求時，切換成輸出電流恒定、輸出電壓降低的模式。GB/T 24347沒有提到這個工作模式。

筆者開發的DCL使用了這個工作模式。在DCL的額定功率范圍內，輸出電壓14 V，輸出電流隨負載的需求而變化。當有大的功率需求出現（例如電子風扇啟動和EPS突然轉向）時，電流需求迅速突破額定功率，DCL隨即切換成恒流模式，即維持輸出電流不變，輸出電壓下降。當電壓下降到蓄電池電壓時，蓄電池參與放電，補充DCL輸出能力的不足。當峰值電流需求過去后，DCL的輸出跌落到額定功率內，那么DCL再切換到恒壓模式，維持14 V輸出不變。給整車供電的同時，也給蓄電池補充電。

不難看出，DCL的這種工作模式實際上是在模仿傳統汽車發電機。很明顯，使用恒壓-恒流模式設計DCL時，可以不用考慮整車疊加的峰值電流需求，硬件上可以只考慮額定的用電需求即可。從而降低DCL硬件成本。

3　結束語

筆者曾對比過市場上正在銷售的電動汽車，發現很多車的DCL額定功率選擇都比較大，原因出在DCL工作模式是恒壓模式上。也有幾種汽車的DCL是使用恒壓-恒流模式，但它們的DCL額定功率也選擇偏大。這是為什么呢？筆者經過多方途徑了解到，其實它們DCL的恒壓-恒流模式做的不夠徹底（其中包括國際品牌），模式切換不夠快，過流保護功能還是會被觸發，所以額定功率選大些以策安全。是否有其它原因不得而知。

筆者開發的DCL已經過嚴格的測試和跑車試驗，現在已經批量裝車、上市。

參考文獻：

［1］GB/T 28382—2012，純電動乘用車技術條件［S］.

［2］GB/T 24347—2009，電動汽車DC/DC變換器［S］.

（編輯心翔）

On Practical Application Issues with DC/DC Convertor of GB/T 24347 Electric Vehicle

ZHANG Ming-sen
（Commercial Vehicle Technical Centre of SAIC Motor Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China）

Abstract：This paper briefly introduces the basic concept of electric vehicle DC/DC convertor.Based on the work mode practical application of the author-developed DC/DC convertor on high-speed electric vehicle，and compared with the work mode that is suggested by GB/T 24347-2009，the article points out pros and cons of different work mode.

Key words：electric vehicle；DC/DC convertor；GB/T 24347；work mode

中圖分類號：U463.63

文獻標識碼：A

文章編號：1003-8639（2016）06-0011-02

收稿日期：2016-01-05；修回日期：2016-01-13

作者簡介：張明森（1973-），男，工程師，長期從事汽車電源系統工作，著有多篇論文。