某款純電動商用車三電系統(tǒng)架構(gòu)及動力性匹配

鞠濤

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司）

隨著國家工業(yè)化的高速發(fā)展，環(huán)境污染和霧霾問題日益嚴(yán)重，而汽車工業(yè)作為重要的分支，排放問題也日趨嚴(yán)重。為了保證汽車工業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展，同時有效緩解環(huán)境污染和霧霾的問題，國家多次提出加快發(fā)展新能源汽車，并在近幾年陸續(xù)出臺了多項(xiàng)新能源車的扶持政策，大力推廣新能源汽車。某公司經(jīng)過詳細(xì)的市場調(diào)研，并結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)水平，積極布局新能源商用車的技術(shù)儲備和新車型開發(fā)工作。文章主要從某款純電動商用車的三電系統(tǒng)架構(gòu)展開，介紹了該款純電動商用車的三電原理及動力性匹配方法。

1 項(xiàng)目定位

某公司對即將開發(fā)的新能源商用車進(jìn)行了詳細(xì)的市場調(diào)研，得到消費(fèi)者關(guān)注度，如圖1所示。由圖1可知，消費(fèi)者關(guān)注度最高的4個方面為續(xù)航里程、整車購車成本、配套設(shè)施完善及技術(shù)成熟度。技術(shù)研發(fā)部門結(jié)合市場調(diào)研結(jié)果，同時考慮減少開發(fā)費(fèi)用，縮短開發(fā)周期及上市時間，提早搶占市場先機(jī)，該款車型整體機(jī)械結(jié)構(gòu)沿用該公司技術(shù)成熟度較高的汽油商用車的機(jī)械結(jié)構(gòu)，初定該款純電動商用車的整車主要參數(shù)，如表1所示。

圖1 消費(fèi)者對某款新能源商用車的關(guān)注度

表1 某款純電動商用車主要參數(shù)

2 三電系統(tǒng)架構(gòu)

某純電動商用車三電系統(tǒng)框架圖，如圖2所示[1-2]。

圖2 某純電動商用車三電系統(tǒng)框架圖

圖2中包含以下電氣回路：

1）動力驅(qū)動回路：由電池包經(jīng)高壓配電柜向電機(jī)控制器配電，再由電機(jī)控制器驅(qū)動三相電機(jī)，制動時，電機(jī)控制器將電機(jī)的動能轉(zhuǎn)化為電能給電池包充電；

2）高低壓轉(zhuǎn)換回路：DC-DC轉(zhuǎn)換器將高壓配電柜配送的高壓直流電轉(zhuǎn)換成低壓12 V直流電給蓄電池充電，以保證低壓電氣系統(tǒng)供電[3]；

3）制熱回路：電暖風(fēng)將配電柜配送的電能，通過電阻絲發(fā)熱的方式轉(zhuǎn)換為熱能，再由鼓風(fēng)機(jī)及相關(guān)風(fēng)道將熱能傳遞到車內(nèi)；

4）制冷回路：利用電壓縮機(jī)從配電柜取電的方式，取代傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)皮帶帶動空調(diào)壓縮機(jī)的方式，其余系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)一致；

5）DC快充回路：外部直流充電樁通過充電口連接，按照GB/T27930標(biāo)準(zhǔn)對電池包進(jìn)行充電；

6）AC慢充回路：由外部交流充電樁或家用單相交流電經(jīng)由車載充電機(jī)，按照GB/T 20234等標(biāo)準(zhǔn)對電池包進(jìn)行充電。

綜上，純電動車包含多個高壓回路，因此各高壓回路及高壓零部件的參數(shù)計算和選型極為重要，文章將針對系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計的計算和選型進(jìn)行詳細(xì)論述。

3 動力性匹配

3.1 根據(jù)整車動力性目標(biāo)初定電機(jī)基本參數(shù)

根據(jù)前期項(xiàng)目市場調(diào)研，從消費(fèi)者關(guān)注度最高的4個方面可知，消費(fèi)者對動力性的要求并不是非常高。基于此，根據(jù)市場的同類車型對比分析，制定了比較合理的動力性設(shè)計目標(biāo)，既保證了汽車的性能能滿足絕大多數(shù)消費(fèi)者和運(yùn)輸公司的要求，又可以有效控制成本，不至于因?yàn)樵O(shè)定太高的目標(biāo)而導(dǎo)致成本無限的上升。具體設(shè)計目標(biāo)為：最高車速≥100 km/h；最大爬坡度≥20%；0～50 km/h 加速時間≤10 s。

根據(jù)整車的動力性目標(biāo)，確定電機(jī)基本參數(shù)的初步選型步驟[4]：1）根據(jù)最高車速計算出電機(jī)的額定功率和峰值轉(zhuǎn)速范圍；2）根據(jù)最大爬坡度計算出電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩和峰值功率范圍。經(jīng)過計算后，初步選定滿足要求的電機(jī)的基本參數(shù)，如表2所示[5]。

表2 某純電動商用車電機(jī)選型基本參數(shù)表

3.2 動力性匹配

某純電動商用車動力性匹配所需基本參數(shù)，如表3所示。

表3 某純電動商用車動力性匹配所需基本參數(shù)

根據(jù)表3，初步選定電機(jī)的特性，如圖3所示。根據(jù)上述已知條件及相關(guān)計算理論，經(jīng)仿真計算，得到該車型的動力性能曲線，如圖4～圖6所示，計算時汽車狀態(tài)為滿載工況。

圖3 某純電動商用車所需電機(jī)輸出曲線圖

圖4 某純電動商用車驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖

圖5 某純電動商用車爬坡曲線圖

圖6 某純電動商用車加速時間-速度曲線圖

從圖4可以看出，該車型在電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時，最高車速為106.3 km/h，滿足設(shè)計目標(biāo)（最高車速≥100 km/h）的要求；從圖5可以看出，該車型最大爬坡度為21.42%，對應(yīng)車速為0～31.2 km/h，滿足設(shè)計目標(biāo)（最大爬坡度≥20%）的要求；從圖6可以看出，原地?fù)Q擋從0～50 km/h的加速時間為7.1 s，滿足設(shè)計目標(biāo)（0～50 km/h加速時間＜10 s）的要求。

綜上，初步選型的電機(jī)，通過仿真計算驗(yàn)證，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足整車的動力性設(shè)計目標(biāo)，動力性匹配驗(yàn)證通過。最終確定電機(jī)型號為TZ238XSWT50BXL型50 kW電機(jī)，具體參數(shù)，如表4所示。

表4 某純電動商用車驅(qū)動電機(jī)參數(shù)

4 試驗(yàn)結(jié)果

汽車打造完成后，在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)車動力性測試，測試數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 某純電動商用車動力性測試基本參數(shù)

實(shí)車測試結(jié)果表明，動力性匹配設(shè)計的仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相當(dāng)接近，對于車型開發(fā)前期的系統(tǒng)設(shè)計和動力性匹配具有指導(dǎo)意義，準(zhǔn)確性較高。

5 結(jié)論

文章論述了某款純電動商用車三電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力性匹配的過程。該車型研發(fā)過程中，先采用理論計算設(shè)定目標(biāo)，匹配完成后進(jìn)行試驗(yàn)，反向驗(yàn)證目標(biāo)設(shè)定的方法，對于電動商用車的開發(fā)具有一定的借鑒意義。隨著電動技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)效率的提升、仿真技術(shù)及高效率動力系統(tǒng)在輕型商用車上的應(yīng)用仍有繼續(xù)研究的必要。