基于電動汽車的上裝取電功能開發

吳振磊， 葉 進

（南京依維柯汽車有限公司， 江蘇 南京 211806）

1 概述

針對改裝車市場，如何便捷、高效地為上裝用電設備提供穩定的、具有一定功率的電源一直是一個難題。傳統的供電解決方案一般有兩種：一種是通過在車上增加發電設備來為上裝用電設備進行供電，該方案如果想獲得比較大功率的電源就需要增加比較大的發電機，會占據較大的車上空間，且發電機帶來的噪聲和污染問題無法解決；另外一種方案是通過增加外接市電電源，來為上裝用電設備進行供電，但是這種方案只適合車輛處于停止狀態，且周邊比較容易獲取市電電源的情況，適用場景也有局限。

隨著新能源電動汽車的發展，電動汽車所攜帶電池能量也在不斷的增加，基于電動汽車進行相應改裝，通過電動汽車自身所帶動力電池的能量來為上裝用電設備提供電源成為了一種可能。本文主要描述了針對一款電動汽車進行改裝設計，來實現電動汽車動力電池為上裝設備供電的方法和設計過程。該方案使用電動汽車自帶動力電池作為電源，節約了車上空間，噪聲低、無污染，并且可以在車輛行駛及無外接市電電源時為上裝用電設備供電，保證上裝用電設備可以持續工作，極大地拓展了改裝車輛的使用用途，豐富了改裝車輛的使用場景。

表1 整車參數

2 上裝用電計算

表1為所選的電動車基型車的參數，由表1可知，該車型所帶電池總電量為90kWh，百公里電耗為30kWh。出于對電池系統的保護，車輛在SOC≤8%時，電池系統會進行放電功率的限制，故該款電動車在電量充滿后，實際總可用電量Q總大概在80kWh左右。

根據市場調研，常用的改裝車上裝用電設備主要有：上裝空調、冰箱、電腦及照明設備等，總的用電功率P大概在5kW。同時假設該車輛的日行駛里程為100km，即要預留30kWh的電量作為車輛行駛用電Q行。

根據上面的條件及相關的假設，通過公式可以算出，在預留了100km里程的行駛電量后，電動汽車的電池電量可以供5kW的上裝用電設備持續工作時間T為10h。

如果工作時長降低或作業里程縮短，那么上裝設備的功率還可以進一步提高，具體應根據市場需求來設計開發。

3 上裝取電方案實現

3.1 電器架構設計

在高壓配電箱增加一路上裝供電輸出，輸出高壓電連接到逆變設備，通過逆變設備轉換為220V工頻交流電來為上裝用電設備供電。同時，在低壓控制端增加一個上裝開關，作為整車控制器 （VCU） 的信號輸入，當上裝開關連通時，VCU控制高壓上裝繼電器閉合，并通過CAN通信使能逆變設備工作，上裝供電輸出；同理，當上裝開關斷開時，VCU控制高壓上裝繼電器斷開，并通過CAN通信使逆變設備停止工作，上裝供電斷開。具體電器架構原理圖見圖1。

圖1 電器架構原理圖

3.2 高壓設計調整

給上裝用電設備供電，要在高壓供電部分增加一路上裝用電的高壓輸出，具體設計調整方案見圖2、圖3，其中圖2為調整前的不帶上裝輸出的高壓原理圖，圖3為調整后的帶上裝輸出的高壓原理圖。

圖2 不帶上裝輸出

圖3 帶上裝輸出

高壓配電箱的主要作用是：電池高壓輸入高壓配電箱后，由高壓配電箱進行多路供電配送。本項目根據調整后的高壓原理圖，重新設計開發了一款帶上裝輸出接口的高壓配電箱，具體結構形式見圖4。

圖4 帶上裝輸出的高壓配電箱

上裝高壓輸出接口可把直流電輸出到電源逆變設備，通過逆變設備轉換成工頻交流電來為需要工頻市電的上裝用電設備提供電源。

3.3 低壓控制設計調整

為實現上裝供電輸出的主動控制，需要在低壓控制線束上增加一路控制信號，輔助整車控制器判斷操作人員的控制意圖，本項目是通過增加一個上裝開關來實現控制意圖的輸入，相應的低壓電器原理見圖5。

3.4 整車控制器（VCU） 軟硬件調整

VCU是電動汽車的主控軟件，上裝供電的輸出與斷開控制也要納入到VCU的管理范疇。根據圖1的電器架構原理及圖6的上裝控制流程，在整車處于鑰匙電KeyOn狀態時，VCU會通過判斷上裝開關是否閉合來控制高壓箱內的上裝控制繼電器的開斷。

要實現上述控制，VCU硬件需要增加一路對上裝開關信號采集電路，來檢測上裝開關的狀態，根據上裝開關狀態來控制上裝高壓輸出的通斷。

圖5 上裝控制低壓原理

圖6 上裝控制流程圖

在VCU的控制策略中增加上裝控制的模型，具體見圖7，當VCU接收到上裝開關有效，則VCU控制上裝繼電器閉合，且在延時1s后發送相應使能指令，控制后端的逆變電源設備工作，從而為上裝用電設備供電。

圖7 上裝控制模型

4 設計驗證

本項目開發車的電動改裝車已完成車型公告目錄的申報，并已經實現市場銷售，上裝取電功能得到了用戶的認可好評。如圖8所示。

圖8 電動改裝車