純電重卡商用車電平衡設計研究

【摘" 要】面對純電重卡復雜的應用場景，以及智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，對整車電平衡提出了更高的要求。在嚴謹?shù)墓酵茖Ш蛻玫幕A上詳細闡述純電重卡電平衡的設計與計算方法，并通過某款車型進行實例應用計算，同時分析DC/DC變換器、低壓蓄電池的選型，對純電重卡電平衡的設計具有參考意義。

【關鍵詞】純電重卡；商用車；電量平衡；設計方法

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0019-02

Research on Electric Balance Design of Pure Electric Heavy Duty Truck Commercial Vehicles

QIAO Baocun，F(xiàn)AN Shen，SUN Gangao

（XCMG Automotive Division，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】Facing the complex application scenarios of pure electric heavy trucks，as well as the development of intelligence and networking，higher requirements are put forward for vehicle electrical balance. On the basis of rigorous formula derivation and design application，this article elaborates the design and calculation method of the electric balance of pure electric heavy trucks in detail，and applies the calculation to a certain vehicle model. At the same time，it analyzes the selection of DC/DC converters and low-voltage batteries，which has reference significance for the design of the electric balance of pure electric heavy trucks.

【Key words】pure electric heavy truck；commercial vehicles；electric balance；design methods

電平衡是指整車電氣負載間的電量均衡，是衡量整車電氣系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性的重要指標。精確的電平衡匹配計算，有利于降低電氣系統(tǒng)冗余度，降低電氣能耗，提高整車電氣系統(tǒng)壽命，尤其是在電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的大背景下，新能源汽車能量管理日漸重要，整車電平衡設計也扮演著越來越重要的角色。

1" 電平衡設計綜述

純電重卡電平衡一般分為動態(tài)電平衡以及靜態(tài)電平衡[1]。動態(tài)平衡衡量的是車輛DC/DC變換器、低壓蓄電池以及其他電氣負載間電量供應與需求的動態(tài)平衡，確保整車電量能夠實現(xiàn)良性循環(huán)。動態(tài)電平衡與車輛行駛工況、季節(jié)氣候、駕駛習慣等相關聯(lián)。靜態(tài)平衡是在車輛熄火靜置時，衡量低壓蓄電池與整車靜態(tài)功耗間的供需平衡。車輛的靜態(tài)電平衡需保證車輛沒有啟動運行，整車電氣負載未啟用以及不能進行任何方式的充電。本文給出了純電重卡靜態(tài)電平衡的計算方法。

2" 電平衡設計內(nèi)容

2.1" 設計方法

電平衡設計計算一般包括環(huán)境條件確定、負載工作制確定、整車電量需求計算以及DC/DC變換器、低壓蓄電池選型等。電平衡設計開發(fā)流程如圖1所示。

純電重卡的工況條件包括冬季白晝、夏季白晝、夏季夜間、冬季夜間、冬季雪夜、夏季雨夜、春秋白晝和春秋夜間。在夏季雨夜時，整車用電負荷最大，因此整車額定輸出電流大于該用電工況下的整車用電負荷[2]。

根據(jù)整車電氣負載的不同工作特性將負載工作制分為：連續(xù)工作制負載（Ⅰ類）、長時間工作制負載（Ⅱ類）、短時或隨機工作制負載（Ⅲ類）。其中，連續(xù)工作制負載是指車輛在不同工況下均持續(xù)運行的電氣負載，常見的負載有儀表、網(wǎng)關、行駛記錄儀、相關控制器等；長時間工作制負載指汽車運行中長時間工作的用電負載，包括遠光燈、近光燈、鼓風機、壓縮機、車載冰箱、飲水機等；短時或隨機工作制負載是指汽車行駛過程中隨機使用或工作時長不確定的用電負載，如室內(nèi)燈、電動門窗、洗滌電機、喇叭、點煙器、電動后視鏡、ABS系統(tǒng)及其他用電設備。

在確認整車用電負荷之前還需確定工作制負載的頻度系數(shù)。整車電氣負載在同一時間不會全部都投入工作，而是根據(jù)整車不同工況或駕駛模式習慣等因素選擇性啟動關閉，除此之外氣候條件、環(huán)境變化也會影響電氣負載工作的狀態(tài)與工作時間。

以某純電重卡為例，夏季雨夜工作制下電氣負載的工作電流、頻度系數(shù)等約束因素如表1所示。

為了全面分析不同工況下的用電量，總結確定了8種工況，分別為夏季白晝、夏季夜間、夏季雨夜、春秋白晝、春秋夜間、冬季白晝、冬季夜間和冬季雪夜。參照公式（1）進行不同工況下的整車用電量計算。

I=∑I連+∑I長+∑I短（1）

式中：I——整車等效電流；I連——連續(xù)工作制等效電流；I長——長時工作制等效電流；I短——短時工作制等效電流。

針對這8種工況，計算出整車用電量，如表2所示。由此可以得出夏季雨夜為輸出電流最大的工況，此時整車消耗電流為66.4A。

2.2" DC/DC變換器、蓄電池匹配選型

DC/DC變換器為直流轉換裝置，將母線的高壓電轉換成低壓電，為整車所有的低壓電氣負載供電，同時為整車蓄電池供電[3]。根據(jù)公式（2）初步確定DC/DC變換器的功率。

PS = P / K（2）

式中：PS——DC/DC變換器額定功率；P——整車最大耗電功率；K——折算系數(shù)，一般取0.9。

由此可確定DC/DC的功率為1.6kW?？紤]純電重卡存在上裝以及電氣改裝的特殊情況，而且電氣負載的功率較大，同時結合市場以及用戶需求，將DC/DC的功率確定為3kW。

純電重卡低壓蓄電池只為整車低壓電氣負載供電，所以在進行蓄電池選型時只要計算蓄電池電池容量即可[4]。根據(jù)鉛酸蓄電池的特性，實際容量高于額定容量70%可以正常工作。根據(jù)公式（3）計算蓄電池容量。

T = Q × 70% / Ii（3）

式中：T——蓄電池儲運時間，h，國內(nèi)一般要求6周，即1008h；Q——蓄電池額定容量；Ii——整車靜態(tài)電流，小于30mA。

由以上公式計算得到Q=43.2Ah，考慮到蓄電池自身放電特性以及后期平臺產(chǎn)品應用，由此選用60Ah蓄電池。

3" 結束語

本文針對純電重卡商用車的場景特性分析了電平衡的重要性，并詳細介紹了靜態(tài)電平衡設計計算內(nèi)容和方法，并依托具體車型給出了設計計算過程，設計結果合理可靠。對新能源商用車，尤其是中重型純電卡車的電平衡設計選型具有重要的指導意義。下一步要在可靠設計的基礎上完善電平衡測試相關內(nèi)容，為設計提供更加可靠的技術支撐。

參考文獻：

[1] 王璽. 純電動汽車動態(tài)電平衡設計研究[J]. 中小企業(yè)管理與科技，2020（4）：182-183.

[2] 王景松，孫李璠，孫強，等. 純電動汽車電平衡計算[J]. 汽車電器，2019（4）：8-10，13.

[3] 馬洪吉. 電動汽車動力電源系統(tǒng)DC_DC變換器的匹配和計算[J]. 汽車電器，2011（10）：25-26.

[4] 崔勝民. 新能源汽車技術解析[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2018.

（編輯" 凌" 波）

作者簡介

錢寶存（1989—），工程師，碩士，研究方向為整車電氣系統(tǒng)設計開發(fā)研究與測試。