新能源商用車(chē)低壓電性能測(cè)試技術(shù)研究

【摘" 要】文章對(duì)全新架構(gòu)新能源商用車(chē)低壓電氣系統(tǒng)開(kāi)展電性能測(cè)試技術(shù)研究，主要用于查找整車(chē)環(huán)境下電源系統(tǒng)、線(xiàn)束系統(tǒng)、搭鐵系統(tǒng)及其它系統(tǒng)工作特性與技術(shù)指標(biāo)的偏離，完善新能源產(chǎn)品電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，提升整車(chē)電氣系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性、匹配性、功能性。簡(jiǎn)要介紹新能源商用車(chē)低壓電性能測(cè)試的測(cè)試目的、測(cè)試內(nèi)容，并提出相關(guān)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

【關(guān)鍵詞】新能源；商用車(chē)；電性能；測(cè)試

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）03-0005-03

Research on Low-voltage Electrical Performance Test Technology for New Energy Commercial Vehicles

FAN Shuhua，XU Feng

（Xuzhou XCMG Automobile Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This article is about research on electrical performance testing technology for low-voltage electrical systems of new energy commercial vehicles with a new architecture，which is mainly used to find the deviations from the working characteristics and technical indicators of power supply systems，wiring harness systems，grounding systems and other systems in the vehicle environment，improve the design specifications of electrical systems of new energy products，and improve the safety，economy，compatibility and functionality of the vehicle electrical systems. In this paper，the test purpose and content of the low-voltage electrical performance test of the new energy commercial vehicle are briefly introduced，and the relevant evaluation criteria are proposed.

【Key words】new energy；commercial vehicles；electrical performance；test

作者簡(jiǎn)介

范書(shū)華（1988—），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)槠?chē)電器。

1" 引言

不論是傳統(tǒng)車(chē)型還是新能源車(chē)型，新車(chē)型的成本與電氣系統(tǒng)的復(fù)雜程度成正比，電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的潛在問(wèn)題也與其成正比。這些潛在問(wèn)題如果僅依靠工程師經(jīng)驗(yàn)來(lái)分析判斷，會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題無(wú)法定位和解決，產(chǎn)品品質(zhì)提升緩慢。

整車(chē)電性能測(cè)試采用智能化測(cè)試手段、精細(xì)化結(jié)果分析和差異化對(duì)比，對(duì)測(cè)試問(wèn)題精準(zhǔn)定位并進(jìn)行分析整改，實(shí)現(xiàn)對(duì)整車(chē)電氣系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，完成新車(chē)型電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)收與評(píng)價(jià)。

2" 低壓電源系統(tǒng)測(cè)試

2.1" 整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)試

靜態(tài)電流為各控制器休眠后整車(chē)維持最低功耗狀態(tài)時(shí)的電流，通過(guò)整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)試，能夠判斷整車(chē)電源系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，控制器休眠策略是否遵循對(duì)應(yīng)功能規(guī)范，車(chē)輛是否存在不必要的漏電流現(xiàn)象，同時(shí)評(píng)估車(chē)輛在靜止若干天后，蓄電池的剩余電量能否正常啟動(dòng)車(chē)輛。考慮車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間存放或運(yùn)輸?shù)目赡埽话阋笮铍姵啬軌驖M(mǎn)足車(chē)輛連續(xù)停放6～8周[1]。整車(chē)靜態(tài)電流測(cè)試原理圖如圖1所示。

測(cè)試過(guò)程中整車(chē)及控制器靜態(tài)電流不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)限值，整車(chē)及控制器休眠時(shí)間不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)值，期間未出現(xiàn)不必要的漏電流現(xiàn)象，車(chē)輛不應(yīng)出現(xiàn)異常喚醒情況。

雖然目前很多主機(jī)廠(chǎng)在整車(chē)上增加了智能補(bǔ)電措施，一般不會(huì)出現(xiàn)蓄電池虧電情況，但智能補(bǔ)電過(guò)程中上高壓，增加了整車(chē)靜態(tài)過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)頻繁充放電對(duì)低壓蓄電池壽命有一定影響，未從根本解決靜態(tài)功耗問(wèn)題，需通過(guò)完善的系統(tǒng)部件優(yōu)化進(jìn)行解決。

2.2" 整車(chē)電源分配測(cè)試

整車(chē)電源分配測(cè)試是針對(duì)電氣系統(tǒng)中各個(gè)電路保護(hù)器件及其所在電氣回路的測(cè)試，獲得各回路負(fù)載電器在啟動(dòng)瞬間、穩(wěn)態(tài)、過(guò)負(fù)載3種狀態(tài)下該回路電壓、電流的數(shù)據(jù)與波形，評(píng)估線(xiàn)束理論設(shè)計(jì)和車(chē)輛狀態(tài)下熔斷器與電氣負(fù)載之間匹配的合理性。整車(chē)電源分配測(cè)試原理圖如圖2所示。

測(cè)試過(guò)程中，瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)測(cè)試時(shí)熔斷絲不應(yīng)熔斷，電機(jī)過(guò)載（堵轉(zhuǎn)）時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)不應(yīng)損壞，熔斷絲允許熔斷，流經(jīng)熔斷絲的平均工作電流不超過(guò)保護(hù)裝置電流限值的70%（快熔）或50%（1級(jí)慢熔）或65%（2級(jí)慢熔）。

2.3" 拋負(fù)載測(cè)試

車(chē)輛運(yùn)行中由于低壓蓄電池極柱脫落或其它原因引起DC/DC輸出電流需求驟降，進(jìn)而造成車(chē)輛電源電壓波動(dòng)，此時(shí)整車(chē)電源網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)較大的電壓，對(duì)其它車(chē)載用電器造成沖擊，導(dǎo)致用電器無(wú)法正常工作，甚至造成用電器燒損，嚴(yán)重影響行車(chē)安全。

拋負(fù)載測(cè)試是針對(duì)車(chē)輛運(yùn)行中出現(xiàn)拋負(fù)載情況的各種工況進(jìn)行的測(cè)試。該測(cè)試將記錄拋負(fù)載瞬時(shí)電氣參數(shù)與波形，判定拋負(fù)載的沖擊電壓對(duì)車(chē)輛電源、整車(chē)控制器功能以及整車(chē)網(wǎng)絡(luò)功能的影響，分析車(chē)輛整車(chē)控制器以及整車(chē)網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)系統(tǒng)是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。

拋負(fù)載過(guò)程中沖擊電壓的幅值及脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)不超過(guò)參數(shù)限值：24V系統(tǒng)，US*為58V，td為100～350ms[2]。車(chē)輛各部件功能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但允許有一個(gè)或多個(gè)超出規(guī)定允差。測(cè)試后所有功能應(yīng)自動(dòng)恢復(fù)到規(guī)定限值。網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)出現(xiàn)錯(cuò)誤幀或錯(cuò)誤幀不應(yīng)對(duì)車(chē)輛功能造成影響，不應(yīng)產(chǎn)生未定義的診斷故障代碼。

3" 低壓線(xiàn)束系統(tǒng)測(cè)試

3.1" 單負(fù)載測(cè)試

單負(fù)載測(cè)試是針對(duì)車(chē)輛各個(gè)電器負(fù)載單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的電壓、電流等詳細(xì)電氣特性的驗(yàn)證測(cè)試。測(cè)試記錄各電器負(fù)載在啟動(dòng)瞬間、穩(wěn)態(tài)和過(guò)負(fù)載3種狀態(tài)下的電壓、電流數(shù)據(jù)及波形，根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析負(fù)載是否正常工作，確定線(xiàn)束的線(xiàn)徑選型、電路保護(hù)器件的容量是否合理，分析負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響。

測(cè)試過(guò)程中瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)時(shí)熔斷絲不應(yīng)熔斷，負(fù)載平均工作電流不超過(guò)保護(hù)裝置電流限值的70%（快熔）或50%（1級(jí)慢熔）或65%（2級(jí)慢熔），負(fù)載穩(wěn)態(tài)及過(guò)負(fù)載工作電流不應(yīng)超過(guò)其設(shè)計(jì)值。

3.2" 短路測(cè)試

短路測(cè)試用于驗(yàn)證指定電器回路的電路保護(hù)系統(tǒng)，包括斷路器、熔斷絲或熔斷器件等所有電路保護(hù)元件的性能。根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析電路保護(hù)系統(tǒng)、整車(chē)線(xiàn)束線(xiàn)徑選型是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，確定電路保護(hù)系統(tǒng)具備足夠的保護(hù)能力。

各熔斷器回路中，選取與電源距離最遠(yuǎn)且線(xiàn)徑最細(xì)的負(fù)載和不同類(lèi)型的負(fù)載作為檢測(cè)對(duì)象；在線(xiàn)束插接器端進(jìn)行短接，記錄導(dǎo)線(xiàn)溫度、短路電流波形、熔斷器通電熔斷時(shí)間。期間電路保護(hù)裝置應(yīng)熔斷，且上級(jí)電路保護(hù)裝置不應(yīng)在下級(jí)電路保護(hù)裝置之前斷開(kāi)，不應(yīng)發(fā)生線(xiàn)束系統(tǒng)及電氣部件損害。

3.3" 過(guò)電流測(cè)試

整車(chē)過(guò)電流測(cè)試?yán)谜?chē)電氣原理圖、線(xiàn)束圖以及電器負(fù)載特性等資料，針對(duì)各電路保護(hù)器件及所在回路進(jìn)行過(guò)電流試驗(yàn)，記錄被測(cè)回路的電壓、電流數(shù)據(jù)與波形，并記錄回路線(xiàn)束表皮溫度、線(xiàn)路的狀態(tài)以及環(huán)境溫度。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，分析確認(rèn)線(xiàn)束（包括端子和壓線(xiàn)連接）的線(xiàn)徑是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。過(guò)電流測(cè)試原理圖如圖3所示。

測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試電流設(shè)置達(dá)到此電路熔斷電流的135%（快熔型）或200%（慢熔型），期間電路保護(hù)裝置應(yīng)斷開(kāi)，且上級(jí)電路保護(hù)裝置不應(yīng)在下級(jí)電路保護(hù)裝置之前斷開(kāi)，不應(yīng)發(fā)生線(xiàn)束系統(tǒng)及電氣部件損害。

4" 低壓搭鐵系統(tǒng)測(cè)試

4.1" 搭鐵懸浮電壓及電流分布測(cè)試

搭鐵點(diǎn)懸浮電壓的存在，可能造成用電器工作電壓低于其額定電壓，導(dǎo)致各用電器無(wú)法正常工作，使得車(chē)輛處于非安全行駛狀態(tài)，易發(fā)生安全事故。通過(guò)搭鐵懸浮電壓測(cè)試，能夠獲得電器系統(tǒng)中各個(gè)搭鐵點(diǎn)與蓄電池負(fù)極之間的電壓參數(shù)，判斷搭鐵系統(tǒng)是否滿(mǎn)足車(chē)輛安全要求。

搭鐵點(diǎn)作為多個(gè)電器回路中電流的共同流經(jīng)通道，搭鐵點(diǎn)附近的搭鐵導(dǎo)線(xiàn)中電流值較高。搭鐵線(xiàn)路選取不當(dāng)，會(huì)因線(xiàn)路中電流過(guò)大，造成線(xiàn)路燒損，從而引發(fā)車(chē)輛自燃的安全隱患。為了避免上述情況發(fā)生，可根據(jù)最嚴(yán)厲工況接通、切斷相關(guān)負(fù)載，采集每個(gè)搭鐵點(diǎn)的電流數(shù)據(jù)與波形，掌握整車(chē)電氣系統(tǒng)的各個(gè)搭鐵端子的電流特性，提前發(fā)現(xiàn)非安全因素。

測(cè)試過(guò)程中，搭鐵線(xiàn)電流不應(yīng)超過(guò)搭鐵點(diǎn)線(xiàn)束可承受極限電流的100%，搭鐵點(diǎn)電壓連續(xù)偏移量（gt;500ms）應(yīng)在±1V范圍內(nèi)，搭鐵點(diǎn)電壓瞬態(tài)偏移量（lt;500ms）應(yīng)在±2V范圍內(nèi)[2]。

4.2" 搭鐵失效測(cè)試

車(chē)輛使用過(guò)程中各搭鐵點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、銹蝕等現(xiàn)象，導(dǎo)致整車(chē)電氣系統(tǒng)的搭鐵不良甚至斷路，車(chē)載用電器無(wú)法正常工作，通過(guò)搭鐵失效測(cè)試，記錄各用電器在搭鐵螺栓松動(dòng)、斷開(kāi)狀態(tài)下的工作情況，獲取搭鐵點(diǎn)詳細(xì)電氣參數(shù)，提前發(fā)現(xiàn)車(chē)輛安全隱患。

測(cè)試過(guò)程中，搭鐵失效不應(yīng)影響本搭鐵點(diǎn)以外其它負(fù)載的功能[2]，若存在潛在通路，潛在通路所在回路電流值不應(yīng)超過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的設(shè)計(jì)值。

5" 其它系統(tǒng)測(cè)試

5.1" 感性負(fù)載測(cè)試

車(chē)輛電氣系統(tǒng)存在著大量的感性負(fù)載，如各種繼電器、電機(jī)等，感性負(fù)載在開(kāi)路瞬間，會(huì)產(chǎn)生一種寬頻率、大能量的瞬變脈沖干擾源。瞬變脈沖的幅值過(guò)大可能引起電子控制系統(tǒng)的邏輯錯(cuò)誤，甚至導(dǎo)致部分敏感器件的損壞。

該測(cè)試針對(duì)車(chē)輛各個(gè)感性負(fù)載，測(cè)試記錄各感性負(fù)載在關(guān)斷瞬間的電壓波形及相應(yīng)參數(shù)的變化，評(píng)估其對(duì)其它回路負(fù)載的影響。

感性負(fù)載關(guān)斷過(guò)程中其電壓波動(dòng)應(yīng)在表1規(guī)定的范圍內(nèi)[3]。

5.2" 基于電壓跳變后的功能檢查測(cè)試

模擬整車(chē)環(huán)境下各種典型的電壓變化（電壓不穩(wěn)定、過(guò)高或過(guò)低），測(cè)試各系統(tǒng)和功能的工作情況[2]，新能源商用車(chē)測(cè)試項(xiàng)具體如下。

1）直流供電電壓范圍試驗(yàn)：檢驗(yàn)車(chē)輛各部件在最低和最高供電電壓范圍內(nèi)的性能。車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)符合定義的A級(jí)[4]。

2）長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓試驗(yàn)：模擬供電系統(tǒng)失效引起的輸出電壓升高。對(duì)于行駛驅(qū)動(dòng)所必需的部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的B級(jí)，對(duì)于其它所有的部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的C級(jí)[4]。

3）供電電壓緩降緩升試驗(yàn)：模擬蓄電池逐漸放電和充電時(shí)的電壓變化。在規(guī)定的工作電壓范圍內(nèi)車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的A級(jí)，不允許出現(xiàn)故障存儲(chǔ)記錄，在規(guī)定的工作電壓范圍外車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的C級(jí)[4]。

4）供電電壓緩降快升試驗(yàn)：模擬電池電壓緩慢下降至0V，然后由于外接電源突然上升的情況。在規(guī)定的工作電壓范圍內(nèi)車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的A級(jí)，不允許出現(xiàn)故障存儲(chǔ)記錄；在規(guī)定的工作電壓范圍外車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的C級(jí)[4]。

5）供電電壓瞬時(shí)下降試驗(yàn)：短時(shí)的低電壓可能在打開(kāi)大功率負(fù)載的情況下發(fā)生。車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的B級(jí)[4]。

6）復(fù)位特性試驗(yàn)：檢驗(yàn)車(chē)輛各部件在不同的電壓驟降下的復(fù)位性能。車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的C級(jí)[4]。

7）DC/DC疊加矩形波試驗(yàn)：模擬DC/DC輸出電壓變化。車(chē)輛各部件功能狀態(tài)應(yīng)滿(mǎn)足定義的A級(jí)[4]。

6" 結(jié)束語(yǔ)

整車(chē)電性能目前雖與法規(guī)不強(qiáng)相關(guān)，但已成為汽車(chē)開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，《道路車(chē)輛 低壓電氣系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃十四五期間發(fā)布，突顯出國(guó)家整體政策對(duì)于電性能的關(guān)注。

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（編輯" 楊凱麟）