純電動汽車蓄電池選型方案設(shè)計分析
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摘要：針對純電動汽車輔助蓄電池選型困難，文章通過對純電動汽車與燃油車在低壓電源系統(tǒng)及輔助蓄電池工作狀態(tài)等方面的差異進(jìn)行分析，從整車零部件的啟動電流計算、輔助蓄電池容量理論計算、整車暗電流計算校核、實車驗證等方面提供了一個對純電動汽車輔助蓄電池選型案例，實現(xiàn)了提高輔助蓄電池選型的準(zhǔn)確性、延長輔助蓄電池使用壽命等目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：純電動汽車；輔助蓄電池；暗電流；選型
前言
純電動汽車相對燃油車整車有兩類蓄電池，給低壓電器件供電的輔助蓄電池和給高壓電器件供電的動力蓄電池，而純電動汽車的輔助蓄電池功能與傳統(tǒng)燃油車蓄電池功能也有所不同。傳統(tǒng)燃油車的蓄電池除了維持整車熄火后暗電流的消耗，同時還要保證停放一段時間后整車能夠提供起動機(jī)瞬間啟動的大功率需求，對蓄電池的容量要求比較高。而純電動汽車的輔助蓄電池除了滿足暗電流的消耗外，在整車啟動瞬間并不需要比較大的功率提供，所以純電動汽車的輔助蓄電池基本以滿足車輛熄火后暗電流的消耗為主。以下就結(jié)合整車設(shè)計需求及零部件情況對某款純電動汽車輔助蓄電池容量選型方案進(jìn)行設(shè)計。
1純電動汽車電氣原理框圖
純電動汽車電氣系統(tǒng)主要包括高壓直流電氣系統(tǒng)和低壓電氣系統(tǒng)。在車型開發(fā)初期根據(jù)整車功能定義、控制系統(tǒng)部件構(gòu)成、控制策略等完成整車電氣原理框圖，如圖1所示。根據(jù)《電氣設(shè)計任務(wù)書》的技術(shù)要求、各分系統(tǒng)原理圖，再結(jié)合各用電零部件的電氣需求對每個電氣子系統(tǒng)及零部件進(jìn)行載荷分配，并確定供電電源類型及暗電流分配。
2整車電氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
根據(jù)電源分配及零部件電氣參數(shù)需求統(tǒng)計整車低壓電氣系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如下表1所示：此款純電動汽車在啟動的瞬間只有以下零部件及相關(guān)繼電器、接觸器接通需要啟動供電，然后DCDC被整車CAN喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)，為整車的低壓用電系統(tǒng)提供電源輸出。相對于燃油車啟動功率來說是非常小的。
3輔助蓄電池容量理論計算
輔助蓄電池在汽車上常用工作狀態(tài)有兩種：啟動狀態(tài)和充、放電循環(huán)狀態(tài)（向低壓用電器放電或DCDC裝置向輔助蓄電池充電）。在車輛正常使用過程中，輔助蓄電池的主要工作是在車輛啟動時向整車啟動系統(tǒng)提供啟動電流及停車時常電零部件暗電流的消耗。由于純電動汽車的輔助蓄電池不用承擔(dān)傳統(tǒng)燃油車蓄電池在汽車啟動時的大電流放電，只需滿足停放一段時間后，能夠提供足夠的功率供表1中各零部件正常工作即可。所以，在選擇蓄電池的容量（Q/A•h）時，可以根據(jù)以下方法對輔助蓄電池容量進(jìn)行計算選型。1）輔助蓄電池暗電流達(dá)到總?cè)萘康?0%時，汽車將不能正常工作，由于車輛鑰匙關(guān)閉后要進(jìn)行鎖車、部分部件的延時休眠消耗部分電量，所以休眠時蓄電池容量按總?cè)萘康?5%計算；2）整車初期設(shè)計要求的停放時間（t）為42天，汽車應(yīng)能正常啟動；3）設(shè)計初期要求：全車在正常環(huán)境下（已經(jīng)考慮自放電）的整車靜態(tài)電流一般要求不超過20mA。根據(jù)電池放電容量Qf等于放電電流If與放電Tf時間的乘積，可得：根據(jù)計算結(jié)果，并結(jié)合公司現(xiàn)有車型所用的蓄電池型號，裝配位置、外形尺寸、固定方式等綜合考慮輔助蓄電池容量選定為45Ah。
4整車暗電流計算
1）整車靜態(tài)電流目標(biāo)值經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)1靜態(tài)電流的大小通常是根據(jù)所選蓄電池容量的大小及蓄電池具有啟動能力的最低容量確定（即由蓄電池允許放電量確定）。對于此款純電動汽車，選用蓄電池容量為45Ah，那么根據(jù)車輛停放時間的要求就可以確定整車靜態(tài)電流的目標(biāo)值了。靜態(tài)電流目標(biāo)值的計算公式如下所示：2）整車靜態(tài)電流目標(biāo)值經(jīng)驗標(biāo)準(zhǔn)2靜態(tài)電流的大小通常是根據(jù)所選蓄電池容量的大小及蓄電池具有起動能力的最低容量確定（即由蓄電池允許放電量確定）。對于此款純電動汽車，選用蓄電池容量為45Ah，那么根據(jù)車輛停放時間的要求就可以確定整車靜態(tài)電流的目標(biāo)值了。靜態(tài)電流目標(biāo)值的計算公式如下所示：3）某款純電動車型整車相關(guān)部件的暗電流值設(shè)計如下表：根據(jù)以上數(shù)值，計算可得整車暗電流約為17.5mA，IQ（標(biāo)準(zhǔn)2）＞17.5mA＞IQ（標(biāo)準(zhǔn)1），暗電流的設(shè)計目標(biāo)值可以滿足停放時間要求。
5輔助蓄電池容量驗證
按照零部件暗電流設(shè)計目標(biāo)完成零部件設(shè)計后進(jìn)行裝車驗證。整車暗電流通過在蓄電池負(fù)極柱與負(fù)極線之間串接高精度數(shù)字萬用表來測試，上位機(jī)機(jī)通過數(shù)據(jù)線與萬用表相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和存儲?？偩€測試設(shè)備通過整車OBD口檢測網(wǎng)絡(luò)睡眠狀態(tài)，具體測試方法如下圖2所示。測試結(jié)果如圖3所示。通過測試結(jié)果可知，整車正常狀態(tài)下最長在10min內(nèi)進(jìn)入休眠狀態(tài)，休眠后的整車暗電流不僅小于輔助蓄電池選型的20mA目標(biāo)值，同時小于零部件總 計17.5mA的設(shè)計值，以上實車測試驗證輔助蓄電池的45Ah的容量選擇可以滿足車輛停放42天的要求，減少輔助蓄電池的過充過放，延長其使用壽命?？紤]實際使用情況、容量衰減、天氣寒冷對放電容量的影響等方面，建議車輛停放超過半個月不使用時把蓄電池的負(fù)極斷開。
6結(jié)束語
鑒于純電動汽車輔助蓄電池特殊性，采用此種方法選型其容量簡單可靠。在車型開發(fā)初期就需要先定義好車輛的停放時間及整車暗電流目標(biāo)值，并在車型開發(fā)過程中嚴(yán)控相關(guān)零部件的暗電流，以便輔助蓄電池容量的選型合理并延長其使用壽命。
參考文獻(xiàn)
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作者：陳素梅 田磊 王瑤 張曉林 胡志冬 單位：鄭州日產(chǎn)汽車有限公司