純電動客車高壓配電系統(tǒng)設(shè)計的研究

劉利達　李豫

【摘 要】為積極響應(yīng)國家提出的節(jié)能減排、綠色出行號召，當前我國出現(xiàn)了大量不同類型的新能源車輛，其中比較具有代表性的便是純電動客車。在依靠電力驅(qū)動下，幾乎不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生任何破壞和污染，并且純電動客車也具有較好的安全可靠性，因而在公共交通中得到了廣泛使用。作為驅(qū)動純電動客車的一大重要系統(tǒng)，高壓配電系統(tǒng)及其設(shè)計對于純電動客車的正常運行以及性能等意義重大。基于此，本文將著重圍繞純電動客車高壓配電系統(tǒng)進行簡要分析研究。

【關(guān)鍵詞】純電動客車；高壓配電系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： U469.72；U463.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.031

【Abstract】Energy saving and emission reduction are advocated in our country， and more and more different types of new energy vehicles appear under green travel， among which pure electric bus is the representative one.Therefore， full use of electric power drive， so almost no damage to the surrounding environment and pollution， and has higher safety and reliability.As an important system of driving pure electric bus， high voltage distribution system and its design are of great significance to pure electric bus.Based on this， this paper will focus on the pure electric bus high-voltage distribution system for a brief analysis.

【Key words】Pure electric bus； High voltage distribution system； System design

0 引言

在純電動客車當中，高壓配電系統(tǒng)相當于其“中樞神經(jīng)"，負責(zé)為純電動客車提供所需能量，并直接影響著純電動客車的安全可靠性、動力性以及經(jīng)濟性等各項性能。因此研究純電動客車高壓配電系統(tǒng)設(shè)計具有十分重要的現(xiàn)實意義，本文將通過從說明純電動客車高壓配電系統(tǒng)具體功能入手，初步探究其高壓配電系統(tǒng)設(shè)計，以期為相關(guān)研究人員提供相應(yīng)指導(dǎo)幫助。

1 純電動客車高壓配電系統(tǒng)功能

在純電動客車高壓配電系統(tǒng)當中，其最為關(guān)鍵和重要的功能便是高壓配電功能。在將包括高壓繼電器和熔斷器等在內(nèi)的相關(guān)部件進行相互集成下，高壓配電系統(tǒng)將負責(zé)科學(xué)分配、合理管理高壓用電。經(jīng)由高壓配電柜充電回路，外部充電設(shè)備可以將電力傳輸至電池系統(tǒng)存儲，而動力電池也可以利用高壓配電柜向純電動客車各用電設(shè)備，如電動除霜器、電動轉(zhuǎn)向控制器等合理分配自身存儲的電能?？紤]到高壓直流繼電器型號直接影響配電功能的實現(xiàn)，因此需要設(shè)計人員結(jié)合純電動客車的具體設(shè)計要求對其進行靈活選擇，通過對比高壓回路輸入和輸出側(cè)電壓值，對整車控制器狀態(tài)進行科學(xué)判斷，從而有效確保高壓配電工作的安全可靠性[1]。

除此之外，純電動客車高壓配電系統(tǒng)還需要具備過電流保護以及高壓急斷和預(yù)充電等功能。一旦高壓器件等出現(xiàn)短路或其他故障問題，需要立即切斷配電回路直流熔斷器，防止影響電氣設(shè)備的正常使用。而在我國相關(guān)標準要求下，純電動客車駕駛員需要擁有手可觸及裝置，用以至少斷開一個車載主電源電極，從而在遇到突發(fā)或是緊急情況下可以切斷保護純電動客車高壓電源輸出側(cè)。

2 純電動客車高壓配電系統(tǒng)設(shè)計分析

（1）預(yù)充設(shè)計

通常運用在純電動客車中的變頻器和控制器，普遍有容量較大的濾波電容，雖然位于電容兩端的電壓基本固定，但電流極易出現(xiàn)突變情況。當與電源相互接通時，電容兩端相當于短路，因此如果純電動客車高壓配電系統(tǒng)中未能設(shè)計預(yù)充電電路，受升溫影響電容極有可能出現(xiàn)燒損等問題，從而直接影響純電動客車的正常行駛。因此有必要進行預(yù)充設(shè)計，一般在純電動客車的預(yù)充電電路當中，需要重點考慮預(yù)充電阻、放電時間等關(guān)鍵要素。

從本質(zhì)上來說，純電動客車中的預(yù)充電路是一種RC電路零狀態(tài)相應(yīng)，其表達式如下：

在這一公式當中，電容用C表示，因此Uc代表著電容兩端電壓，而U和R則分別代表著穩(wěn)態(tài)電壓與預(yù)充電阻，預(yù)充時間用t進行表示。純電動客車中的電容就是其所有變頻器以及控制器內(nèi)部電容總和，在普通的純電動客車當中，其電容總值一般為4740μF，而電容兩端電壓與穩(wěn)態(tài)電壓的比值則為0.9，預(yù)充時間大約在1s左右。通過利用這一公式，將各項參數(shù)代入其中可知預(yù)充電阻值為91.6Ω，因此在設(shè)計預(yù)充電電路時建議選用100Ω電阻，此時預(yù)充時間將在1.1s左右。而RC電路零輸入響應(yīng)便是電容放電，可以用下列公式進行表達：UC=U×e

通過根據(jù)房永強（2015）對純電動客車高壓配電柜的相關(guān)研究，可知在純電動客車當中放電時間基本在3到5RC之間，并且電容兩端電壓在逐漸接近零值時，電容放電也將基本結(jié)束。此時電動兩端電壓值一般為0.007U到0.05U，純電動客車高壓配電系統(tǒng)為600V，電壓值比36V人體安全電壓要小，放電時間基本在1.43s到2.39s之間，也就是說在經(jīng)過大約2.4s的放電之后即結(jié)束放電[2]。

（2）電氣設(shè)計

在進行電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程當中，需要設(shè)計人員重點保障絕緣的安全可靠性，并盡可能將電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計成緊湊型，從而在合理排布器件下能夠充分利用電氣空間，達到控制設(shè)計成本的目的。而為了能夠有效提高純電動客車高壓配電系統(tǒng)中電氣設(shè)計的精準性，筆者建議設(shè)計人員可以通過使用專業(yè)的CATIA三維設(shè)計軟件，在直接利用軟件自帶功能下對器件進行精準定位。并且在條件允許的情況下，盡可能選用正規(guī)廠家生產(chǎn)的知名品牌高壓部件，從而使其能夠具有較高的安全性和耐久性。

在電氣絕緣設(shè)計中，有研究人員通過將環(huán)氧樹脂材料制作而成的絕緣板加設(shè)在電氣元件和金屬箱體的中間位置處，利用環(huán)氧樹脂所具有的良好抗腐蝕性能、耐熱和耐電弧等優(yōu)勢性能，在嚴格按照國家相關(guān)標準要求，在絕緣板上合理布設(shè)和牢固固定相應(yīng)電氣元件，使得高壓元件和金屬殼體之間可以具備良好的絕緣性能。在分離極性上，通過分開設(shè)置正接線端和負接線端，由此將純電動客車可能出現(xiàn)短路的可能性降至最低。在確保其擁有較高的通流能力下，使用質(zhì)量合格的銅排對主正端和主負端進行電氣連接。為防止出現(xiàn)浪費大量純電動客車空間，增加其自身重量的情況，需要在設(shè)計過程中盡可能減小高壓配電箱的體積。為此，設(shè)計人員在布設(shè)高壓配電箱內(nèi)的各電器件過程中，需要在保障其方便拆裝下盡量進行緊湊設(shè)計。而鑒于高壓配電箱內(nèi)通?？臻g比較小，但電流相對較大，導(dǎo)致純電動客車高壓配電箱當中經(jīng)常容易出現(xiàn)大量熱量，如果無法及時將其排除，則極有可能因升溫過高、過快而影響各電器元件的使用安全，甚至直接影響著純電動客車的正常行駛。因此本文建議，在對純電動客車高壓配電系統(tǒng)進行設(shè)計的過程中，可以將功率和體積相對較小的散熱器、散熱風(fēng)扇等設(shè)置在高壓配電箱當中，以此有效消除這一安全隱患。

（3）工作流程

根據(jù)李峰、秦寶可等人（2014）的研究，可知在純電動客車當中，高壓配電系統(tǒng)在運行過程中通常需要經(jīng)過上電、系統(tǒng)運行以及下電這三個關(guān)鍵過程，從而有效發(fā)揮高壓配電系統(tǒng)的效用。在上電過程中，純電動客車在順利完成上電指令接收后，首先整車控制器將預(yù)先診斷高壓系統(tǒng)的上電，判斷其電池是否擁有充足的剩余電量和正常的電池電壓等，在確保各項設(shè)置條件與相關(guān)標準要求相吻合后再執(zhí)行電附件部件的高壓通電[3]。當經(jīng)過預(yù)判電附件回路能夠正常閉合，所有部件均處于正常運行狀態(tài)時，將自動接收駕駛員START檔模擬啟動信號，預(yù)充電控制主電機控制器，從而有效防止瞬態(tài)電流對大功率容性負載的上電沖擊。根據(jù)其研究顯示，在規(guī)定時間內(nèi)順利完成預(yù)充電后，系統(tǒng)將會自動與高壓電路相互接通，此時在儀表處會出現(xiàn)相應(yīng)圖標顯示提醒駕駛員正常掛擋行駛。

在系統(tǒng)運行過程中，位于高壓配電柜當中的主回路在處于接通狀態(tài)時，純電動客車將進入待機或是正常行駛狀態(tài)，并且系統(tǒng)將會同時進入實時故障診斷狀態(tài)，通過循環(huán)檢測各項關(guān)鍵參數(shù)譬如電壓、電流等，并結(jié)合故障的具體嚴重度發(fā)出相應(yīng)的警報信息，以此有效保障高壓配電系統(tǒng)的正常運行，防止對純電動客車以及人員造成不必要的損害。本文所設(shè)計的純電動客車高壓配電系統(tǒng)在接收到下電指令之后，車輛在停車狀態(tài)下，包括主電機控制器等在內(nèi)的各項控制器將逐一進行斷電停機。而如果系統(tǒng)在運行時出現(xiàn)異常情況，則通過利用整車控制器可以對故障部件以及具體故障原因等進行精準定位和明確，并根據(jù)實際情況提示相應(yīng)的處理措施。

3 結(jié)束語

本文在以純電動客車作為主要研究對象，對其高壓配電系統(tǒng)進行設(shè)計的過程當中，通過采用模塊化的設(shè)計理念，對高壓配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及各項電氣元件的裝配設(shè)計進行有效簡化，不僅有助于提高系統(tǒng)運行效率，同時也大大增加了純電動客車的安全可靠性。而在實際進行設(shè)計和電器元件裝配過程中，工作人員還需要嚴格按照國家相關(guān)標準要求進行規(guī)范操作，進而有效防止出現(xiàn)設(shè)計與實際不符的情況，影響高壓配電系統(tǒng)的正常運行。

【參考文獻】

[1]石添華.某款純電動客車系統(tǒng)匹配和方案設(shè)計[J].客車技術(shù)與研究，2015，37（02）：15-18.

[2]房永強.純電動客車高壓配電柜的設(shè)計與應(yīng)用[J].機電技術(shù)，2015（02）：126-129.

[3]李峰，秦寶可，王鵬.少林純電動客車電氣系統(tǒng)與工作原理[J].汽車電器，2014（12）：43-47.