電動汽車用配電盒電氣性能影響因素研究分析

【摘" 要】文章通過模擬不同環(huán)境，研究分析配電盒老化后電氣性能的變化，找到關(guān)鍵影響因素，用于指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)，提高電動汽車使用安全性。

【關(guān)鍵詞】電動汽車；配電盒；電氣性能；安全

中圖分類號：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0027-02

Research and Analysis of Factors Influencing Electrical Performance

of Distribution Boxes for Electric Vehicles

GAO Yanwan，CHEN He，LI Quanrong，WANG Jiaojiao

（CATARC New Energy Vehicle Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，TianJin 300300，China）

【Abstract】In this paper，through simulating different environments，we study and analyze the changes of the electrical performance of the distribution box after aging and find the key influencing factors.

【Key words】electric vehicle；power distribution box；electrical performance；safety

1" 前言

電動汽車用高壓配電盒是新能源汽車高壓回路中的重要單元?？刂聘邏弘姎饣芈返念A(yù)充電過程、充電過程。高壓配電盒產(chǎn)品的性能對整車的使用壽命、控制策略的實(shí)現(xiàn)和高壓系統(tǒng)安全都有著重要的影響。近年，隨著行業(yè)快充需求的興起，電池系統(tǒng)的充電速率越來越高，隨之而來的是充電電流的加大，現(xiàn)在普遍的250A、300A快充，也存在一些400A、600A的快充需求，而達(dá)到這個(gè)級別的充電電流對整個(gè)系統(tǒng)的電連接都是一個(gè)較大的考驗(yàn)。隨著電流需求不斷升高，各大主機(jī)廠也相繼推出800V的高電壓平臺。高電壓、大電流使得高壓配電盒的電氣間隙、爬電距離、各種電氣件的耐壓要求提高，同時(shí)，大電流帶來電器件溫升過高，整個(gè)電氣產(chǎn)品的耐久性和安全性變得尤為重要。

加快充電速度、增加續(xù)航可以提高產(chǎn)品性能品質(zhì)，滿足消費(fèi)者快速補(bǔ)能的使用需求，但電壓等級提高，絕緣、耐壓要求需提升，電流等級提高，溫升、過載能力需同步提升。應(yīng)對整車復(fù)雜的使用工況，電器元件的可靠、耐久性需提升，電池功率密度提升，接觸器的抗短路能力也需要提升。

配電盒隨整車在不同地域使用會經(jīng)受高溫、低溫的氣候環(huán)境，在雨天高速行駛的情況下還會經(jīng)受高溫高濕的工況環(huán)境，同時(shí)，還會經(jīng)受高溫、低溫的變化和溫度的沖擊。本文通過采用一種環(huán)境、電氣疊加組合的測試方法，模擬配電盒在實(shí)際使用時(shí)工況，考量配電盒在整車生命周期下的耐用性和可靠性。

2" 試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建

本研究中測試系統(tǒng)由直流恒流源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、環(huán)境箱、上位機(jī)等部分組成，連接裝置的原理如圖1所示，直流恒流源輸出的正負(fù)極分別連接至圖1中位置點(diǎn)①正極與位置點(diǎn)④負(fù)極，溫度傳感器和電壓降測試線分別采集主正繼電器、主負(fù)繼電器和預(yù)充繼電器的指定位置，并采集同一時(shí)間下的環(huán)境溫度、計(jì)算各元器件的溫升值，具體見表1。

3" 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本研究分別將配電盒放置在高溫、熱沖擊、高溫連續(xù)通電、振動等不同的環(huán)境條件下，同時(shí)使配電盒處于正常工作狀態(tài)，在疊加環(huán)境下記錄和對比分析配電盒溫升和電壓降等電氣性能的差異，分析在實(shí)際使用工況下，配電盒內(nèi)部元器件的安全性和可靠性。

3.1" 高溫放置下的數(shù)據(jù)分析

環(huán)境溫度為100℃條件下，放置1500h，主繼電器和預(yù)充繼電器斷開。試驗(yàn)后，溫度降至70℃，主繼電器吸合、預(yù)充繼電器斷開，通電電流310A，采集主繼電器、預(yù)充繼電器、預(yù)充電阻、銅排、熔斷器、霍爾傳感器、殼體等部位的溫度。分別測試位置①～②、①～③、④～⑤、④～⑥間的電壓降，為避免數(shù)據(jù)的偶然性，共統(tǒng)計(jì)了2個(gè)樣品的測試結(jié)果，試驗(yàn)情況見表2。

為直觀表達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)果，對試驗(yàn)后各部位的溫度進(jìn)行處理，對比試驗(yàn)前后各部位的溫度值，試驗(yàn)后因?yàn)椴牧鲜軣嶙冃卫匣纫蛩?，各位置的溫度均高于試?yàn)前，但最大差值為6.4℃。如圖2所示。

同時(shí)，采集了試驗(yàn)前后高壓回路中的電壓降（表3），通過電壓的變化來分析試驗(yàn)前后回路電阻值的變化，進(jìn)而可分析試驗(yàn)對金屬部件的影響。

3.2" 高溫與振動條件疊加下的數(shù)據(jù)分析

除考量單純的高溫條件外，同時(shí)，在高溫放置的溫度條件下疊加了隨機(jī)振動。目的是為了模擬配電盒安裝在車輛上，高溫環(huán)境下同時(shí)承受行車過程中的加減速、急轉(zhuǎn)彎等顛簸路況的振動沖擊。疊加試驗(yàn)后，記錄各部位的溫度值（表4），同時(shí)，采集各點(diǎn)位的電壓降，與高溫放置試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對比分析（表5），得出影響配電盒電氣性能的主要因素。

由試驗(yàn)后數(shù)據(jù)可看出，試驗(yàn)前后溫度變化趨勢相似，主繼電器溫度最高，銅排次之，預(yù)充電阻溫度最低。但機(jī)械振動對配電盒的電氣性能不論是溫度還是電壓降影響均較高溫放置明顯，實(shí)驗(yàn)前后溫度差最大為10.2℃，較高溫放置最高最大溫度差高了3.8℃。如圖3所示。

3.3" 高溫與長時(shí)通電疊加下的數(shù)據(jù)分析

配電盒在車輛行駛過程中處于通電工作狀態(tài)，故高溫通電工況成為本次研究的又一個(gè)重點(diǎn)。配電盒是否安全可靠工作不僅是車輛正常行駛的重要保障，更是關(guān)乎車內(nèi)人員安全的重要因素，測算車輛整個(gè)壽命周期內(nèi)配電盒高溫通電運(yùn)行的總時(shí)長，模擬高溫通電運(yùn)行工況，記錄分析試驗(yàn)前后各點(diǎn)位溫度值和電壓降的變化，與高溫放置進(jìn)行比較，分析長時(shí)通電對配電盒電氣性能的影響，具體數(shù)據(jù)見表6和表7。

由試驗(yàn)后數(shù)據(jù)（圖4）可看出，高溫長時(shí)通電對配電盒的電氣性能要低于高溫振動。

4" 總結(jié)與建議

通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：機(jī)械振動對各部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)會造成一定的損傷，高溫與通電耐久工況的疊加使得配電盒內(nèi)部器件性能發(fā)生變化。通過對比分析高溫、高溫振動、高溫連續(xù)通電幾項(xiàng)試驗(yàn)后的電氣性能變化，可知連續(xù)通電工況較高溫振動和高溫放置試驗(yàn)對配電盒的性能影響較為惡劣。試驗(yàn)前后溫度變化趨勢相似，主繼電器溫度最高，銅排次之，預(yù)充電阻溫度最低，主繼電器最高溫度為122.9℃，低于要求的165℃，其余各部位的溫度值均低于要求的溫度上限值，電壓降最大為0.0083V，小于設(shè)計(jì)要求限值。

后續(xù)工作可以從以下幾個(gè)方面開展。

1）本次研究因時(shí)間和樣品數(shù)量限制等原因，只以高溫環(huán)境條件為基準(zhǔn)，疊加了機(jī)械振動、長時(shí)通電兩個(gè)工況來分析論述對配電盒電氣性能的影響，后續(xù)可以增加低溫、溫度變化等工況的對比分析。

2）本次研究的樣品選取了一種規(guī)格型號的配電盒，結(jié)構(gòu)選型比較固定，可以增加不同設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的配單盒進(jìn)行試驗(yàn)分析。

3）增加測試驗(yàn)證的樣品數(shù)量，獲取更多的數(shù)據(jù)支撐。

4）采集車輛日常使用工況下通過配電盒的電路譜將單一恒定電流值更改為實(shí)際使用時(shí)的電流曲線進(jìn)行試驗(yàn)分析，找出配單盒在整個(gè)壽命期間的安全性和可靠性影響因素，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張緒彬，歐陽天琪. 淺談電動車高壓配電盒選型設(shè)計(jì)[J]. 大眾科技，2019，21（12）：42.

（編輯" 楊凱麟）

作者簡介

高燕萬（1990—），男，工程師，碩士，從事新能源汽車檢測認(rèn)證工作。