新能源車DCDC設(shè)計(jì)方法研究

【摘" 要】文章針對(duì)新能源車DCDC的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，從DCDC輸出功率選型、DCDC負(fù)載響應(yīng)率的匹配和DCDC輸出電壓的匹配三方面論述，為工程應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】新能源車;DCDC;設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào)：U469.72" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）12-0009-03

Research on DCDC Design Method of New Energy Vehicles

【Abstract】The paper studies the DCDC design method of new energy vehicles，DCDC output power selection，DCDC load response rate and DCDC output voltage are discussed，which provides a reference for engineering applications.

【Key words】new energy vehicles;DCDC;design method

0" 前言

隨著中國(guó)新能源化轉(zhuǎn)型步伐的加快，國(guó)內(nèi)新能源車銷量逐步提升，燃油車銷量下降趨勢(shì)明顯。燃油車采用發(fā)電機(jī)+12V蓄電池共同給整車低壓電源系統(tǒng)供電的方式，新能源車采用DCDC+12V蓄電池共同給整車低壓電源系統(tǒng)供電的方式，由于DCDC的輸出特性與技術(shù)要求與發(fā)電機(jī)有著本質(zhì)的不同，需要對(duì)DCDC的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究和探討。

目前關(guān)于DCDC設(shè)計(jì)方法的研究，主要集中在DCDC輸出功率選型方面，且在加權(quán)系數(shù)的選擇方面存在很大的問(wèn)題，同時(shí)關(guān)于DCDC設(shè)計(jì)過(guò)程需要關(guān)注的負(fù)載響應(yīng)率、額定功率與最大輸出功率的匹配、輸出電壓如何與整車進(jìn)行匹配等都沒(méi)有深入研究，因此需要針對(duì)具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分別做研究。

1" 新能源車DCDC設(shè)計(jì)方法

DCDC作為電動(dòng)汽車能源管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，朝著高效、輕型、模塊化和智能的方向不斷發(fā)展。下文將對(duì)DCDC的輸出功率選型、負(fù)載響應(yīng)率設(shè)計(jì)、輸出電壓與整車匹配方法等方面進(jìn)行闡述。

1.1" DCDC輸出功率選型

根據(jù)車輛電器負(fù)載的使用范圍，可將車輛所有電器負(fù)載分為三大類：連續(xù)耗電負(fù)載，例如BMS、VCU、PDCU;長(zhǎng)期耗電負(fù)載，如近光燈、收音機(jī)、水泵、冷卻風(fēng)扇;短期耗電負(fù)載，如喇叭、天窗、雨刮。連續(xù)耗電負(fù)載主要是整車的控制器，長(zhǎng)期耗電負(fù)載和短期耗電負(fù)載又分為兩類。一為隨整車邏輯自動(dòng)開啟的電器負(fù)載，如電池水泵、電機(jī)水泵、散熱風(fēng)扇和PTC等;二為用戶需手動(dòng)開啟的負(fù)載，如雨刮、前照燈、天窗和車窗等。

對(duì)于連續(xù)耗電負(fù)載，可通過(guò)統(tǒng)計(jì)其額定功率來(lái)計(jì)算功率，對(duì)于長(zhǎng)期耗電功率和短期耗電負(fù)載，實(shí)際車輛電器負(fù)載的工作狀態(tài)取決于季節(jié)、環(huán)境、交通狀況和個(gè)人使用愛好等因素，具有隨機(jī)性。行業(yè)內(nèi)一般基于加權(quán)系數(shù)確定電器負(fù)載的功率，而加權(quán)系數(shù)主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)獲取，存在極大的誤差。本文通過(guò)后臺(tái)大數(shù)據(jù)以確定加權(quán)系數(shù)。

不同地域在不同時(shí)間段上的氣候條件不同，因此需要通過(guò)后臺(tái)大數(shù)據(jù)分析得到不同地域、月份、電器負(fù)載開啟的時(shí)間與行駛時(shí)間的比例，即加權(quán)系數(shù)，見表1。

以某純電新能源車為例，夏季工況可以選擇東北、西北、西南、華南區(qū)域在6～8月的數(shù)據(jù)，冬季工況可以選擇東北和西北區(qū)域在12～1月的數(shù)據(jù)。整車電器負(fù)載統(tǒng)計(jì)見表2。

根據(jù)車輛的配置（高配、低配），統(tǒng)計(jì)在夏季工況和電機(jī)工況下整車電器負(fù)載功率，計(jì)算公式如下：

式中：P總——整車電器負(fù)載需求功率;Pi——第i個(gè)電器負(fù)載額定功率;Ki——第i個(gè)電器負(fù)載對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)。

由于DCDC在電器負(fù)載功率超過(guò)其輸出功率后會(huì)自我保護(hù)，因此通過(guò)上述計(jì)算得到整車電器負(fù)載需求功率后，會(huì)乘以一定的系數(shù)，一般選擇1.2～1.3。另外在選取DCDC的額定功率后，也要考慮DCDC的最大輸出功率以及最大輸出功率的可持續(xù)時(shí)間，以確保預(yù)留足夠的余量。

1.2" DCDC負(fù)載響應(yīng)率的匹配

DCDC在整車行駛過(guò)程中最嚴(yán)苛的工況是12V蓄電池與整車電器負(fù)載斷開或者失效的前提下靠邊停車，此時(shí)整車電器負(fù)載完全由DCDC供給能量，除上述提到的輸出功率問(wèn)題外，還涉及負(fù)載響應(yīng)率問(wèn)題。

在靠邊停車工況下，主要的大負(fù)載為EPS（轉(zhuǎn)向）和RBM（制動(dòng)）。EPS和RBM電流隨時(shí)間變化的曲線分別如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，EPS峰值電流變化率為1A/10ms，RBM的電流變化率為88.5A/10ms，因此要求DCDC的負(fù)載響應(yīng)率必須大于89.5A/10ms。

1.3" DCDC輸出電壓的匹配

DCDC在新能源車上的作用除給整車電器負(fù)載供電外，還給12V蓄電池進(jìn)行充電。DCDC的輸出電壓范圍為10.5～15.5V，一般新能源車的DCDC輸出電壓定為14.5V，但是這會(huì)造成幾方面的問(wèn)題。一是12V蓄電池SOC接近100%時(shí)，會(huì)造成12V蓄電池過(guò)充，不但影響12V蓄電池的壽命，還會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn);二是12V蓄電池SOC升高后，如不進(jìn)行降壓，會(huì)導(dǎo)致整車低壓功耗偏高。因此需對(duì)DCDC的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1）考慮12V蓄電池的過(guò)充。如12V蓄電池采用鉛酸蓄電池，在SOC85%以上可進(jìn)行降壓調(diào)節(jié)。需要注意：如調(diào)節(jié)閾值降低會(huì)使12V蓄電池長(zhǎng)期低SOC而導(dǎo)致硫化，長(zhǎng)期硫化會(huì)造成容量的衰減。

2）考慮DCDC降壓后的最低輸出電壓。主要考慮每個(gè)電器負(fù)載回路上的壓降，以滿足電器負(fù)載最低電壓的需求（一般為9V，有些特殊電器負(fù)載根據(jù)功能需求會(huì)有所不同）。

3）考慮12V蓄電池的內(nèi)部溫度。鉛酸蓄電池特別是AGM蓄電池，在75℃以上易出現(xiàn)熱失控產(chǎn)生失水最終導(dǎo)致失效的問(wèn)題，因此需在高溫下適當(dāng)降低DCDC的輸出電壓，同時(shí)在低溫下為確保12V蓄電池的充電，需將DCDC的輸出電壓調(diào)整到14.8V左右。

表3為典型根據(jù)12V蓄電池的SOC、溫度、整車電器負(fù)載的最低需求電壓確定的DCDC輸出電壓插值表。

2" 結(jié)語(yǔ)

由于整車的架構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，電器負(fù)載越來(lái)越多，因此在進(jìn)行新能源車DCDC的設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮傳統(tǒng)的DCDC額定輸出功率外，還需考慮其最大輸出功率以及持續(xù)時(shí)間，并且需將負(fù)載響應(yīng)率納入考量范疇之內(nèi)。另外考慮到12V蓄電池的過(guò)充和溫度范圍、整車電器負(fù)載的工作電壓、整車低壓功耗的優(yōu)化等，需重新設(shè)計(jì)DCDC的輸出電壓調(diào)節(jié)方案。

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