王雙娥，張群政，譚志紅（湖南中車時代電動汽車股份有限公司，湖南 株洲　412007）

基于插電式方案的純電動系統(tǒng)配電設(shè)計(jì)

王雙娥，張群政，譚志紅
（湖南中車時代電動汽車股份有限公司，湖南 株洲412007）

對于迷你電動巴士，由于空間有限，各部件的小型化與集成化勢在必行。本文介紹一款純電動車用配電方案，該方案的配電盒集成了插電式量產(chǎn)車上的系統(tǒng)低壓配電、傳統(tǒng)低壓配電與手動開關(guān)，大大減少了安裝空間，提高了防護(hù)等級，且成本大為降低。

電動客車；插電式系統(tǒng)；純電動系統(tǒng)；配電方案

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，新能源汽車的發(fā)展受到越來越多的重視［1］。目前，我國的新能源汽車主要是指除汽油、柴油發(fā)動機(jī)之外所有其它能源汽車，包括燃?xì)?、醇類燃料汽車、混合動力汽車、純電動汽車以及燃料電池汽車。由于目前政府對?0 m、12 m新能源汽車的財政補(bǔ)貼逐步減少，6～8 m純電動車受到越來越多人的青睞（簡稱迷你電動巴士）。對于迷你電動巴士，由于空間有限，各部件的小型化與集成化勢在必行［2-3］。本文介紹一款純電動車用配電盒方案，該方案集成了插電式量產(chǎn)車上的系統(tǒng)低壓配電、傳統(tǒng)低壓配電與手動總開關(guān)，大大減少了安裝空間，提升了防護(hù)等級，為車輛生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展中小型純電動客車提供便利。

1　現(xiàn)有插電式與純電動系統(tǒng)的電氣比較

因我司插電式系統(tǒng)配電方案較為成熟，前期10 m 及12 m純電動車輛上所用配電盒仍沿用插電式系統(tǒng)配電盒，存在很大程度的資源浪費(fèi)，且插電式系統(tǒng)用配電盒集成度較低，部件較多，占用安裝空間，純電動系統(tǒng)如直接采用，會給純電動的整車布置尤其是中小型純電動的整車布置帶來很大難題，所以需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。下面對插電式與純電動式的電氣系統(tǒng)進(jìn)行對比，進(jìn)而了解其配電方面的區(qū)別。

我司插電式系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)原理如圖1所示［4］，其動力系統(tǒng)主要由APU系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)發(fā)電機(jī)組）、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等構(gòu)成。該系統(tǒng)較串聯(lián)混合動力系統(tǒng)增加了儲能系統(tǒng)配置（包括動力電池系統(tǒng)及超級電容儲能系統(tǒng)），以延長純電動續(xù)駛里程及動力電池壽命。

圖1　插電式電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

我司純電動系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)原理如圖2所示［5］，其動力系統(tǒng)主要由儲能系統(tǒng)（主要為動力電池系統(tǒng)、充電單元、高壓維修開關(guān)）、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

圖2　純電動式電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

由此可見，相比于插電式系統(tǒng)，純電動系統(tǒng)部件相對較少，配電相對簡單，主要區(qū)別如下：

1）純電動系統(tǒng)無APU系統(tǒng)，在配電上可減少發(fā)動機(jī)起動機(jī)的電源配電及相應(yīng)起動繼電器，發(fā)動機(jī)ECU及后處理系統(tǒng)的配電，4個發(fā)動機(jī)風(fēng)扇及APU系統(tǒng)相應(yīng)水泵的配電。

2）純電動系統(tǒng)的儲能系統(tǒng)一般采用單電壓平臺，即只有動力電池系統(tǒng)，無超級電容系統(tǒng)，在配電上可減少雙電耦合系統(tǒng)的配電，超級電容系統(tǒng)的配電及相應(yīng)熱管理系統(tǒng)的配電等。

2　純電動系統(tǒng)的配電方案設(shè)計(jì)

2.1現(xiàn)有插電式系統(tǒng)低壓配電的缺陷

我司現(xiàn)有插電式系統(tǒng)低壓配電原理如圖3和圖4所示［6-7］。圖3虛線框內(nèi)原理即一級配電盒原理；手動開關(guān)未在虛線框內(nèi)，單獨(dú)布置于一級配電盒外。圖4為系統(tǒng)低壓配電盒部分原理，與純電動相同部分原理已省略。由圖4中可以看出，插電式系統(tǒng)因部件較多，配電較為復(fù)雜，配電盒集成度不高，有3個部件，分別為手動開關(guān)，一級配電盒與系統(tǒng)低壓配電盒。

圖3　傳統(tǒng)低壓配電原理1

圖4　傳統(tǒng)低壓配電原理2

因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)及成本的原因，插電式用一級配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒及手動開關(guān)所采用的接插件金屬端子多次插拔接觸后易松動，電氣盒所采用的材料阻燃性能不高，PCB板過流設(shè)計(jì)安全余量不高，安全性能不高。且接插件的出線方式為底部出線及背部出線，該出線方式對安裝、調(diào)試、檢修帶來較大困難，可視性及可操作性不強(qiáng)。

2.2純電動系統(tǒng)配電方案

純電動車配電需求如圖5所示，與插電式配電盒原理相同部分未在本圖中體現(xiàn)。該配電方案集成了手動開關(guān)，各部件常火電、電磁開關(guān)后電源，鑰匙開關(guān)ON后電源及受控電源，并對各不同配電均有相關(guān)預(yù)留，可滿足現(xiàn)有純電動配電需要并可做部分拓展，且該方案取消了插電式系統(tǒng)相關(guān)配電，如APU系統(tǒng)相關(guān)配電（起動機(jī)電源、起動繼電器，發(fā)動機(jī)4個風(fēng)扇，發(fā)電機(jī)電源，儲能系統(tǒng)雙電耦合的相關(guān)配電等）。該配電盒集成了1個大功率繼電器，12個5腳繼電器，2個4腳功率繼電器，1個板式大保險，8個板式小保險，1個DCDC盒式保險，36個片式小保險，其中該小保險可選配可恢復(fù)保險，當(dāng)排查故障后可手動恢復(fù)該保險的使用［8］，無需重新更換保險，解決了保險燒損后無法找到替代保險的問題，可選配1個帶CAN功能的電流檢測模塊。該設(shè)計(jì)方案可滿足純電動車用配電需要，集成了原插電式系統(tǒng)用一級配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒、手動開關(guān)。

圖5　純電動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖

針對普通配電盒防火性能不高的問題，該款配電盒為應(yīng)用于CAN總線客車的專用防火配電盒，該配電盒可配CAN通訊功能，CMS電流檢測功能［9］，在過流過熱時能自動斷電，提前預(yù)警電路系統(tǒng)的故障隱患，防火等級V0級，耐高溫150℃。且該配電盒的出線更為合理，大電源線束從下部出線，有橡膠件防水，小電源從左側(cè)的防水接插件引出，捆扎成束，使線束走向清晰美觀。

2.3配電方案對比

該純電動配電方案與現(xiàn)有插電式配電方案相比，有以下特點(diǎn)：

1）數(shù)量減少。因減少了插電式系統(tǒng)相關(guān)專有部件的配電，將配電盒集成，配電部件數(shù)量由3個減少為1個。

2）尺寸減小。因集成了插電式系統(tǒng)用一級配電盒、系統(tǒng)低壓配電盒、手動開關(guān)，所以該方案的配電盒尺寸僅為插電式一級配電盒尺寸大小。

3）便利性更好。插電式用配電盒欠缺對出線方向的考慮，采用背部出線方式，調(diào)試時一般需將配電盒拆下，調(diào)試維護(hù)非常麻煩。該純電動配電盒方案設(shè)計(jì)時將出線方向改為盒體前部及底部出線，方便了調(diào)試維護(hù)；另由于該純電動配電盒方案將3個盒子集成為1個，且減少了盒體與盒體之間的線束，安裝更為簡便。

4）防護(hù)等級提高。插電式用配電盒IP防護(hù)等級為IP43。該純電動用配電盒方案通過集成3個配電盒，減少盒體與盒體之間的連接線束，取而代之采用內(nèi)部銅條連接；出線接插件由非防水接插件改為防水接插件，在出線端增加過線密封膠圈等措施，IP防護(hù)等級提升為IP65。

5）安全性增強(qiáng)。該方案的護(hù)套及盒體阻燃等級由UL94 V1級提升為UL94 V0級，材料耐溫等級由85℃提升為150℃；接插件采用防松脫卡扣，帶夾緊鋼片金屬端子，避免了原盒體插件中簧片壓接力不強(qiáng)，容易退針現(xiàn)象；阻燃盒體與盒體之間連接線束改為單個配電盒內(nèi)部銅板連接，減少由于線束磨損而產(chǎn)生短路故障的可能性，減少由于線束接觸不良而導(dǎo)致的火災(zāi)隱患，內(nèi)部由線束連接改為PCB板連接，銅條加厚，過流能力加強(qiáng)，安全等級更高。

6）成本減少。該款純電動配電盒成本根據(jù)所需配置高低而定，相較原插電式3個配電部件，可節(jié)省原車的手動開關(guān)、安裝支架及一根電瓶線，節(jié)省系統(tǒng)低壓配電板至一級配電盒線束，節(jié)省總成本200～250元。

3　結(jié)束語

如果純電動車所用配電盒仍沿用插電式系統(tǒng)配電盒，存在很大程度的資源浪費(fèi)，且插電式系統(tǒng)用配電盒集成度較低，部件較多，占用安裝空間。本文介紹了新開發(fā)的一款純電動車用低壓配電盒方案，該配電盒方案集成了原插電式車用一級配電盒、系統(tǒng)低壓配電板、手動開關(guān)，且安裝尺寸僅為原一級配電盒尺寸大小，大大節(jié)省了安裝空間，降低了安裝難度，便于后期的維護(hù)檢修。并且該配電盒可根據(jù)需要進(jìn)行不同規(guī)格的配置，成本較原插電式配電盒也有一定程度的降低。

［1］萬鋼.我國節(jié)能與新能源汽車發(fā)展模式的思考與探索［J］.交通與運(yùn)輸，2008（2）：1-3.

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［3］歐陽明高.我國節(jié)能與新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略與對策［J］.汽車工程，2006（4）：317-322.

［4］張群政，王坤俊，譚志紅.基于插電式動力系統(tǒng)的公交客車設(shè)計(jì)開發(fā)［C］.中國智能交通年會.2012.

［5］石添華.某款純電動客車系統(tǒng)匹配和方案設(shè)計(jì)［J］.客車技術(shù)與研究，2015，37（2）：15-18.

［6］王力，陳喜波.低壓配電設(shè)計(jì)中的幾個問題［J］.黑龍江科學(xué)，2014（8）：290.

［7］黃晶.論低壓配電中存在的問題及對策［J］.中國西部科技，2013（8）：53-54.

［8］韓軍，盧長軍.宇通第二代中央配電裝置［J］.客車技術(shù)與研究，2002，24（3）：18-20.

［9］唐勇.電流檢測技術(shù)的研究與設(shè)計(jì)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

修改稿日期：2016-04-07

Design of Electric System Power Distribution Based on Plug-in Type Program

WangShuang'e，ZhangQunzheng，Tan Zhihong
（Hunan CRRCTimes Electric Vehicle Co.，Ltd，Zhuzhou 412007，China）

Due to its limited space with regards to the mini bus，the miniaturization and integration of various components are imperative.The authors introduce a type of power distribution program for pure electric vehicles.The power distribution box of this program has integrated the system low-voltage power distribution，the traditional low-voltage power distribution and the manual switch of the producing plug-in hybrid buses.Thereby the integrated boxhas the advantages ofless installingspace，more protection level and less cost.

electric bus；plug-in type system；pure electric system；power distribution program

U469.72；U463.6

B

1006-3331（2016）04-0042-04

王雙娥（1987-），女，碩士；工程師；主要從事新能源客車電氣系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)與研究工作。