趙 龍

（山東柳工叉車有限公司， 山東 臨沂 276000）

1 引言

近年來， 不管是乘用車領(lǐng)域還是工程用車制造業(yè)， 電動(dòng)車的發(fā)展逐漸形成了不可阻擋的趨勢。 電動(dòng)叉車主要由電池、 電機(jī)、 電控3部分組成， 其動(dòng)力來源從傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)變成了電池， 電控取代了發(fā)動(dòng)機(jī)ECU部分， 牽引電機(jī)的作用相當(dāng)于燃油車的驅(qū)動(dòng)部分。

在政策的鼓勵(lì)下， 國內(nèi)的電動(dòng)車廠家發(fā)展迅速， 為了搶占市場和提升產(chǎn)品競爭力， 不同的廠家都在采取措施進(jìn)行降本增效， 以實(shí)現(xiàn)市場占有率的擴(kuò)大和利潤的增加。 國產(chǎn)零部件憑借價(jià)格的巨大優(yōu)勢， 以及品質(zhì)的不斷提升， 在國內(nèi)的主機(jī)廠配件采購中逐步占據(jù)較大的市場份額。 但在很多關(guān)鍵部件的生產(chǎn)上， 國產(chǎn)廠家與很多進(jìn)口廠商之間還是存在差距， 比如電控， 國產(chǎn)件的差距主要表現(xiàn)在抗干擾能力差、 異常狀況防控不到位、 易損壞等。 如從降低成本角度出發(fā)， 可以選擇國產(chǎn)電控， 價(jià)格優(yōu)勢也很明顯， 前提是從其他方面減少干擾， 最好是可以過濾掉干擾， 減小外部干擾對電控的影響， 保證電控的正常工作和使用。

車架線束作為電動(dòng)叉車上傳輸信號(hào)的介質(zhì)， 在傳導(dǎo)負(fù)載用電的同時(shí)， 也會(huì)把各種原因?qū)е碌乃矔r(shí)大電流等尖峰信號(hào)傳到負(fù)載。 尤其是電控， 受到這種異常電流影響， 就會(huì)出現(xiàn)儀表顯示不準(zhǔn)確、 故障代碼提示、 車輛無法啟動(dòng)等情況， 嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致電控內(nèi)部MOS管燒蝕， 電控?fù)p壞。 為了抑制和消除這種異常信號(hào)， 本文從增加續(xù)流二極管、 并聯(lián)DC-DC分流電阻、 串聯(lián)靜電泄放器、 DC-DC負(fù)極隔離4個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)， 從而實(shí)現(xiàn)對電控的保護(hù)。

2 防干擾設(shè)計(jì)

2.1 并聯(lián)DC-DC分流電阻

電動(dòng)叉車的電器負(fù)載， 如前照燈、 轉(zhuǎn)向燈、 后尾燈、散熱風(fēng)扇、 倒車蜂鳴器、 喇叭、 轉(zhuǎn)角傳感器等， 一般是額定輸入電壓在30V以下的小功率電器。 而電池電源， 不管是鉛酸蓄電池還是鋰離子電池， 都是電池單體串聯(lián)起來組成的高壓電源輸出， 一般受車架體積和電池容量的限制，最終電池組裝集合體輸出的電壓在48V或者80V左右， 這樣的高電壓是沒法直接給車用電器負(fù)載供電的。 這就需要一個(gè)變壓器作用的元件把電池輸出的高壓電轉(zhuǎn)化成可接入負(fù)載使用的低壓電， 在電動(dòng)叉車上， 此功能是由DC-DC轉(zhuǎn)換器 （DIRECT CURRENT-DIRECT CURRENT CONVERTER）實(shí)現(xiàn)的。

如圖1所示， 引腳1、 2是高電壓輸入端， 蓄電池的48V電壓經(jīng)過一個(gè)10A的熔斷絲， 直接跟轉(zhuǎn)換器的正極相連，負(fù)極出來接入蓄電池負(fù)極， 形成高電壓輸入回路。 引腳3、4是低電壓輸出端， 經(jīng)轉(zhuǎn)化器變壓后的低電壓正極從3引腳輸出， 連通負(fù)載后， 跟4引腳負(fù)極形成電器工作的回路。 引腳5是從鑰匙開關(guān)輸出的高電壓， 相當(dāng)于DC轉(zhuǎn)換器的使能端， 打開鑰匙開關(guān)， 引腳5電路接通， 轉(zhuǎn)換器開始工作。 由于輸入端直接連接電池高電壓， 鑰匙啟動(dòng)的瞬間， 容易產(chǎn)生大電流， 對轉(zhuǎn)換器的輸入端產(chǎn)生沖擊， 長此以往， 不穩(wěn)定的電流環(huán)境會(huì)對轉(zhuǎn)換器造成損壞， 大大縮短轉(zhuǎn)換器的使用壽命。

圖1 并聯(lián)分流電阻

在DC-DC轉(zhuǎn)換器的高電壓輸入端并聯(lián)一個(gè)大電阻， 可以在大電流產(chǎn)生時(shí)， 通過這個(gè)并聯(lián)電阻分流， 使瞬時(shí)大電流在并聯(lián)電阻上消耗掉， 避免了尖峰電流對轉(zhuǎn)換器的影響，從而為轉(zhuǎn)換器的正常工作提供了保護(hù)。

2.2 DC-DC負(fù)極隔離

電車的電器線路的負(fù)極一般分為電池負(fù)極、 DC轉(zhuǎn)換器負(fù)極、 控制器負(fù)極。 控制器負(fù)極根據(jù)廠家的不同， 設(shè)計(jì)邏輯也存在差異， 有的是跟電池負(fù)極接在一起， 有的是隔離開的， 是單獨(dú)的負(fù)極。 通常情況的電路設(shè)計(jì)中， 不同電器負(fù)載的負(fù)極最后都匯總到電池負(fù)極。 由于不同回路的電流交叉匯集在一起， 極易在線路中產(chǎn)生電流擾動(dòng)， 再加上繼電器線圈產(chǎn)生的磁場以及外部電磁場的一些信號(hào)干擾， 這些干擾源疊加在一起對控制器等的影響就比較大。 國產(chǎn)控制器受限于研發(fā)和生產(chǎn)制造水平跟國外老牌控制器廠家的差距， 產(chǎn)品抗干擾能力差， 輕則報(bào)故障提示， 影響叉車的正常使用， 重則直接燒壞控制器的MOS管等內(nèi)部元器件，導(dǎo)致控制器損壞。

為了減小線路中這些干擾對控制器的影響， 電器線路重新布局， 設(shè)計(jì)成負(fù)極之間相互隔離的狀態(tài)。 簡單來說，就是直接接入電池正極的用電設(shè)備， 比如DC轉(zhuǎn)換器的高電壓輸入端、 分流電阻等， 負(fù)極回路最后也回到電池負(fù)極。使用DC轉(zhuǎn)換器輸出的低壓電的負(fù)載， 比如前照燈、 電子閃光器、 后尾燈、 散熱風(fēng)扇、 倒車蜂鳴器等， 負(fù)極接回到DC轉(zhuǎn)換器的負(fù)極。 控制器直接供電的負(fù)載， 比如加速踏板、轉(zhuǎn)角傳感器、 駐車制動(dòng)， 以及傾斜、 舉升、 側(cè)移開關(guān)等，負(fù)極接到控制器負(fù)極。 這種設(shè)計(jì)下， 不同的供電環(huán)境接入了對應(yīng)的負(fù)載， 各自形成相應(yīng)的循環(huán)， 彼此之間不存在干擾和影響。 這樣就從源頭上切斷了電流擾動(dòng)的可能， 控制器回路可以形成一個(gè)干凈、 純粹的用電環(huán)境， 極大地減少了其他線路分支對控制器回路的影響。 行車制動(dòng)原理圖中轉(zhuǎn)換器負(fù)極隔離前后對比， 詳見圖2～圖3。

圖2 行車制動(dòng)原理圖 （轉(zhuǎn)換器負(fù)極隔離前）

圖3 行車制動(dòng)原理圖 （轉(zhuǎn)換器負(fù)極隔離后）

2.3 外接續(xù)流二極管

喇叭、 OPS閥、 繼電器等感性負(fù)載在開關(guān)斷開的瞬間，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢， 以 “阻止” 電流的減小和消失， 這也是楞次定律的基本原理。 現(xiàn)在的問題是， 開關(guān)已經(jīng)斷開，線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢已經(jīng)產(chǎn)生， 高電動(dòng)勢沒法在原來的線路形成回路， 這就容易造成斷電后的感應(yīng)電動(dòng)勢變成一個(gè)干擾信號(hào)， 影響到其他分支或者回路。

為了避免這種干擾的產(chǎn)生， 可以在感性負(fù)載的回路外接一個(gè)續(xù)流二極管， 如圖4所示。 這是利用了二極管的單向?qū)ㄐ裕?如圖5所示， 在二極管的兩側(cè)， 位置1到位置2電流是導(dǎo)通的， 位置2到位置1電流是截止的。 開關(guān)閉合， 電源給感性負(fù)載供電， 感性負(fù)載工作， 而2到1是截止的， 此時(shí)并沒有電流從二極管流過， 所以不會(huì)對感性負(fù)載工作產(chǎn)生影響。 開關(guān)斷開， 感性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢， 電流方向跟開關(guān)斷開前電流方向一致， 即 “阻止” 電流減小， 如圖5所示， 是從位置4流向位置3。 因?yàn)殡娫粗芬褦嚅_， 感性負(fù)載產(chǎn)生的電流就會(huì)沿4→3→1→2→4方向形成回路， 從而把感應(yīng)電動(dòng)勢的電流消耗掉。

2.4 增加靜電泄放器

靜電釋放， 即ESD （ELECTRO-STATIC DISCHARGE），是一個(gè)老生常談的問題。 在日常生活中， 梳頭、 脫毛衣、摸門把手等存在摩擦動(dòng)作的行為， 都很容易產(chǎn)生靜電。 因?yàn)檫@些電流很微小， 不會(huì)對人體產(chǎn)生傷害， 所以就沒有規(guī)避的必要。 電動(dòng)叉車作為一款本來就帶電并且傳輸電的載體， 在實(shí)際使用過程中， 受季節(jié)和天氣的影響， 以及各個(gè)電器元件之間、 零部件與車體之間、 結(jié)構(gòu)件之間等在顛簸和碰撞過程中都容易產(chǎn)生靜電， 這些靜電可能不大， 但是如果沒有泄放通道， 靜電一直累積， 就會(huì)形成比較大的電流， 對車上的電器元件產(chǎn)生影響。

為了消除這種不好的影響， 在電器電路設(shè)計(jì)中加入靜電泄放器， 以使車上產(chǎn)生的靜電在泄放電阻上流過并消耗，從而過濾掉靜電， 如圖6所示。 叉車的靜電泄放電阻是串聯(lián)在蓄電池負(fù)極線路的， 因?yàn)樾铍姵毓╇娀芈繁旧砭褪且粋€(gè)高壓輸出的線路， 再加上靜電影響， 多余的電流就得增加一個(gè)過濾消耗的渠道， 否則不僅對自身線路的負(fù)載和電池造成沖擊， 也會(huì)產(chǎn)生電磁場或者脈沖信號(hào)干擾其他電器和支路。 靜電泄放電阻的另一端接搭鐵， 也就是連接車體，由于車體也是極易產(chǎn)生靜電的載體， 這樣， 車體產(chǎn)生的靜電也可以通過這個(gè)電阻消耗掉。

圖6 增加靜電泄放器

3 結(jié)論

在對電動(dòng)車的用戶體驗(yàn)要求越來越高的今天， 電車制造行業(yè)只有快速完成技術(shù)完善和標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定， 不斷提升用戶體驗(yàn)， 獲得更多用戶認(rèn)可， 才能在內(nèi)燃機(jī)統(tǒng)治的市場占有足夠的市場份額。 提升線路的抗干擾能力， 保證電器用電環(huán)境的安全和穩(wěn)定， 是對電器線路設(shè)計(jì)的基本要求。 本文從具體措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施出發(fā)， 以基礎(chǔ)物理知識(shí)和電氣原理為指導(dǎo)， 從不同方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)改進(jìn)， 有效改善了電器線路出現(xiàn)干擾的狀況。