新能源公交客車整車低壓系統設計

黃俊杰，王玉紅

（一汽客車（大連）有限公司，遼寧 大連 116620）

新能源公交客車整車低壓系統設計

黃俊杰，王玉紅

（一汽客車（大連）有限公司，遼寧 大連 116620）

以公交客車產品為基礎，闡述蓄電池、電源柜及車內外附屬電器系統設計及技術要求；從匹配與選型設計著手，介紹客車電源系統的設計。

蓄電池；電源系統；客車

隨著電子技術的快速發展，電器設備在汽車上的應用越來越廣泛，數量越來越多，因此整車電源系統的重要性就越發顯得重要。汽車電源系統是汽車的一個重要組成部分。它的作用是向所有用電設備提供電能,以保證汽車的安全運行和完成運輸任務。文章對蓄電池、電源柜及電源系統進行了分析設計。

1 蓄電池選擇與設計方案

（1）蓄電池容量選型。蓄電池的容量是指在規定的放電條件下，蓄電池能夠輸出的電量。當采用恒流放電時，蓄電池的容量等于放電電流與放電時間的乘積，用公式表示為：

式（1）中，C為蓄電池的容量，單位為A·h；If為放電電流，單位為A；Tf為放電時間，單位為h。

在進行蓄電池容量的選型前，要根據發動機的性能參數確定起動機的功率（起動機的功率一般由發動機廠家根據試驗進行確定）。由于蓄電池原則上只擔負起動機的負荷，所以只要確定起動機的功率后，便可以通過計算確定蓄電池的容量，具體的計算方法如下：

在不采用蓄電池保溫裝置時，按-18℃計算蓄電池的容量，應滿足起動機的功率輸出。

起動機的全制動電流可由式（2）表示：

其中，η表示起動機電磁功率轉換為輸出功率P時的效率，1kW以下時取0.8，1kW以上時取0.9；UH表示蓄電池的額定電壓。

起動機制動電壓UK的確定：制動電壓取值大，意味著起動機內阻較大，銅線截面積可以相對小一些，但蓄電池容量要大一些。制動電壓取值小，意味著起動機內阻較小，銅線截面積可以相對大一些，但蓄電池的容量要小一些。為了有利于起動系統總成本的降低或總質量的減輕，制動電壓一般取值應小一些，但不宜低于起動機電磁開關的釋放電壓。12V電系國家標準為4.8V，24V電系為9.6V。建議柴油機按照4.8V或9.6V考慮。而對汽油機來說，要考慮點火電壓過低會對點火不利，一般宜采用6V或12V。

起動用鉛酸蓄電池實際容量隨溫度變化的關系為：

其中，t表示溫度；Qs表示溫度為t時蓄電池的實際容量；Q20表示溫度為20℃時蓄電池的實際容量。

蓄電池的內阻與蓄電池的實際容量關系為：

其中，K表示系數，普通型為0.05，薄極板型為0.04。

蓄電池與起動機連線內阻RL對12V電系按0.001Ω，對24V電系按0.002Ω進行計算。

由上述公式可以得出起動機所需匹配的蓄電池容量為：

上述確定蓄電池額定容量的方法只是理論計算方法，得出理論容量后，還需要根據整車實際的匹配情況(主要為發動機、起動機、發電機和蓄電池的匹配)，通過相關試驗來確定最終選取的蓄電池額定容量值，這樣才能在整車運行時充分發揮蓄電池的功能。由于城市公交車站點之間距離短，停車多，起動多，用電設備又在逐漸增多。同時，又由于城市車輛的猛增，使得道路擁擠，行駛速度降低，滑行較多，這些特點會使蓄電池充電大大減少，經常處于充電不足的狀態。

另外，環境溫度對蓄電池的起動容量也有很大的影響，蓄電池的內阻隨電解液溫度下降而顯著增大，使蓄電池端電壓下降，一般是溫度每降低1℃，容量減小1%。若選取的蓄電池容量過小，在寒冷季節里，發動機就會因為蓄電池的電量不足而起動困難，但容量選取過大會增加經濟成本。一般情況下，在溫帶地區運行的車輛，可以選擇容量較小的蓄電池，以降低成本。在北方寒冷地區運行的車輛，可以選擇容量較大的蓄電池。

（2）蓄電池的布置方式及安裝設計。公交客車產品在蓄電池的布置方式上主要有側倉布置式、后倉布置式及車廂內布置式三種，側倉布置式是主要的布置方式，絕大部分的公路客車、團體客車和公交客車都采用這種布置方式，如圖1所示。后倉布置式主要應用在純電動客車上，蓄電池布置在后部電機倉的打氣泵下方，這也是由純電動客車的車身結構決定的，如圖2所示。車廂內布置式僅采用與極少數的前置公交車上。

蓄電池固定方式主要采用的是滑槽可拖出式，蓄電池托架底部采用的是滑槽設計，內部有滾輪，在拆掉兩邊的插銷后可以通過滑槽使蓄電池拖出，大大方便了后期的維修和保養工作。

圖 1 蓄電池側倉布置式

圖2 蓄電池后倉布置式

2 電源柜與保險盒

（1）電源柜及保險盒應滿足的功能。①電源柜應包含總電源繼電器和啟動繼電器，可根據整車需要，增加電源總開關繼電器，通過儀表臺電源總開關，控制整車電路通斷。②電源柜及保險盒應包含15電和30電的輸出，根據整車用電設備特性，決定電源柜輸出多少路30電，多少路15電。③電源柜上必須有機械式手動總電源開關，檢修或緊急情況下控制整車電源通斷。④電源柜內的保險為汽車用電設備提供短路保護，當某一路用電設備故障或電路連接錯誤造成短路時，配電柜內的保險應熔斷并斷開供電設備的電源，并且不能影響其他保險電路的工作。⑤電源柜及保險盒總成必須預留安裝接線所需空間及過線所需的過線孔，并滿足相關標準的耐溫，抗壓、抗震等規定。

（2）電源柜的設計。①選擇電源柜外形及材料。電源柜外形包括電源柜的外觀及尺寸，電源柜的外殼大多選用阻燃ABS工程塑料，也可根據實際需要選擇鐵制電源柜，電源柜的外觀應簡潔美觀，尺寸應根據功能需要盡可能緊湊。②根據功能設計電源柜電氣原理圖。繪制電源柜原理圖應兼顧CAN總線和配電板用電需求，例如歐科佳模塊需供給15電，威帝模塊需供給30電；充分考慮通用性和后期擴展功能，及時與電源柜制作廠家溝通。③根據功能選擇電源柜電子電氣零部件。電源柜底部固定有4mm厚絕緣電器板，電源柜內部電子電氣元件都固定在上面；電源柜有一個或多個大電流接觸器，多路大電流保險片，可在電源柜內集成各支路保險絲盒或者外接保險絲總成，根據各支路功能選擇連接線束線徑，最后選擇連接外部電路的接插件。④根據電源柜電氣原理圖布置各零部件。各零部件布置應緊湊，連接線束走向美觀，盡量減少線束交叉，大電流接觸器應布置在邊緣，方便35平方電源線的連接。⑤電源柜的安裝及接線。電源柜內裝有大電流保險和繼電器，通常安裝于電瓶附近相對封閉的空間，保證電源柜不被雨水淋洗，同時還要保證電源柜的散熱。電源柜外殼應有外部線路連接所需過線孔，過線孔過線后還應考慮防水防塵并且不能磨損線束。一汽客車（大連）有限公司電源柜有7個過線孔，直徑為35mm帶護線圈，護線圈采用軟橡膠加工，可以有效的保護導線不受損傷。

（3）保險絲的選取。保險絲也被稱為熔斷器，它是一種安裝在電路中，保證電路安全運行的電器元件。保險絲的作用：當電路發生故障或異常時，伴隨著電流不斷升高，并且升高的電流有可能損壞電路中的某些重要器件或貴重器件，也有可能燒毀電路甚至造成火災。若電路中正確地安置了保險絲，那么，保險絲就會在電流異常升高到一定高度的時候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護電路、電器設備安全運行的作用。

假設保險絲的工作環境比較理想，通過其電流為穩態工作電流，這時保險絲的額定電流取決于標稱工作電流。通常建議持續工作負載為保險的額定電流的75%，即按照如下公式計算：

式中：If為理想的保險絲額定負載值；In為額定工作電流：RR為環境溫度修正系數。

以mini保險絲為例，如額定工作電流為15A，其工作環境溫度為105℃，要選擇合適的保險絲。首先確定mini保險絲的環境溫度修正系數。從（圖3保險絲的溫度特性曲線）圖中可以看出在105℃是其修正系數為88%。將修正系數代人公式得：If＝In/RR×0.75=15/0.88×0.75＝22.7A。根據計算得出的保險絲的額定值，選擇接近且大于計算結果的保險絲容量25A。

圖3 保險絲的溫度特性曲線

3 電源分配設計

客車的供電系統設計是否合理，直接關系到客車電器件的正常工作與否和全車的安全性，因此客車線束設計出發點都是以安全為主。整車電氣系統基本上由3個部分組成。

（1）蓄電池直接供電系統（一般稱常電）。這部分的電源所接負載一般都是汽車的安全件或重要件，主要目的是在為這些件提供電能時盡量少的加以控制，確保這些件即使汽車發動不起來也能短暫正常工作，以方便到站點維修等。如：發動機ECU及發動機傳感器的工作電源、應急照明信號電源、部分控制器電源、診斷接口電源等。

（2）點火開關控制的供電系統（一般稱為ON檔電）。這部分電器件基本上是在發動機工作運轉的情況下才使用，取自發電機的電源，避免了為蓄電池充電時爭電源的可能性。如：儀表電源、干燥罐電源等。

（3）發動機起動時卸掉負載的電源（一般稱為ACC電源）。這部分電器件一般所帶的負載較大，且在汽車起動時不必工作。一般有點煙器電源、空調電源、收放機電源、刮水器電源等。

4 結語

隨著汽車電控技術的不斷發展和智能化，汽車電源系統研究工作已是一項重要的課題。對于汽車電源系統中的蓄電池，也朝著增大電荷量、提高起動性能、提高可靠性和使用壽命、增加比能量的方向發展。汽車電源不僅影響到汽車電子系統的工作，更重要的是決定著整車能量消耗及性能的好壞。

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Design of Low Voltage System for New Energy Bus

HUANG Jun-jie，WANG Yu-hong
（FAW Bus（Dalian）Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116620，China）

Based on bus bus products，the design and technical requirements of battery，power supply cabinet and internal and external auxiliary electrical system are expounded.The design of bus power system is introduced from matching and selection design.

battery；power supply system；bus

F426.471

A

2095-980X（2017）02-0056-02

2017-02-09

黃俊杰（1978-），遼寧人，大學本科，工程師，主要研究方向：客車設計與研究。