純電動客車高壓配電系統設計的研究

劉利達　李豫

【摘 要】為積極響應國家提出的節能減排、綠色出行號召，當前我國出現了大量不同類型的新能源車輛，其中比較具有代表性的便是純電動客車。在依靠電力驅動下，幾乎不會對周圍環境產生任何破壞和污染，并且純電動客車也具有較好的安全可靠性，因而在公共交通中得到了廣泛使用。作為驅動純電動客車的一大重要系統，高壓配電系統及其設計對于純電動客車的正常運行以及性能等意義重大。基于此，本文將著重圍繞純電動客車高壓配電系統進行簡要分析研究。

【關鍵詞】純電動客車；高壓配電系統；系統設計

中圖分類號： U469.72；U463.6 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）11-0076-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.031

【Abstract】Energy saving and emission reduction are advocated in our country， and more and more different types of new energy vehicles appear under green travel， among which pure electric bus is the representative one.Therefore， full use of electric power drive， so almost no damage to the surrounding environment and pollution， and has higher safety and reliability.As an important system of driving pure electric bus， high voltage distribution system and its design are of great significance to pure electric bus.Based on this， this paper will focus on the pure electric bus high-voltage distribution system for a brief analysis.

【Key words】Pure electric bus； High voltage distribution system； System design

0 引言

在純電動客車當中，高壓配電系統相當于其“中樞神經"，負責為純電動客車提供所需能量，并直接影響著純電動客車的安全可靠性、動力性以及經濟性等各項性能。因此研究純電動客車高壓配電系統設計具有十分重要的現實意義，本文將通過從說明純電動客車高壓配電系統具體功能入手，初步探究其高壓配電系統設計，以期為相關研究人員提供相應指導幫助。

1 純電動客車高壓配電系統功能

在純電動客車高壓配電系統當中，其最為關鍵和重要的功能便是高壓配電功能。在將包括高壓繼電器和熔斷器等在內的相關部件進行相互集成下，高壓配電系統將負責科學分配、合理管理高壓用電。經由高壓配電柜充電回路，外部充電設備可以將電力傳輸至電池系統存儲，而動力電池也可以利用高壓配電柜向純電動客車各用電設備，如電動除霜器、電動轉向控制器等合理分配自身存儲的電能。考慮到高壓直流繼電器型號直接影響配電功能的實現，因此需要設計人員結合純電動客車的具體設計要求對其進行靈活選擇，通過對比高壓回路輸入和輸出側電壓值，對整車控制器狀態進行科學判斷，從而有效確保高壓配電工作的安全可靠性[1]。

除此之外，純電動客車高壓配電系統還需要具備過電流保護以及高壓急斷和預充電等功能。一旦高壓器件等出現短路或其他故障問題，需要立即切斷配電回路直流熔斷器，防止影響電氣設備的正常使用。而在我國相關標準要求下，純電動客車駕駛員需要擁有手可觸及裝置，用以至少斷開一個車載主電源電極，從而在遇到突發或是緊急情況下可以切斷保護純電動客車高壓電源輸出側。

2 純電動客車高壓配電系統設計分析

（1）預充設計

通常運用在純電動客車中的變頻器和控制器，普遍有容量較大的濾波電容，雖然位于電容兩端的電壓基本固定，但電流極易出現突變情況。當與電源相互接通時，電容兩端相當于短路，因此如果純電動客車高壓配電系統中未能設計預充電電路，受升溫影響電容極有可能出現燒損等問題，從而直接影響純電動客車的正常行駛。因此有必要進行預充設計，一般在純電動客車的預充電電路當中，需要重點考慮預充電阻、放電時間等關鍵要素。

從本質上來說，純電動客車中的預充電路是一種RC電路零狀態相應，其表達式如下：

在這一公式當中，電容用C表示，因此Uc代表著電容兩端電壓，而U和R則分別代表著穩態電壓與預充電阻，預充時間用t進行表示。純電動客車中的電容就是其所有變頻器以及控制器內部電容總和，在普通的純電動客車當中，其電容總值一般為4740μF，而電容兩端電壓與穩態電壓的比值則為0.9，預充時間大約在1s左右。通過利用這一公式，將各項參數代入其中可知預充電阻值為91.6Ω，因此在設計預充電電路時建議選用100Ω電阻，此時預充時間將在1.1s左右。而RC電路零輸入響應便是電容放電，可以用下列公式進行表達：UC=U×e

通過根據房永強（2015）對純電動客車高壓配電柜的相關研究，可知在純電動客車當中放電時間基本在3到5RC之間，并且電容兩端電壓在逐漸接近零值時，電容放電也將基本結束。此時電動兩端電壓值一般為0.007U到0.05U，純電動客車高壓配電系統為600V，電壓值比36V人體安全電壓要小，放電時間基本在1.43s到2.39s之間，也就是說在經過大約2.4s的放電之后即結束放電[2]。

（2）電氣設計

在進行電氣結構設計的過程當中，需要設計人員重點保障絕緣的安全可靠性，并盡可能將電氣結構設計成緊湊型，從而在合理排布器件下能夠充分利用電氣空間，達到控制設計成本的目的。而為了能夠有效提高純電動客車高壓配電系統中電氣設計的精準性，筆者建議設計人員可以通過使用專業的CATIA三維設計軟件，在直接利用軟件自帶功能下對器件進行精準定位。并且在條件允許的情況下，盡可能選用正規廠家生產的知名品牌高壓部件，從而使其能夠具有較高的安全性和耐久性。

在電氣絕緣設計中，有研究人員通過將環氧樹脂材料制作而成的絕緣板加設在電氣元件和金屬箱體的中間位置處，利用環氧樹脂所具有的良好抗腐蝕性能、耐熱和耐電弧等優勢性能，在嚴格按照國家相關標準要求，在絕緣板上合理布設和牢固固定相應電氣元件，使得高壓元件和金屬殼體之間可以具備良好的絕緣性能。在分離極性上，通過分開設置正接線端和負接線端，由此將純電動客車可能出現短路的可能性降至最低。在確保其擁有較高的通流能力下，使用質量合格的銅排對主正端和主負端進行電氣連接。為防止出現浪費大量純電動客車空間，增加其自身重量的情況，需要在設計過程中盡可能減小高壓配電箱的體積。為此，設計人員在布設高壓配電箱內的各電器件過程中，需要在保障其方便拆裝下盡量進行緊湊設計。而鑒于高壓配電箱內通常空間比較小，但電流相對較大，導致純電動客車高壓配電箱當中經常容易出現大量熱量，如果無法及時將其排除，則極有可能因升溫過高、過快而影響各電器元件的使用安全，甚至直接影響著純電動客車的正常行駛。因此本文建議，在對純電動客車高壓配電系統進行設計的過程中，可以將功率和體積相對較小的散熱器、散熱風扇等設置在高壓配電箱當中，以此有效消除這一安全隱患。

（3）工作流程

根據李峰、秦寶可等人（2014）的研究，可知在純電動客車當中，高壓配電系統在運行過程中通常需要經過上電、系統運行以及下電這三個關鍵過程，從而有效發揮高壓配電系統的效用。在上電過程中，純電動客車在順利完成上電指令接收后，首先整車控制器將預先診斷高壓系統的上電，判斷其電池是否擁有充足的剩余電量和正常的電池電壓等，在確保各項設置條件與相關標準要求相吻合后再執行電附件部件的高壓通電[3]。當經過預判電附件回路能夠正常閉合，所有部件均處于正常運行狀態時，將自動接收駕駛員START檔模擬啟動信號，預充電控制主電機控制器，從而有效防止瞬態電流對大功率容性負載的上電沖擊。根據其研究顯示，在規定時間內順利完成預充電后，系統將會自動與高壓電路相互接通，此時在儀表處會出現相應圖標顯示提醒駕駛員正常掛擋行駛。

在系統運行過程中，位于高壓配電柜當中的主回路在處于接通狀態時，純電動客車將進入待機或是正常行駛狀態，并且系統將會同時進入實時故障診斷狀態，通過循環檢測各項關鍵參數譬如電壓、電流等，并結合故障的具體嚴重度發出相應的警報信息，以此有效保障高壓配電系統的正常運行，防止對純電動客車以及人員造成不必要的損害。本文所設計的純電動客車高壓配電系統在接收到下電指令之后，車輛在停車狀態下，包括主電機控制器等在內的各項控制器將逐一進行斷電停機。而如果系統在運行時出現異常情況，則通過利用整車控制器可以對故障部件以及具體故障原因等進行精準定位和明確，并根據實際情況提示相應的處理措施。

3 結束語

本文在以純電動客車作為主要研究對象，對其高壓配電系統進行設計的過程當中，通過采用模塊化的設計理念，對高壓配電系統的結構設計以及各項電氣元件的裝配設計進行有效簡化，不僅有助于提高系統運行效率，同時也大大增加了純電動客車的安全可靠性。而在實際進行設計和電器元件裝配過程中，工作人員還需要嚴格按照國家相關標準要求進行規范操作，進而有效防止出現設計與實際不符的情況，影響高壓配電系統的正常運行。

【參考文獻】

[1]石添華.某款純電動客車系統匹配和方案設計[J].客車技術與研究，2015，37（02）：15-18.

[2]房永強.純電動客車高壓配電柜的設計與應用[J].機電技術，2015（02）：126-129.

[3]李峰，秦寶可，王鵬.少林純電動客車電氣系統與工作原理[J].汽車電器，2014（12）：43-47.