純電動越野車整車線束設計

趙 歆，唐 嵐，李文龍

（西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039）

1 概述

在今天，環境污染及能源緊缺問題愈發嚴重，新能源汽車的發展勢不可擋，純電動汽車以多方面優勢成為現在發展的潮流［1］。隨著純電動汽車的新技術發展，汽車電氣設備較為完善，汽車的電信號傳輸以及電子設備工作指令接收都是靠汽車線束來完成［2］，故研究汽車線束及設計出可靠、穩定、安全的汽車線束也是當今的發展趨勢。

2 電氣部件布置

2.1 驅動電機

2.1.1 電機功率確定

本設計采用雙電池交替驅動雙電機的驅動方式，電機的最大功率Pmax必須滿足最高車速時的功率要求Pe；必須滿足加速、爬坡時的功率要求Pa、Pc［3］。

根據最高車速計算電機功率時，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機功率應滿足［4］：

根據ua=20km／h、爬坡度66%時，電機功率應滿足：

以0-50km／h速度段內的加速時間為8s，確定峰值功率［5］：

根據公式（1）、（2）、（3）可以確定電機的最大功率：

2.1.2 額定轉速確定

以經濟車速VN確定電機額定轉速［6］，公式如下：

該車的經濟車速為60km／h，以此計算電機的額定轉矩。

2.1.3 額定轉矩確定

電機額定轉矩TN必須滿足汽車起動轉矩和最大爬坡度的要求，即

當車輛處于最大坡度路面時，以坡道最大速度Vc勻速行駛，此時慣性阻力為零，車輛所需要的轉矩最大［6］。

根據以上計算可得額定功率30kW，峰值功率為60kW，額定扭矩130Nm，額定轉速2200r／min，綜合考慮選用兩個大地和公司GLMP10L0永磁同步電機。控制器采用配套大地和GLCP4026L10電機控制器。

2.2 電池

本車改用兩個一樣的動力電池，A組放置于原汽車發動機艙，B組電池放置于原車后備廂。兩組電池一前一后且可實現交替使用。純電動汽車行駛過程中的動力均來自電池，電池的容量越大，汽車的續航里程就越長，但相應的電池組體積和質量就越大。電池組的總電壓要達到電機控制器的電壓等級，因此電池組總電壓暫取48V。因為本設計采用雙電池交替驅動雙電機的驅動方式，綜合考慮電池容量和大小以及結合電池供應商的情況，最終電池采用Tafel_NCM135Ah三元鋰離子動力電池。電池管理系統采用科列公司生產的BMS產品。

2.3 部件布置

本設計采用雙電池交替驅動雙電機的驅動方式，所以考慮兩套電機并列放置，高壓盒及充電機靠近電機控制器放置，以便于對高壓線纜進行布置。將高壓電器控制系統盒、電機控制器及電機、充電機及DC／DC這部分占用空間多，質量大的電器部件放置于汽車底盤上。線束高壓設計部分需考慮整車走線干涉及方便安裝等因素。圖1所示為電機、充電機、高壓盒等的布置，都布置在汽車底盤下面，須重點考慮防水及考慮線纜的保護。

圖1 主要部件布置圖

3 線束設計

3.1 線束尺寸計算

根據原有數據：電機額定功率30kW，峰值功率60kW，電池額定電壓345V；運用公式：

可得電機控制器高壓導線額定電流：I1=87A；最大電流：I1max=174A。

雙電機同時工作時，電池承受額定電流：I=2I1=174A。

最大電流：Imax=2I1max=348A。

關于導線橫截面積計算：

式中：Us——系統電壓；P——功率；I——電流；A——導線橫截面積；Ud——所允許的電壓降最大損失；ρ——銅電阻率；L——導線長度。

故選擇70mm2及35mm2導線分別用于高壓電池線路及電機控制器線路。

3.2 熔斷器的匹配計算

熔斷器具有限流特性好、相對尺寸小、簡單的構造、簡易的操作、維護方便等優勢，所以被廣泛應用于汽車電子領域，作為防止短路的保護裝置［7］。其利用某些金屬在短路或過載時熔斷的特性，將其串聯在電路中，因其自身發熱熔斷來保護電路。為了讓熔斷器快速斷開，線束的短路電流應大于熔斷器在其工作溫度下額定電流的200% （慢熔斷器為500%）。所以要求熔斷器匹配的電纜的電阻小于等于熔斷器容許的電阻［8］。熔斷器的額定電流與線束的額定電流有一定關系。線束負載確定時按照以下經驗公式［9］：

式中：P——整車負載功率；V——額定電壓。

熔斷器的最佳電流計算公式如下：

式中：I——負載電流；α——負載特性系數，建議選擇0.7~0.75（高電流型選擇0.5）；δ——溫度系數；β——負載峰值電流系數，如果峰值電流時間小于0.3s，選擇系數為1；如果峰值電流時間大于等于0.3s，選擇系數為0.7［10］。

故熔斷器選擇美國Bussmann公司生產的FWH-400A-500V熔斷器。

4 高低壓控制電路仿真分析

4.1 電路仿真分析

高低壓控制電路調試過程采用Proteus軟件先進行邏輯電路分析，確定無誤后制作整車線束。仿真過程是控制鑰匙的擋位開關，利用LED燈及電機對控制電路是否正常工作進行顯示，LED的亮滅及電機轉動情況反映電路的導通及斷開情況。最終仿真結果符合設計邏輯要求。低壓驅動仿真見圖2，高壓驅動仿真見圖3。

4.2 整車布線圖

線束圖是根據電氣設備在汽車上的實際安裝部位繪制的全車電路圖，因此線束的設計必須具備優質的數據傳遞能力，還要考慮加工、安裝和維修的方便性，應符合國家標準和企業標準。根據仿真結果用Altium designer繪制出整車布線圖，見圖4。

5 結束語

本文著手于在越野汽車的基礎上改裝為純電動四驅越野車中線束設計問題，線束設計從安全性、可靠性兩個方面入手，確定電機及電源的相關參數并進行合理布置。依據整車設計要求及功能需求，確定相關電子器件相關參數。在進行高低壓電路仿真分析，確定無誤后，繪制布線圖。通過實車驗證其整個線束布局更為合理，性能可靠，降低了其電氣系統的故障率，提升了電動越野汽車線束系統的可靠性。