整車電氣拋負載性能研究

孫 坤

（寧波吉利汽車研究開發有限公司 路特斯項目研究院， 浙江 寧波 315336）

目前，拋負載性能是整車電氣性能研究的一個重要方面，關系著整車電氣性能的安全及使用感受，目前國內整車電氣拋負載的研究也越來越多，正逐漸形成一系列從零部件到整車拋負載［1］的測試方法，并積累了一定的電氣拋負載經驗。但大家的關注點主要在低壓電器部分，對新能源車型高壓部分的關注很少，其實高壓拋負載對整車電氣系統的安全性也很重要，特別對顧客的使用感受有直接影響。本文將從低壓拋負載和高壓拋負載兩個維度對電氣拋負載性能進行闡述。

1 拋負載的定義

1.1 低壓拋負載

只有在最惡劣的情況下進行拋負載才能達到考察拋負載能力的目的，本文低壓拋負載主要研究的是拋全車負載，即平時所說的單拋，當把發電機的潛能全部激發出來的時候拋掉全車負載，這時由于發電機的勵磁作用會產生一個較高的沖擊電壓［2］，造成對全車用電器的高電壓沖擊，如果保護不當就可能導致用電器損壞或產生電器功能異常。根據全車用電器的開啟情況可以分為最大功耗拋負載工況和最小功耗拋負載工況，該測試的目的是評估交流發電機運行時車輛電氣系統如何適應拋負載電壓（電池斷開）。

1.2 高壓拋負載

高壓拋負載主要是針對高壓推進系統，在高壓電池高功率輸出的時候，突然斷開動力輸出造成動力丟失，在這個過程中會出現一個反向的高電壓對高壓系統進行沖擊，進而導致高壓部件損壞或功能異常，影響顧客駕駛感受，該測試的目的是評估測試對象中的電氣系統是否可以承受高壓負載突降脈沖。

2 拋負載的試驗方法

拋負載性能研究為開發性試驗研究，測試的步驟及方法需要在團隊支持下，經過多次驗證找到可行的測試方案，特別是針對高壓的測試，需要注意高壓安全，需要經過高壓安全培訓，否則禁止開展高壓相關試驗。

2.1 低壓拋負載試驗方法

2.1.1 試驗前準備

在試驗前讀取整車軟硬件信息，根據功能檢查表檢查全車電器功能，測試整車靜態電流，在關鍵位置布置傳感器，如發電機電流電壓、EJB電流電壓、重要電氣節點電流電壓等。根據圖1所示連接電路。

圖1 低壓拋負載試驗示意圖

2.1.2 試驗步驟

2.1.2.1 最小拋負載

1） 開始讀取軟件數據及總線數據，開啟錄像記錄儀表及屏幕信息。

2） 關閉所有用電器，關閉swich2。

3） 啟動發動機，關閉swich1。

4） 調節發動轉速至發電機最大輸出功率轉速。

5） 設置電子負載為CV恒壓模式，調節電子負載的消耗電流，同時監控發電機的輸出電流，激發出發電機的100%輸出功率，使IALT=IBATT+IEE+ILoad。

6） 打開swich2，這時發電機和全車用電器組成一個獨立的循環。

7） 關閉發動機，打開swich1。

8） 檢查全車電器功能，測試整車靜態電流，讀取DTC等信息。

9） 導出數據、錄像及軟件信息以便分析。

2.1.2.2 最大拋負載

1） 開始讀取軟件數據及總線數據，開啟錄像記錄儀表及屏幕信息。

2） 關閉swich2，打開所有長時用電器，如雨刮、前照燈、娛樂系統、空調等。

3） 啟動發動機，關閉swich1。

4） 調節發動轉速至發電機最大輸出功率轉速。

5） 設置電子負載為CV恒壓模式，調節電子負載的消耗電流，同時監控發電機的輸出電流，激發出發電機的100%輸出功率，使IALT=IBATT+IEE+ILoad。

6） 打開swich2，這時發電機和全車用電器組成一個獨立的循環。

7） 關閉發動機，打開swich1。

8） 檢查全車電器功能，測試整車靜態電流，讀取DTC等信息。

9） 導出數據、錄像及軟件信息以便分析。

2.2 高壓拋負載試驗方法

目前國際上汽車動力電池系統一般分為400V及800V兩種電壓模式，400V系統是目前的主流，因為技術成熟，被大多數汽車廠商采納，但是800V電池由于其具有的低功耗、快充等技術優勢逐漸被重視，有望成為新的流行趨勢。

2.2.1 試驗前準備

1） 電氣安全培訓。

2） 制作測試工裝，因為高壓系統電壓比較高，在采集高壓電流電壓信號的時候，高壓信號不能直接進入數據采集系統，會對試驗人員及采集設備造成安全損害，所以在試驗前需要制作相應的工裝，將高壓信號轉為低壓信號，再進行采集。工裝可以使用電橋原理，將電壓信號降低到安全范圍再采集，見圖2。

圖2 高壓測試工裝

說明：圖中11和7、8為原車高壓接口，可以通過原車接口把此工裝串入原車高壓線束，2、3接口為正負電壓采集點，通過電橋原理，2、3接口位置的電壓降低到原電壓的10%，位置10為電流采集位置，此處不屏蔽，其余位置做屏蔽。根據高壓線路接頭的不同，可以選用不同的連接口制作工裝，滿足高壓電流電壓測試的需求。

3） 試驗前FMEA分析，對各種失效模式及安全風險項制定相應對策，特別關注人員、車輛及設備安全。

4） 傳感器布置。

2.2.2 試驗步驟

2.2.2.1 靜態高壓拋負載

靜態工況下，高壓系統的輸出主要有兩個方面，整車低壓電氣系統消耗和低壓蓄電池充電。

1） 開始讀取軟件數據及總線數據，開啟錄像記錄儀表及屏幕信息。

2） 啟動車輛。

3） 尋找動力電池最大放電電流工況。

4） 提前將低壓蓄電池放電至BMS標定的充電啟動閥值之下。

5） 打開所有長時間用電器。

6） 在動力電池最大放電電流工況下，斷開動力輸出。

7） 關閉用電器，停止試驗。

8） 恢復車輛連接狀態，為饋電蓄電池充電。

9） 根據車輛功能檢查表檢查全車電器功能狀態，測試整車靜態電流，讀取試驗后DTC等信息。

10） 導出數據、錄像及總線數據以便分析。

2.2.2.2 動態高壓拋負載

動態工況下，高壓拋負載時的動力電池輸出有很多方面，包括低壓電耗、蓄電池充電、動力推進，其中動力推進是主要的功率輸出。高壓拋負載需要在動力電池輸出功率最大的工況下進行操作，這樣才能模擬最嚴酷的測試工況。

動態工況需要在動態轉轂上進行，首先需要找到最大輸出功率工況，按照表1進行最嚴酷工況調查，找到最差工況。

表1 最壞工況調查

在高壓電池SOC較低時，DCDC為動力電池充電，在SOC較高時，動力電池輸出為主，由表1可以發現，在車速為80km/h、SOC為50%時，注意此時轉轂有反拖力施加在車輪上，動力電池的輸出電流為115A，為拋負載最差工況，其余工況動力電池的輸出均小于115A，確定了最差工況后開始進行高壓拋負載測試。

高壓拋負載需斷開高壓線路，可通過控制高壓電池控制器繼電器的方式進行，首先將動力電池SOC控制在50%以上，把低壓長時用電器負載打開，使車速達到80km/h，踩制動的同時斷開高壓電池控制器繼電器，達到拋負載的目的。

圖3 動態高壓拋負載

3 數據分析示例

測試車輛執行了拋負載驗證測試，測試結果合格，在拋負載的瞬間產生了一個短時的浪涌電流，對高壓系統有一定的沖擊，尚未發現與此相關的組件故障，試驗后測試整車功能正常，未出現不可消除的DTC，靜態電流正常。動態高壓拋負載數據分析示例如圖3所示。

4 結論

整車電氣拋負載試驗可以測試當前常規動力車型、混動車型及純電動車型，既可以驗證低壓拋負載，也可以驗證高壓拋負載，是對整車電器拋負載性能比較全面的驗證方法。以整車電氣系統拋負載為研究對象，同時通過制定一整套行之有效的驗證方法來保證有效性，通過數據分析及在開發中的實現路徑，形成可操作的拋負載研究方法。

目前國內外并沒有非常全面的關于汽車電氣系統拋負載方面的研究，包括整車電氣高壓拋負載和低壓拋負載的概念和相應的配套標準及驗證方法，本文拓展和完善整車電器性能開發邊界，對當前國內汽車電氣系統拋負載方面的研究具有很好的指導意義。