基于純電車型的電平衡試驗方法淺析

孫 坤，劉鐵山，沈曉青

（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，整車電平衡研究在汽車行業里已經非常成熟，基本在每個企業里都有電平衡性能管理團隊，電平衡的標準也比較系統，國內電平衡的研究主要分為兩個工況：冬季工況和夏季工況［1］。因為這是由國內的氣候條件決定的，冬季及夏季是主要的氣候條件，也是汽車運行的主要氣候條件，這對于主要面對國內市場的車型沒有問題，但是對于面向全球的汽車企業來說還不夠，還需要考慮其他典型工況，比如：中東干熱工況、熱帶濕熱工況、極地寒帶工況，及用戶在這些典型工況下使用電器的情況。國際上面向全球的車企對電平衡的研究都會考慮其銷售市場的氣候情況和客戶的使用習慣問題，對這些市場的車型進行特殊的設計以適應當地的氣候條件，對于電平衡性能也一樣。

當前對電平衡試驗方法的研究主要集中在常規燃油車方面，因為從汽車出現到現在已經100多年的歷史，基本都是使用燃油驅動，所以一直以來燃油車的電平衡研究一直是汽車電器人研究的重點方向。隨著新能源汽車的興起，對于新能源電平衡的要求也需要與時俱進，本文基于電平衡研究的現狀，對純電車型電平衡試驗方法進行簡單闡述。當然，純電車型電平衡試驗方法的基礎還是常規電平衡，在其基礎上進行引申、擴展并發展成一個能獨立進行評價的方法。

1 電平衡的定義

1.1 什么是電平衡

電平衡是研究發電/變電裝置 （DCDC）、低壓蓄電池、耗電設備之間的匹配程度，用于確認理論計算的電平衡與實際電平衡的吻合程度，還用于改進電氣系統設計，調整電池電量繁余，優化整車電氣性能。

1.2 電平衡試驗方法

電平衡試驗包括實車環境路試和環境艙里轉轂上進行的測試。兩種方法的優缺點如下。

1）實際環境路試能模擬客戶的實際使用情況，是最接近實際用電平衡的情況，但是模擬環境變化較難控制，如溫度、濕度、光照等都影響到用電器的開啟，均對電平衡有影響。

2）模擬環境艙里轉轂上進行試驗，環境條件較好控制，根據設計的試驗程序進行，能科學地模擬用戶的使用習慣，缺點是與實際使用情況有差別。

為了對比和試驗的便利性，我們選擇在環境艙里模擬工況進行試驗方法的研究。

當然，如果條件允許，首先需要進行電平衡虛擬仿真分析，輸入電平衡試驗的條件和參數，虛擬驗證電平衡試驗結果，可以優化設計方案，更好地驗證整車電平衡性能。

2 影響純電車型電平衡的因素

與燃油車不同，純電車型有自己特殊的電氣系統，所以影響電平衡的因素也有區別。

首先，純電車型沒有發動機及發電機，沒有啟動工況，所以電池容量一般選擇得比較小，只要滿足基本的電器屬性要求即可。由于以上原因，純電車型用DCDC代替了發電機的功能，通過DCDC把整車高壓動力電池的電能轉化成低壓，為全車用電器供電的同時為低壓蓄電池充電。純電車型電氣系統示意圖見圖1。

圖1 純電車型電氣系統結構圖

所以影響純電車型電平衡的因素就不再是發動機轉速、發電機功率等，而是DCDC功率、DCDC特性和算法、高壓電池電壓、充電邏輯、低壓蓄電池容量及電壓等。

1）純電車型在高溫和低溫下的特性與常規車型有差別，由于發動機和發電機特性受到溫度的影響較明顯，而動力電池及DCDC受溫度的影響較小。

2）負載對電平衡的影響，燃油車的用電器負載均為低壓蓄電池供電，包括ECM、空調、EPAS等，但是在純電車型中空調為高壓部件，由動力電池供電，沒有發動機電控部分，改為BECM等電池控制器。

3）蓄電池選型對電平衡的影響，常規車蓄電池選型主要考慮啟動發動機、冷啟動、靜態電流要求等需求，所以一般選擇較大容量的鉛酸蓄電池，而純電車型沒有啟動發動機需求，同時由于輕量化的現實需要，一般選擇質量和體積較小的鋰電池，因為沒有大容量需求，所以鋰電池的容量也較小。

4）其他影響電平衡的因素還包括車輛駕駛響應速度，純電車型與常規車型的在變速器、擋位、電機上的差別也會影響電平衡的結果。

3 試驗設備

試驗設備與常規測試區別不大，主要有數據記錄儀、總線測試儀器、電壓電流傳感器和溫度傳感器等。

需要注意的是需要監控動力電池的電壓和電流情況，另外，為了提高測試的準確性，建議電流測量的時候選擇分流器測量，分流器適配電阻建議在1mΩ。

測試對象建議選用同等級別里的高配車型，這樣用電器的總耗電多，能更接近惡劣情況。

4 負載開啟情況

對于純電車型，負載的開啟情況分為兩部分，一是長時負載，包括車輛運行時默認開啟的負載，如車輛上電之后直接運行的負載 （如CEM、儀表、日行燈等）、車輛行駛時的負載 （如主動懸架、EPS、ABS/ESP、A/T等）。二是短時負載，這種情況需要按照實際需要打開，具體情況可以參考表1。

對于在轉轂上無法實現的負載，需要外加電子負載進行模擬，方式由設計人員提供。

5 試驗工況

如果車輛只在國內市場銷售，則只需要考慮常規高溫工況和低溫工況即可，即在測試的時候只需要設置環境溫濕度模擬，見表2。

如果車輛為全球車型，則需要考慮具體的銷售市場環境要求，為滿足各種使用環境，推薦測試環境模擬工況，參考表3。

6 試驗步驟

6.1 常規測試工況

1）試驗開始前需選擇車輛最耗電模式，如sport模式，將車輛置于試驗環境下。

2）開始數據記錄儀、總線測試儀。

3）5min，準備狀態，靜止不動。

4）4分鐘45秒，時速50km。

5）15s緩慢制動，靠邊停車 （將方向盤打至最右/最左）。

6）1min，準備狀態。

7）從路邊駛出15s內加速到50km/h（將方向盤打至最右/最左）。

8）30s，時速50km。

9）15s緩慢制動，然后靠邊停車 （將方向盤打至最右/最左）。

10）轉到第6步，循環重復25次，總運行時間為60min。

11）關閉。

12）60min測試之后，靜置車輛60min，鎖車、設防。總測試時間為2h。

注①：以上靜止模式需要D擋踩制動。

注②：夏季：內部環境系統為自動+22℃。手動控制風扇在前9分鐘45秒以100%的速度運轉，若有座椅通風則在整個測試過程中全開。若有后排空調出風口則測試過程中全開。

冬季：先除霜工作10min，然后設置自動+22℃。風窗加熱和玻璃除霜*）（*）表示僅在寒冷條件下測試時使用）。電動外后視鏡加熱*）。電動座椅加熱*）。音響系統：正常音量。制動燈：駐車時開啟。可能影響電平衡的其他系統。

表1 負載開啟表

表2 國內車型電平衡工況

表3 全球車電平衡模擬工況

車輛上電后，應手動盡快打開影響電負載的系統。

下電后，汽車閉鎖并激活報警系統，并繼續記錄1h。

6.2 最大負載工況

最大負載工況主要模擬用戶在車輛使用過程中，除了車輛本身的電器外，另外添加外置用電器，如：車載電冰箱、車載熱水器、車載充氣泵等 （主要考慮從低壓取電的情況，不包括直接從高壓取電的情況）。這里主要考察車輛增加電器負載的余量，為了滿足用戶大部分的用電需求，建議最大外接負載為50A。試驗后的驗收標準建議從以下兩個方向考慮：一是在試驗過程中，低壓蓄電池是否放電，即蓄電池SOC是否是上升趨勢；二是蓄電池的電壓是否是上升趨勢，如果是上升趨勢則表明蓄電池是充電狀態，說明最大負載測試是可以接受的。

7 試驗結果判定

試驗開始30min后，低壓蓄電池處于充電狀態，且試驗結束后蓄電池容量比試驗開始狀態增加15%（溫暖/熱態）或2%（冷態），則電平衡性能可判定通過。在循環工況的最后30min內，電池狀態也應呈充電趨勢。

在試驗結果判定的時候需要同時考慮非常規電池的SOC特性，以及純電動車低壓蓄電池的工作特性影響，如鋰電池正常充電無法到達SOC100%的情況等。這時就需要適當降低初始低壓蓄電池的SOC值。

8 數據分析示例

圖2為-20℃下的電平衡波形，由波形可以看出，在測試的第30~60min內，SOC是上升的趨勢，電平衡測試合格。

9 結論

純電車型的電平衡測試可以考察理論計算的電平衡與實際電平衡的吻合程度，也可以考察各個工況下車輛的電平衡符合情況，對后繼車型電平衡性能的開發有一定的指導意義。

圖2 -20℃下的電平衡波形