新能源商用車低壓電性能測試技術研究

【摘" 要】文章對全新架構新能源商用車低壓電氣系統(tǒng)開展電性能測試技術研究，主要用于查找整車環(huán)境下電源系統(tǒng)、線束系統(tǒng)、搭鐵系統(tǒng)及其它系統(tǒng)工作特性與技術指標的偏離，完善新能源產(chǎn)品電氣系統(tǒng)設計規(guī)范，提升整車電氣系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟性、匹配性、功能性。簡要介紹新能源商用車低壓電性能測試的測試目的、測試內容，并提出相關評價準則。

【關鍵詞】新能源；商用車；電性能；測試

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）03-0005-03

Research on Low-voltage Electrical Performance Test Technology for New Energy Commercial Vehicles

FAN Shuhua，XU Feng

（Xuzhou XCMG Automobile Manufacturing Co.，Ltd.，Xuzhou 221100，China）

【Abstract】This article is about research on electrical performance testing technology for low-voltage electrical systems of new energy commercial vehicles with a new architecture，which is mainly used to find the deviations from the working characteristics and technical indicators of power supply systems，wiring harness systems，grounding systems and other systems in the vehicle environment，improve the design specifications of electrical systems of new energy products，and improve the safety，economy，compatibility and functionality of the vehicle electrical systems. In this paper，the test purpose and content of the low-voltage electrical performance test of the new energy commercial vehicle are briefly introduced，and the relevant evaluation criteria are proposed.

【Key words】new energy；commercial vehicles；electrical performance；test

作者簡介

范書華（1988—），男，工程師，碩士，研究方向為汽車電器。

1" 引言

不論是傳統(tǒng)車型還是新能源車型，新車型的成本與電氣系統(tǒng)的復雜程度成正比，電氣系統(tǒng)設計的潛在問題也與其成正比。這些潛在問題如果僅依靠工程師經(jīng)驗來分析判斷，會導致很多問題無法定位和解決，產(chǎn)品品質提升緩慢。

整車電性能測試采用智能化測試手段、精細化結果分析和差異化對比，對測試問題精準定位并進行分析整改，實現(xiàn)對整車電氣系統(tǒng)的開發(fā)驗證，完成新車型電氣系統(tǒng)設計驗收與評價。

2" 低壓電源系統(tǒng)測試

2.1" 整車靜態(tài)電流測試

靜態(tài)電流為各控制器休眠后整車維持最低功耗狀態(tài)時的電流，通過整車靜態(tài)電流測試，能夠判斷整車電源系統(tǒng)是否達到設計要求，控制器休眠策略是否遵循對應功能規(guī)范，車輛是否存在不必要的漏電流現(xiàn)象，同時評估車輛在靜止若干天后，蓄電池的剩余電量能否正常啟動車輛。考慮車輛長時間存放或運輸?shù)目赡埽话阋笮铍姵啬軌驖M足車輛連續(xù)停放6～8周[1]。整車靜態(tài)電流測試原理圖如圖1所示。

測試過程中整車及控制器靜態(tài)電流不應超過設計限值，整車及控制器休眠時間不應超過設計值，期間未出現(xiàn)不必要的漏電流現(xiàn)象，車輛不應出現(xiàn)異常喚醒情況。

雖然目前很多主機廠在整車上增加了智能補電措施，一般不會出現(xiàn)蓄電池虧電情況，但智能補電過程中上高壓，增加了整車靜態(tài)過程安全風險，同時頻繁充放電對低壓蓄電池壽命有一定影響，未從根本解決靜態(tài)功耗問題，需通過完善的系統(tǒng)部件優(yōu)化進行解決。

2.2" 整車電源分配測試

整車電源分配測試是針對電氣系統(tǒng)中各個電路保護器件及其所在電氣回路的測試，獲得各回路負載電器在啟動瞬間、穩(wěn)態(tài)、過負載3種狀態(tài)下該回路電壓、電流的數(shù)據(jù)與波形，評估線束理論設計和車輛狀態(tài)下熔斷器與電氣負載之間匹配的合理性。整車電源分配測試原理圖如圖2所示。

測試過程中，瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)測試時熔斷絲不應熔斷，電機過載（堵轉）時，導線不應損壞，熔斷絲允許熔斷，流經(jīng)熔斷絲的平均工作電流不超過保護裝置電流限值的70%（快熔）或50%（1級慢熔）或65%（2級慢熔）。

2.3" 拋負載測試

車輛運行中由于低壓蓄電池極柱脫落或其它原因引起DC/DC輸出電流需求驟降，進而造成車輛電源電壓波動，此時整車電源網(wǎng)絡可能出現(xiàn)較大的電壓，對其它車載用電器造成沖擊，導致用電器無法正常工作，甚至造成用電器燒損，嚴重影響行車安全。

拋負載測試是針對車輛運行中出現(xiàn)拋負載情況的各種工況進行的測試。該測試將記錄拋負載瞬時電氣參數(shù)與波形，判定拋負載的沖擊電壓對車輛電源、整車控制器功能以及整車網(wǎng)絡功能的影響，分析車輛整車控制器以及整車網(wǎng)絡總線系統(tǒng)是否滿足設計需求。

拋負載過程中沖擊電壓的幅值及脈沖持續(xù)時間應不超過參數(shù)限值：24V系統(tǒng)，US*為58V，td為100～350ms[2]。車輛各部件功能滿足設計要求，但允許有一個或多個超出規(guī)定允差。測試后所有功能應自動恢復到規(guī)定限值。網(wǎng)絡不應出現(xiàn)錯誤幀或錯誤幀不應對車輛功能造成影響，不應產(chǎn)生未定義的診斷故障代碼。

3" 低壓線束系統(tǒng)測試

3.1" 單負載測試

單負載測試是針對車輛各個電器負載單獨運行時的電壓、電流等詳細電氣特性的驗證測試。測試記錄各電器負載在啟動瞬間、穩(wěn)態(tài)和過負載3種狀態(tài)下的電壓、電流數(shù)據(jù)及波形，根據(jù)測試結果分析負載是否正常工作，確定線束的線徑選型、電路保護器件的容量是否合理，分析負載對系統(tǒng)的影響。

測試過程中瞬態(tài)及穩(wěn)態(tài)試驗時熔斷絲不應熔斷，負載平均工作電流不超過保護裝置電流限值的70%（快熔）或50%（1級慢熔）或65%（2級慢熔），負載穩(wěn)態(tài)及過負載工作電流不應超過其設計值。

3.2" 短路測試

短路測試用于驗證指定電器回路的電路保護系統(tǒng)，包括斷路器、熔斷絲或熔斷器件等所有電路保護元件的性能。根據(jù)測試結果分析電路保護系統(tǒng)、整車線束線徑選型是否滿足設計要求，確定電路保護系統(tǒng)具備足夠的保護能力。

各熔斷器回路中，選取與電源距離最遠且線徑最細的負載和不同類型的負載作為檢測對象；在線束插接器端進行短接，記錄導線溫度、短路電流波形、熔斷器通電熔斷時間。期間電路保護裝置應熔斷，且上級電路保護裝置不應在下級電路保護裝置之前斷開，不應發(fā)生線束系統(tǒng)及電氣部件損害。

3.3" 過電流測試

整車過電流測試利用整車電氣原理圖、線束圖以及電器負載特性等資料，針對各電路保護器件及所在回路進行過電流試驗，記錄被測回路的電壓、電流數(shù)據(jù)與波形，并記錄回路線束表皮溫度、線路的狀態(tài)以及環(huán)境溫度。根據(jù)測試結果，分析確認線束（包括端子和壓線連接）的線徑是否滿足設計要求。過電流測試原理圖如圖3所示。

測試過程中，測試電流設置達到此電路熔斷電流的135%（快熔型）或200%（慢熔型），期間電路保護裝置應斷開，且上級電路保護裝置不應在下級電路保護裝置之前斷開，不應發(fā)生線束系統(tǒng)及電氣部件損害。

4" 低壓搭鐵系統(tǒng)測試

4.1" 搭鐵懸浮電壓及電流分布測試

搭鐵點懸浮電壓的存在，可能造成用電器工作電壓低于其額定電壓，導致各用電器無法正常工作，使得車輛處于非安全行駛狀態(tài)，易發(fā)生安全事故。通過搭鐵懸浮電壓測試，能夠獲得電器系統(tǒng)中各個搭鐵點與蓄電池負極之間的電壓參數(shù)，判斷搭鐵系統(tǒng)是否滿足車輛安全要求。

搭鐵點作為多個電器回路中電流的共同流經(jīng)通道，搭鐵點附近的搭鐵導線中電流值較高。搭鐵線路選取不當，會因線路中電流過大，造成線路燒損，從而引發(fā)車輛自燃的安全隱患。為了避免上述情況發(fā)生，可根據(jù)最嚴厲工況接通、切斷相關負載，采集每個搭鐵點的電流數(shù)據(jù)與波形，掌握整車電氣系統(tǒng)的各個搭鐵端子的電流特性，提前發(fā)現(xiàn)非安全因素。

測試過程中，搭鐵線電流不應超過搭鐵點線束可承受極限電流的100%，搭鐵點電壓連續(xù)偏移量（gt;500ms）應在±1V范圍內，搭鐵點電壓瞬態(tài)偏移量（lt;500ms）應在±2V范圍內[2]。

4.2" 搭鐵失效測試

車輛使用過程中各搭鐵點可能會出現(xiàn)松動、銹蝕等現(xiàn)象，導致整車電氣系統(tǒng)的搭鐵不良甚至斷路，車載用電器無法正常工作，通過搭鐵失效測試，記錄各用電器在搭鐵螺栓松動、斷開狀態(tài)下的工作情況，獲取搭鐵點詳細電氣參數(shù)，提前發(fā)現(xiàn)車輛安全隱患。

測試過程中，搭鐵失效不應影響本搭鐵點以外其它負載的功能[2]，若存在潛在通路，潛在通路所在回路電流值不應超過導線的設計值。

5" 其它系統(tǒng)測試

5.1" 感性負載測試

車輛電氣系統(tǒng)存在著大量的感性負載，如各種繼電器、電機等，感性負載在開路瞬間，會產(chǎn)生一種寬頻率、大能量的瞬變脈沖干擾源。瞬變脈沖的幅值過大可能引起電子控制系統(tǒng)的邏輯錯誤，甚至導致部分敏感器件的損壞。

該測試針對車輛各個感性負載，測試記錄各感性負載在關斷瞬間的電壓波形及相應參數(shù)的變化，評估其對其它回路負載的影響。

感性負載關斷過程中其電壓波動應在表1規(guī)定的范圍內[3]。

5.2" 基于電壓跳變后的功能檢查測試

模擬整車環(huán)境下各種典型的電壓變化（電壓不穩(wěn)定、過高或過低），測試各系統(tǒng)和功能的工作情況[2]，新能源商用車測試項具體如下。

1）直流供電電壓范圍試驗：檢驗車輛各部件在最低和最高供電電壓范圍內的性能。車輛各部件功能狀態(tài)應符合定義的A級[4]。

2）長時間過壓試驗：模擬供電系統(tǒng)失效引起的輸出電壓升高。對于行駛驅動所必需的部件功能狀態(tài)應滿足定義的B級，對于其它所有的部件功能狀態(tài)應滿足定義的C級[4]。

3）供電電壓緩降緩升試驗：模擬蓄電池逐漸放電和充電時的電壓變化。在規(guī)定的工作電壓范圍內車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的A級，不允許出現(xiàn)故障存儲記錄，在規(guī)定的工作電壓范圍外車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的C級[4]。

4）供電電壓緩降快升試驗：模擬電池電壓緩慢下降至0V，然后由于外接電源突然上升的情況。在規(guī)定的工作電壓范圍內車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的A級，不允許出現(xiàn)故障存儲記錄；在規(guī)定的工作電壓范圍外車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的C級[4]。

5）供電電壓瞬時下降試驗：短時的低電壓可能在打開大功率負載的情況下發(fā)生。車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的B級[4]。

6）復位特性試驗：檢驗車輛各部件在不同的電壓驟降下的復位性能。車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的C級[4]。

7）DC/DC疊加矩形波試驗：模擬DC/DC輸出電壓變化。車輛各部件功能狀態(tài)應滿足定義的A級[4]。

6" 結束語

整車電性能目前雖與法規(guī)不強相關，但已成為汽車開發(fā)的關鍵環(huán)節(jié)，《道路車輛 低壓電氣系統(tǒng)性能要求及試驗方法》國家推薦性標準計劃十四五期間發(fā)布，突顯出國家整體政策對于電性能的關注。

參考文獻：

[1] 范書華，許豐，趙有為. 車輛蓄電池虧電測試分析[J]. 汽車電器，2022（5）：74-76.

[2] 豐彥冬，楊國樑，張朋橋，等. 某款車型基于電壓跳變試驗的測試方法[J]. 汽車電器，2023（3）：74-78.

[3] GB/T 21437.2—2021，道路車輛 電氣/電子部件對傳導和耦合引起的電騷擾試驗方法 第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導發(fā)射和抗擾性[S].

[4] GB/T 28046.1，道路車輛 電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗 第1部分：一般規(guī)定[S].

（編輯" 楊凱麟）