纯电动汽车高压电气构架的设计

一５１—
万方数据
ｄｅｓｉｇｎ ａｉｍｅｄ
ｃａｎ
ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ
ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｎｄ
ｍｉ‘ｎｉ’ｍｉ’’ｚｉｎｇ ｃｏｓｔｓ
ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｂｏｔｈ ｄｅｓｉｇｎｓ
ａｓ
ｍｅｅｔ
ａｓ
ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ，
蕊；ｆＩ：燮４１矗嚣茹：：；．襄啦：毒｝毫？：ｊ：王ｊ≯鼍？
关系到行车安全，且功率过大，不宜与其它部件集成百度文库 ２．２某产品车Ａ。Ｂ高压系统方案分析 图２示出某产品车Ａ高压架构方案，图２中将 ＤＣ／ＤＣ与分线盒的功能集成在一起，优点是减少了动 力电池的外接接口的数量，有利于动力电池的防护性； 缺点是Ｏｎ—ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ布置在整车后部，导致慢充线 束冗长和能量传递的损失。图３示出产品车Ｂ高压架 构方案，该方案的优点为将ＤＣ／ＤＣ和Ｏｎ—ｂｏａｒｄ
一５０一
根据表１中高压零部件在整车上的工况分析和高 压架构的设计原则，各高压部件在纯电动汽车的高压 构架按２种方案进行设计，如图４和图５所示，可根据 具体的使用情况对２种方案进行选择。 电动汽车高压架构可按图４进行设计，相较于某 产品车Ａ和Ｂ的高压架构，该方案的优点为：１）在保 证高压回路都设有独立控制的同时最大限度地共用接 触器及保险丝等元器件；２）各回路的保险丝可以布置 在电池系统内或者壳体外部的独立盒子内，便于维修 检查，无需开发分线盒；３）减少了接插件的数量和高压 线束的冗余，大约可降低３０％的线束成本。以某产品车 为例，除快充线束外，其他线束总长度大约１０．５ ｍ，通
Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ］
上述２种方案，是基于纯电动汽车目前的需要，对
（上接第３５页） 实现耦合机构的方案确定、零部件设计及强度校核，能 够加快自动变速耦合器等汽车零部件的设计开发，降 低加工制造的难度与成本，可为其他汽车零部件的设 计提供参考依据。
参考文献
…何洪文．电动汽车原理与构造【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０１２：１－７． 【２】郭春林，甄子健，武力．等．电动汽车发展前景与关键因素分析［Ｊ】．汽 车工程．２０１２．３４（９）：８５２—８５８． １３】雷芳芳．我国新能源汽车的发展【Ｊ】．汽车工程师，２００９（５）：１２—１５．
根据表１的分析结果和高压系统的设计原则，可 以得到６项优化方案：１）Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ，ＰＴＣ，Ｏｎ—ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ，ＤＣ／ＤＣ的工作特性和功率相近，故可灵活集 成，共用接触器、保险丝或与动力电池包连接的接Ｉ：１ 等；２）ＭＣＵ，ＤＣ Ｃｈａｒｇｅｒ的功率等级相近，因此可共用 保险丝；３）Ｏｎ—ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ，ＤＣ／ＤＣ均为开关电源类 产品，可由同一供应商开发，集成为一个总成，并集成 电气分配单元的功能，为Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ／ＰＴＣ供电，则无 需开发集成的分线盒；４）高压零部件在整车上布置时 可放置在相邻位置尽量减少高压线束长度，一般对于 纯电动汽车，大约可降低３０％的线束成本；５）直流充电 接１＝Ｉ的导线线径与其它部件不兼容，不宜集成；６）ＭＣＵ
ａｓ
ｆｏｒ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｎｄ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｓａｆｅｔｙ，
ｗｅｌｌ
ａｓ
ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ
ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ．
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂａｔｔｅｒｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｓｉｇｎｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
纯电动汽车具有高电压和大电流的特点，通常配 备３００ Ｖ以上的高压系统，工作电流可达２００ Ａ甚至
３００
部件都是由高压直流电提供能量，可以根据高压部件 的工况和功率情况进行集成。纯电动汽车的高压部件 组成，如图ｌ所示。高压电气架构的设计关系到高压部 件的集成、在整车上的布置位置及整车的控制策略等。 合理的高压电气架构会集成相关部件，减少高压接触 器、高压连接器数量及高压导线的使用量等，避免不必 要的安全隐患，又可以显著降低整车成本。
ｏｎ
Ｈｉｇｈ
Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｖｅｈｉｃｌｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｉｓ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ，ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ，ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓ
ｗｅｒｅ
ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｉｎ
ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
ｏｎ
ａｎ
ａｃｔｕａｌ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｂａｓｅ
ａｔ
ｏｎ
ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ
ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｔｈｅ
Ｌ Ｎ
Ｃｈａｒｇｅｒ ０
ＰＥ连接线束
ｌ充电口Ｉ
ＵＭ／
｜（Ｓｏｃｋｅｔ】
万方数据
２高压系统电气架构的设计
２．１设计原则 电动汽车中高压电系统的功能是保证整车系统动 力电能的传输，并随时检测整个高压系统的绝缘故障、 断路故障、接地故障及高压故障等。文章参考文献［２—３］ 进行设计。通常，与动力电池相关的高压元器件，如各 回路的接触器及保险丝等，集成在动力电池包内。动力 电池作为电动汽车的能量储存装置，受整车尺寸及布 置位置的影响，可用空间非常有限。为了增加动力电池 的能量，应尽量减少动力电池包内，除电池单体或模组 外其它零件的数量，使电池单体或模组有充分的布置 空间。同时，需要保证动力电池系统维修的便利性，减 少拆卸动力电池包的次数。高压系统电气架构的设计 原则是：１）各高压部件尽量都能有独立的供电控制，确 保不工作的部件不带电；２）各高压部件的保险丝盒与 动力电池系统内部结构隔离，避免保险丝检修或更换 影响电池系统内部防护等级；３）工作特性相近的部件 尽量共用一个接触器，减少接触器的数量；４）功率等级 相近的部件尽量共用保险丝，减少保险丝的数量；５）尽 量减少动力电池系统电气接口的数量。 根据图１分析各高压部件在电动汽车的使用工 况。分析结果，如表１所示。
Ｃｈａｒｇｅｒ
进行集成，节省整车的布置空间，同时很好地回避了产 品车Ａ方案的缺点（缺点为动力电池外接接口较多，不 利于动力电池的防护性能和各回路接触器及保险丝等 相关元器件的共用）。
习 前副
２．３高压系统架构方案设计
－
强鸯，５１惫ｊ％：潞掰矬象鞲Ｚ÷黪 注：“、／”表不该部件工作；“×”表不该部件不工作。
赜黜 赜⑥勤
上
—二＿
臣亟］
酽至碧嚣燃
『国圣垂是快ｒｅ充＇ｃ接ａ触器’。
主负接触器．． ｎ 囊 一几开ｎ
Ⅱ
巨商
的上／下电逻辑等控制点，都与高压系统架构的最终方 案密切相关，需谨慎决策。
３结论
文章根据纯电动汽车用的高压零部件，分析其在 汽车上的使用工况，同时对市场上的某产品车Ａ和Ｂ 的高压系统电气架构分析，进一步设计了２种高压系 统的电气架构方案。这２种方案的高压电气架构，最大 限度的减少各高压回路中的接触器、保险丝、外接接口 及高压线束等的使用量，节省布置空间和成本。研究结
２０１ ３（１
１）
ＦＯＣＵＳ
摘要：纯电动汽车高压系统的架构是保证人员和汽车设备安全的关键，涉及配电方案、高压互锁、高压部件的选型及在整车
上的布置位置等。文章从现有的典型纯电动汽车的高压系统电气架构分析入手，进行优缺点的比较，并结合在纯电动车上的
实际应用．提出了２种不同的高压电气架构方案。这２种方案均基于安全及保证各零部件独立工作的原则，尽可能地缩减结 构模块和降低成本。结果表明，２种方案满足电动汽车的要求，具有安全、简单且易实现的优点，同时具有很好的通用性。 关键词：电动汽车；高压系统；电气架构；设计 Ｒｅｓｅａｒｃｈ
【４】饶振纲．行星齿轮崩删己晰阻４版北京：化学丑业出版社．２００３：３８—加．
【５】成大先机械设计手珊Ｍ ４版．北京：化学工业出版社，２００２：１３—１２６，１４１．
［６】詹友刚．Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ野火版５．０机械设计教程【Ｍ】．２版．北京：机 械工业出版社，２０１ｌ：１５７—１５８． 【７】朱新涛，陈乐德．Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ３．０中文版在工程中的应用： 汽车变速器设计［ＭＩ．北京：机械工业出版社，２００８：７９—９５． （收稿日期：２０１３—０７—０４）
的电气架构方案。
ｌ纯电动汽车高压电气系统的配置
根据纯电动汽车的实际结构和电路特性，设计安 全合理的保护措施，是确保驾乘人员和汽车设备安全 运行的关键。为了保证高压电安全，必须针对高压电防 护进行特别的系统规划与设计【１１。纯电动汽车有很多零
网匿 圈圈ＤＣ／ＤＣ圈Ｃｈａｒｇｅｒ圈ＤＣ
ｌ（¨（：）Ｉ
｜（ ）Ｉ【 》【
万方数据
过方案的优化可减少约３ ｍ线束的冗余。方案２与方 案１的区别主要是方案２为ＤＣ／ＤＣ和Ｏｎ—ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ非集成的方案，灵活性更好，在实际的应用中， 可根据汽车的实际情况进行选择。
比其它电动汽车方案，得到的最简单且可靠的高压系 统架构。需要注意的是，２种方案为简易示意，在实际开 发过程中，需综合考虑工程实际，如高压零部件的选 型、整车的控制策略及在整车上的布置位置等因素，来 决定高压系统电气架构。其中，各零部件的出线方式、 部件间连线方式以及动力电池充电过程中的加热／制冷
ｎ丽１
匝 匝围习
２．４高压系统架构方案设计控制点
回
果表明，该方案满足了电动汽车高压系统的使用要求， 简单可靠且易实现，缩减了不必要的结构模块和在汽 车上的使用空间，降低了成本，具有很好的通用性。
参考文献
【１】朱建新，郑荣良，卓斌，等．电动汽车高压电安全诊断与控制策略的研 究【Ｊ】．汽车工程，２００７（４）：３０８—３１２． 【２】中国汽车技术研究中心．ＧＢ厂Ｉ＇１８３８４．１—２００ｌ电动汽车安全要求 （第１部分）：车载储能装置【ｓ】．北京：中国标准出版社，２００１：４９—５７． ［３１中国汽车技术研究中心．ＧＢ／Ｔ １９７５１－－２００５混合动力电动汽车安全’ 要求【Ｓ】．北京：中国标准出版社．２００５：１－５． （收稿日期：２０１３－０９—０２）
高压正（Ｈ、７＋） 商爪负（Ｈ、一）
Ａ，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全
性。因此，在设计和规划高压动力系统时，不仅应充分 满足整车动力驱动要求，还必须确保汽车运行安全、驾 乘人员安全和汽车运行环境安全。因此，纯电动汽车的 高压安全已经成为各厂家关注的热点。文章基于在纯 电动汽车上的应用案例，提出了２种不同的高压系统
ａｓ
ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ
ｗｅｒｅ
ｓａｆｅｔｙ，ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｅａｓｙ—ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｗｅｌｌ
ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｌＩｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；Ｄｅｓｉｇｎ