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「技术」浅析纯电动汽车高压配电系统开发方法

时间:2019-07-21
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编者注:本文讨论了纯电动汽车使用过程中高压系统各种故障的问题。在安全的前提下,根据车辆各种高压部件的规格,分析了高压配电系统中各种核心部件的选择方法。最后,形成了整个高压配电系统方法,为整车高压配电系统的发展提供参考,保证了整车高压系统的安全可靠运行。

引言

目前的电动汽车一般分为五类:纯电动汽车,插电式混合动力汽车,混合动力汽车,燃料电池电动汽车和增程式电动汽车。其中,纯电动车辆是指由动力电池完全供电的电动车辆。一般工作电压高达400V或更高,远高于安全电压;高压系统的工作电流可能达到几十安培甚至几百安培。当高压电路绝缘,短路或泄漏时,会直接损害驾驶员和乘客的个人生命财产。因此,在设计高压配电系统时,关键部件的选择不仅要满足整车的要求,还要保证驾驶员和车辆的安全。因此,纯电动汽车高压电气系统的安全性已成为评估纯电动汽车安全性的重要指标。

1高压配电系统安全要求概述

在纯电动汽车高压配电系统的设计和开发过程中,整个系统的安全性总体要求必须在安全的前提下进行,包括五个方面:

(1)继电保护

在高压主系统上使用三个主系统继电器。当流回动力电池的电流过大时,快速充电电路继电器将自动断开以保护动力电池系统。预充电电路与驱动电路的正继电器并联连接,包括继电器和预充电电阻,以防止在继电器接通时浪涌电流损坏逆变器。

(2)维护开关电路保护装置维护或维修系统时,应先断开维护开关,以防止触电等安全事故。同时,在维护开关装置上还设计了过载保护装置。

(3)保险丝保护动力电池输出电路和每个高压电气分支电路的正极由保险丝保护。当每个电路发生短路或过载时,保险丝自动熔断,动力电池和高压电器之间的电路连接断开。保护整个车辆和各种高压部件。

(4)需要防水防尘高压线束,连接器和元件外壳,以确保IP67以上的防水和防尘要求。防止水或异物与高压导电部件接触,存在漏电的风险。

(5)绝缘设计要求高绝缘电阻,高压线束和连接器。绝缘电阻大于500Ω/V,符合GB/T 18384的要求。

2高压配电系统的设计规范

在高压配电系统的开发过程中,重点是核心部件,如高压线束,连接器,保险丝,继电器以及它们之间的匹配。

2.1高压线束选择

根据总体布局和高压电气设计要求,高压线束布置基于接近原理,即高压电缆材料最小化以执行高压线束布置,纯电动汽车高压电气系统的接线方案如图1所示。

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图1纯电动汽车高压系统布线概念图

2.1.1高压线束选择的基本要求

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图2具有屏蔽功能的电缆的横截面结构示意图

全车高压线束采用屏蔽功能电缆,屏蔽层密度不小于85%,屏蔽层为镀锡铜编织网,电缆绝缘电阻大于500Ω/V,耐压为2500V DC,工作温度范围为-40°C。 ~125℃。为了满足标准要求,电缆的外护套为橙色,正负电缆的外护套标有红色和黑色。图2是屏蔽线束的横截面的示意图。

2.1.2规范选择

铜线的载流量通常约为(5-8)A/mm2,但随着温度的升高,铜线的载流量减小。

表1对应不同铁芯横截面积的载流量(GB/T 5013.2-2008)

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表2不同截面电缆在不同温度下的载流量实际测量值

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2.1.3电缆布置注意事项

纯电动车动力电池布置在车辆后部的下层。从电池前端引出的高压线束穿过车辆地板下方并靠近地面。有必要增加电缆外部的波纹管保护,以防止高压线束在行驶过程中受损。路面上的石头飞溅等。

由于空间要求,线束不能用波纹管保护。考虑在高压线束外部添加塑料线槽以保护线束。该计划具有以下优势:

(1)塑料线槽本身具有耐磨,耐腐蚀的特点,可以避免橡胶护套引起的老化问题,保护高压线束;

(2)塑料线槽可引导高压线束按特定方向排列,使线束方向更加合理美观;

(3)塑料线槽可与线束集成,便于集团供应产品,减少车间生产现场的装配过程,提高装载效率。

2.2连接器选择

连接器选择原则如下:

一个。根据线径和通过电流的电流选择连接器;

湾放置在动力舱内的连接器和其他可能的入口位置应为密封连接器,防护等级不低于IP67;

C。对于水平布置的连接器,为避免连接器由于基座延伸太长而承受较大的弯曲力,弯曲连接器是首选;

d。如果在同一线束中使用相同的连接器,则颜色或键位置必须不同,即防止颜色错误或防止键位错误;

即汽车的高压连接器是首选。如果汽车没有高压连接器,可以选择合适的航空连接器;

F。为了确保整个车辆的安全性,高压连接器必须具有高压互锁结构。

2.3保险丝选择

在实际的熔丝选择中,稳态工作电流通常用于确定熔断器的额定电流,脉冲电流(相对于I2t)用于确定熔断器的寿命。

电阻和电感负载试图避免使用相同类型的保险丝。其中,电阻型负载通常使用快速熔断器,而电感型负载通常使用慢熔型熔断器。在确定保险丝尺寸时,应根据电气设备的最大连续工作电流确定保险丝容量,可根据经验公式计算:

保险丝额定容量=电路的最大工作电流÷80%(或70%)

表3保险丝分类表

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车辆共享三种当前型号:稳态工作电流,脉冲电流和浪涌电流。在实际应用中,大多数电流是脉冲电流和稳态电流的叠加。

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图3三个当前模型图

保险丝的额定电流取决于额定工作电流。通常建议连续工作负载为保险丝额定电流的75%。稳态电流计算如下:

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如果:理想保险丝额定值; In:额定工作电流; RR:环境温度修正系数;

例如,高压电器的额定工作电流为15A,环境温度为105℃,环境温度的校正系数为88%。理想的保险丝额定值为22.7A,是最接近且大于计算结果的保险丝。 25A保险丝。

脉冲电流不包含稳态工作电流。保险丝必须承受足够数量的脉冲和稳态电流一段时间。电流I2t与熔丝I2t的比率是相对I2t,即

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其中,脉冲电流的I2t计算方法如下:

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图4 I2t计算脉冲电流

熔丝I2t是熔化过程中熔丝电流转换的热能。熔丝熔丝I2t计算如下:

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图5保险丝熔断的I2t计算

每个熔丝具有其自己的脉冲周期曲线,通常相对于I2t <1而选择。 30%,判断保险丝的使用寿命是否符合设计要求。

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图6相对I2t对保险丝寿命的影响

图7是具有脉冲电流的高压电器的电流图。脉冲电流计算为I2t=0.1s * 10A * 10A=10A2s。

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图7脉冲电流示意图

以品牌的保险丝熔断特性为例,保险丝被I2t=26A2s吹。

图8品牌保险丝性能参数表

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相对于I2t=10A2S/26A2S=38%

计算

观察这种类型保险丝的脉冲周期曲线,可以看出,当受到下图所示的电流时,寿命约为10000次,如下图所示。

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图9熔断脉冲周期曲线

2.4继电器选择

继电器分为电流型和电压型两种。常用的是电压型继电器。通常基于设备的功率和开关的承载能力来确定是否选择继电器。根据驱动线圈的继电器额定电压可分为三种类型:6V,12V和24V。常用的继电器额定电压为12V。

继电器的选择原则如下:

a)对于电阻性负载,由于没有大的浪涌电流,接触损坏相对较小,并且根据额定控制容量选择继电器。

b)对于电容器或感性负载,由于较大的浪涌电流值和达到冲击峰值的短时间,在打开和关闭期间产生的电弧可能对触点造成更大的损坏,这可能导致触点粘连。在实际使用中,应根据负载电流值特性的分析选择具有一定余量的继电器,即应选择接触器的最大允许电流大于负载电流一级的继电器。

c)对于信号继电器,它应该能够在工作电压降至额定电压的80%时运行,即启动复位动作。

继电器选择技术要求:1,可靠性好; 2性能稳定; 3重量轻,体积小,寿命长,对周围元件影响小; 4结构简单,加工性好,成本低。

2.5保险丝和高压电缆,继电器匹配方法

2.5.1保险丝和高压电缆直径的匹配方法

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图10不同规格的熔断器和电线的电流熔断器时间特性曲线

保险丝与高压电缆直径的匹配原理是在电流 - 时间特性曲线中,保险丝曲线低于高压电缆曲线12(a),保险丝曲线和高压电缆曲线不适合交叉图12(b)。也就是说,当相同值的电流流过时,熔丝在导线之前断开,从而达到保护电路的目的。

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(a)(b)

图11保险丝和线径匹配示意图

图11显示了熔断器和不同电缆直径之间的匹配关系。图11(a)显示了额定电流为40A的保险丝和线径为2mm2的电缆的电流 - 时间曲线。图12(b)显示了50A的额定电流。保险丝和电缆直径为2 mm2的电流时间曲线。从图中可以看出,当100A的电流流过电路时,40A的保险丝在3s之前将2mm2电缆熔断到保护电路,50A的保险丝可能同时与2mm2电缆熔断,失效到达保护电路。的目标。

2.5.2熔断器和继电器匹配方法

继电器最大控制容量中触点的最大允许电压应大于保险丝的额定电压;继电器最大控制容量中触点的最大允许电流应大于保险丝的最小熔断电流。

2.5.3继电器与高压电缆的匹配方法

在相同温度条件下,高压电缆允许的最大电流应大于继电器触点的最大允许电流,即图12中的环境温度线最大电流曲线,最大允许继电器触点对于每种规格电线是允许的。电流点应低于导体的电流曲线。

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图12环境温度线最大电流曲线

3纯电动汽车高压配电系统配套应用

以主发动机工厂的纯电动汽车为例。每个高压元件的规格如表4所示。

表4纯电动汽车高压部件规格表

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根据上述核心元件选择原则,确认每个电路的保险丝,继电器和电缆直径的规格,如表5所示。

表5高压配电系统核心部件选择表

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最终高压配电系统的原理图如图13所示。

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图13纯电动汽车高压配电系统示意图

4摘要

本文介绍了开发新能源汽车高压配电系统的设计原则和方法。它主要选择配电系统的核心部件,如高压电缆,连接器,保险丝和继电器,以确保配电系统正常工作。在此过程中安全可靠。以纯电动汽车为例,对高压配电系统的核心部件进行匹配和选择。必要时,可根据汽车电气结构的变化调整解决方案,实现功能和性能的优化和改进。

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