趙 歆，唐 嵐，李文龍

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都 610039）

1 概述

在今天，環(huán)境污染及能源緊缺問題愈發(fā)嚴(yán)重，新能源汽車的發(fā)展勢(shì)不可擋，純電動(dòng)汽車以多方面優(yōu)勢(shì)成為現(xiàn)在發(fā)展的潮流［1］。隨著純電動(dòng)汽車的新技術(shù)發(fā)展，汽車電氣設(shè)備較為完善，汽車的電信號(hào)傳輸以及電子設(shè)備工作指令接收都是靠汽車線束來完成［2］，故研究汽車線束及設(shè)計(jì)出可靠、穩(wěn)定、安全的汽車線束也是當(dāng)今的發(fā)展趨勢(shì)。

2 電氣部件布置

2.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

2.1.1 電機(jī)功率確定

本設(shè)計(jì)采用雙電池交替驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)的最大功率Pmax必須滿足最高車速時(shí)的功率要求Pe；必須滿足加速、爬坡時(shí)的功率要求Pa、Pc［3］。

根據(jù)最高車速計(jì)算電機(jī)功率時(shí)，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機(jī)功率應(yīng)滿足［4］：

根據(jù)ua=20km／h、爬坡度66%時(shí)，電機(jī)功率應(yīng)滿足：

以0-50km／h速度段內(nèi)的加速時(shí)間為8s，確定峰值功率［5］：

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）可以確定電機(jī)的最大功率：

2.1.2 額定轉(zhuǎn)速確定

以經(jīng)濟(jì)車速VN確定電機(jī)額定轉(zhuǎn)速［6］，公式如下：

該車的經(jīng)濟(jì)車速為60km／h，以此計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。

2.1.3 額定轉(zhuǎn)矩確定

電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TN必須滿足汽車起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度的要求，即

當(dāng)車輛處于最大坡度路面時(shí)，以坡道最大速度Vc勻速行駛，此時(shí)慣性阻力為零，車輛所需要的轉(zhuǎn)矩最大［6］。

根據(jù)以上計(jì)算可得額定功率30kW，峰值功率為60kW，額定扭矩130Nm，額定轉(zhuǎn)速2200r／min，綜合考慮選用兩個(gè)大地和公司GLMP10L0永磁同步電機(jī)?？刂破鞑捎门涮状蟮睾虶LCP4026L10電機(jī)控制器。

2.2 電池

本車改用兩個(gè)一樣的動(dòng)力電池，A組放置于原汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙，B組電池放置于原車后備廂。兩組電池一前一后且可實(shí)現(xiàn)交替使用。純電動(dòng)汽車行駛過程中的動(dòng)力均來自電池，電池的容量越大，汽車的續(xù)航里程就越長(zhǎng)，但相應(yīng)的電池組體積和質(zhì)量就越大。電池組的總電壓要達(dá)到電機(jī)控制器的電壓等級(jí)，因此電池組總電壓暫取48V。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用雙電池交替驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，綜合考慮電池容量和大小以及結(jié)合電池供應(yīng)商的情況，最終電池采用Tafel_NCM135Ah三元鋰離子動(dòng)力電池。電池管理系統(tǒng)采用科列公司生產(chǎn)的BMS產(chǎn)品。

2.3 部件布置

本設(shè)計(jì)采用雙電池交替驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式，所以考慮兩套電機(jī)并列放置，高壓盒及充電機(jī)靠近電機(jī)控制器放置，以便于對(duì)高壓線纜進(jìn)行布置。將高壓電器控制系統(tǒng)盒、電機(jī)控制器及電機(jī)、充電機(jī)及DC／DC這部分占用空間多，質(zhì)量大的電器部件放置于汽車底盤上。線束高壓設(shè)計(jì)部分需考慮整車走線干涉及方便安裝等因素。圖1所示為電機(jī)、充電機(jī)、高壓盒等的布置，都布置在汽車底盤下面，須重點(diǎn)考慮防水及考慮線纜的保護(hù)。

圖1 主要部件布置圖

3 線束設(shè)計(jì)

3.1 線束尺寸計(jì)算

根據(jù)原有數(shù)據(jù)：電機(jī)額定功率30kW，峰值功率60kW，電池額定電壓345V；運(yùn)用公式：

可得電機(jī)控制器高壓導(dǎo)線額定電流：I1=87A；最大電流：I1max=174A。

雙電機(jī)同時(shí)工作時(shí)，電池承受額定電流：I=2I1=174A。

最大電流：Imax=2I1max=348A。

關(guān)于導(dǎo)線橫截面積計(jì)算：

式中：Us——系統(tǒng)電壓；P——功率；I——電流；A——導(dǎo)線橫截面積；Ud——所允許的電壓降最大損失；ρ——銅電阻率；L——導(dǎo)線長(zhǎng)度。

故選擇70mm2及35mm2導(dǎo)線分別用于高壓電池線路及電機(jī)控制器線路。

3.2 熔斷器的匹配計(jì)算

熔斷器具有限流特性好、相對(duì)尺寸小、簡(jiǎn)單的構(gòu)造、簡(jiǎn)易的操作、維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)，所以被廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域，作為防止短路的保護(hù)裝置［7］。其利用某些金屬在短路或過載時(shí)熔斷的特性，將其串聯(lián)在電路中，因其自身發(fā)熱熔斷來保護(hù)電路。為了讓熔斷器快速斷開，線束的短路電流應(yīng)大于熔斷器在其工作溫度下額定電流的200% （慢熔斷器為500%）。所以要求熔斷器匹配的電纜的電阻小于等于熔斷器容許的電阻［8］。熔斷器的額定電流與線束的額定電流有一定關(guān)系。線束負(fù)載確定時(shí)按照以下經(jīng)驗(yàn)公式［9］：

式中：P——整車負(fù)載功率；V——額定電壓。

熔斷器的最佳電流計(jì)算公式如下：

式中：I——負(fù)載電流；α——負(fù)載特性系數(shù)，建議選擇0.7~0.75（高電流型選擇0.5）；δ——溫度系數(shù)；β——負(fù)載峰值電流系數(shù)，如果峰值電流時(shí)間小于0.3s，選擇系數(shù)為1；如果峰值電流時(shí)間大于等于0.3s，選擇系數(shù)為0.7［10］。

故熔斷器選擇美國(guó)Bussmann公司生產(chǎn)的FWH-400A-500V熔斷器。

4 高低壓控制電路仿真分析

4.1 電路仿真分析

高低壓控制電路調(diào)試過程采用Proteus軟件先進(jìn)行邏輯電路分析，確定無誤后制作整車線束。仿真過程是控制鑰匙的擋位開關(guān)，利用LED燈及電機(jī)對(duì)控制電路是否正常工作進(jìn)行顯示，LED的亮滅及電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況反映電路的導(dǎo)通及斷開情況。最終仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)邏輯要求。低壓驅(qū)動(dòng)仿真見圖2，高壓驅(qū)動(dòng)仿真見圖3。

4.2 整車布線圖

線束圖是根據(jù)電氣設(shè)備在汽車上的實(shí)際安裝部位繪制的全車電路圖，因此線束的設(shè)計(jì)必須具備優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)傳遞能力，還要考慮加工、安裝和維修的方便性，應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)仿真結(jié)果用Altium designer繪制出整車布線圖，見圖4。

5 結(jié)束語

本文著手于在越野汽車的基礎(chǔ)上改裝為純電動(dòng)四驅(qū)越野車中線束設(shè)計(jì)問題，線束設(shè)計(jì)從安全性、可靠性兩個(gè)方面入手，確定電機(jī)及電源的相關(guān)參數(shù)并進(jìn)行合理布置。依據(jù)整車設(shè)計(jì)要求及功能需求，確定相關(guān)電子器件相關(guān)參數(shù)。在進(jìn)行高低壓電路仿真分析，確定無誤后，繪制布線圖。通過實(shí)車驗(yàn)證其整個(gè)線束布局更為合理，性能可靠，降低了其電氣系統(tǒng)的故障率，提升了電動(dòng)越野汽車線束系統(tǒng)的可靠性。