新能源公交客车整车低压系统设计

黄俊杰，王玉红

（一汽客车（大连）有限公司，辽宁 大连 116620）

新能源公交客车整车低压系统设计

黄俊杰，王玉红

（一汽客车（大连）有限公司，辽宁 大连 116620）

以公交客车产品为基础，阐述蓄电池、电源柜及车内外附属电器系统设计及技术要求；从匹配与选型设计着手，介绍客车电源系统的设计。

蓄电池；电源系统；客车

随着电子技术的快速发展，电器设备在汽车上的应用越来越广泛，数量越来越多，因此整车电源系统的重要性就越发显得重要。汽车电源系统是汽车的一个重要组成部分。它的作用是向所有用电设备提供电能,以保证汽车的安全运行和完成运输任务。文章对蓄电池、电源柜及电源系统进行了分析设计。

1 蓄电池选择与设计方案

（1）蓄电池容量选型。蓄电池的容量是指在规定的放电条件下，蓄电池能够输出的电量。当采用恒流放电时，蓄电池的容量等于放电电流与放电时间的乘积，用公式表示为：

式（1）中，C为蓄电池的容量，单位为A·h；If为放电电流，单位为A；Tf为放电时间，单位为h。

在进行蓄电池容量的选型前，要根据发动机的性能参数确定起动机的功率（起动机的功率一般由发动机厂家根据试验进行确定）。由于蓄电池原则上只担负起动机的负荷，所以只要确定起动机的功率后，便可以通过计算确定蓄电池的容量，具体的计算方法如下：

在不采用蓄电池保温装置时，按-18℃计算蓄电池的容量，应满足起动机的功率输出。

起动机的全制动电流可由式（2）表示：

其中，η表示起动机电磁功率转换为输出功率P时的效率，1kW以下时取0.8，1kW以上时取0.9；UH表示蓄电池的额定电压。

起动机制动电压UK的确定：制动电压取值大，意味着起动机内阻较大，铜线截面积可以相对小一些，但蓄电池容量要大一些。制动电压取值小，意味着起动机内阻较小，铜线截面积可以相对大一些，但蓄电池的容量要小一些。为了有利于起动系统总成本的降低或总质量的减轻，制动电压一般取值应小一些，但不宜低于起动机电磁开关的释放电压。12V电系国家标准为4.8V，24V电系为9.6V。建议柴油机按照4.8V或9.6V考虑。而对汽油机来说，要考虑点火电压过低会对点火不利，一般宜采用6V或12V。

起动用铅酸蓄电池实际容量随温度变化的关系为：

其中，t表示温度；Qs表示温度为t时蓄电池的实际容量；Q20表示温度为20℃时蓄电池的实际容量。

蓄电池的内阻与蓄电池的实际容量关系为：

其中，K表示系数，普通型为0.05，薄极板型为0.04。

蓄电池与起动机连线内阻RL对12V电系按0.001Ω，对24V电系按0.002Ω进行计算。

由上述公式可以得出起动机所需匹配的蓄电池容量为：

上述确定蓄电池额定容量的方法只是理论计算方法，得出理论容量后，还需要根据整车实际的匹配情况(主要为发动机、起动机、发电机和蓄电池的匹配)，通过相关试验来确定最终选取的蓄电池额定容量值，这样才能在整车运行时充分发挥蓄电池的功能。由于城市公交车站点之间距离短，停车多，起动多，用电设备又在逐渐增多。同时，又由于城市车辆的猛增，使得道路拥挤，行驶速度降低，滑行较多，这些特点会使蓄电池充电大大减少，经常处于充电不足的状态。

另外，环境温度对蓄电池的起动容量也有很大的影响，蓄电池的内阻随电解液温度下降而显著增大，使蓄电池端电压下降，一般是温度每降低1℃，容量减小1%。若选取的蓄电池容量过小，在寒冷季节里，发动机就会因为蓄电池的电量不足而起动困难，但容量选取过大会增加经济成本。一般情况下，在温带地区运行的车辆，可以选择容量较小的蓄电池，以降低成本。在北方寒冷地区运行的车辆，可以选择容量较大的蓄电池。

（2）蓄电池的布置方式及安装设计。公交客车产品在蓄电池的布置方式上主要有侧仓布置式、后仓布置式及车厢内布置式三种，侧仓布置式是主要的布置方式，绝大部分的公路客车、团体客车和公交客车都采用这种布置方式，如图1所示。后仓布置式主要应用在纯电动客车上，蓄电池布置在后部电机仓的打气泵下方，这也是由纯电动客车的车身结构决定的，如图2所示。车厢内布置式仅采用与极少数的前置公交车上。

蓄电池固定方式主要采用的是滑槽可拖出式，蓄电池托架底部采用的是滑槽设计，内部有滚轮，在拆掉两边的插销后可以通过滑槽使蓄电池拖出，大大方便了后期的维修和保养工作。

图 1 蓄电池侧仓布置式

图2 蓄电池后仓布置式

2 电源柜与保险盒

（1）电源柜及保险盒应满足的功能。①电源柜应包含总电源继电器和启动继电器，可根据整车需要，增加电源总开关继电器，通过仪表台电源总开关，控制整车电路通断。②电源柜及保险盒应包含15电和30电的输出，根据整车用电设备特性，决定电源柜输出多少路30电，多少路15电。③电源柜上必须有机械式手动总电源开关，检修或紧急情况下控制整车电源通断。④电源柜内的保险为汽车用电设备提供短路保护，当某一路用电设备故障或电路连接错误造成短路时，配电柜内的保险应熔断并断开供电设备的电源，并且不能影响其他保险电路的工作。⑤电源柜及保险盒总成必须预留安装接线所需空间及过线所需的过线孔，并满足相关标准的耐温，抗压、抗震等规定。

（2）电源柜的设计。①选择电源柜外形及材料。电源柜外形包括电源柜的外观及尺寸，电源柜的外壳大多选用阻燃ABS工程塑料，也可根据实际需要选择铁制电源柜，电源柜的外观应简洁美观，尺寸应根据功能需要尽可能紧凑。②根据功能设计电源柜电气原理图。绘制电源柜原理图应兼顾CAN总线和配电板用电需求，例如欧科佳模块需供给15电，威帝模块需供给30电；充分考虑通用性和后期扩展功能，及时与电源柜制作厂家沟通。③根据功能选择电源柜电子电气零部件。电源柜底部固定有4mm厚绝缘电器板，电源柜内部电子电气元件都固定在上面；电源柜有一个或多个大电流接触器，多路大电流保险片，可在电源柜内集成各支路保险丝盒或者外接保险丝总成，根据各支路功能选择连接线束线径，最后选择连接外部电路的接插件。④根据电源柜电气原理图布置各零部件。各零部件布置应紧凑，连接线束走向美观，尽量减少线束交叉，大电流接触器应布置在边缘，方便35平方电源线的连接。⑤电源柜的安装及接线。电源柜内装有大电流保险和继电器，通常安装于电瓶附近相对封闭的空间，保证电源柜不被雨水淋洗，同时还要保证电源柜的散热。电源柜外壳应有外部线路连接所需过线孔，过线孔过线后还应考虑防水防尘并且不能磨损线束。一汽客车（大连）有限公司电源柜有7个过线孔，直径为35mm带护线圈，护线圈采用软橡胶加工，可以有效的保护导线不受损伤。

（3）保险丝的选取。保险丝也被称为熔断器，它是一种安装在电路中，保证电路安全运行的电器元件。保险丝的作用：当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏电路中的某些重要器件或贵重器件，也有可能烧毁电路甚至造成火灾。若电路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定高度的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护电路、电器设备安全运行的作用。

假设保险丝的工作环境比较理想，通过其电流为稳态工作电流，这时保险丝的额定电流取决于标称工作电流。通常建议持续工作负载为保险的额定电流的75%，即按照如下公式计算：

式中：If为理想的保险丝额定负载值；In为额定工作电流：RR为环境温度修正系数。

以mini保险丝为例，如额定工作电流为15A，其工作环境温度为105℃，要选择合适的保险丝。首先确定mini保险丝的环境温度修正系数。从（图3保险丝的温度特性曲线）图中可以看出在105℃是其修正系数为88%。将修正系数代人公式得：If＝In/RR×0.75=15/0.88×0.75＝22.7A。根据计算得出的保险丝的额定值，选择接近且大于计算结果的保险丝容量25A。

图3 保险丝的温度特性曲线

3 电源分配设计

客车的供电系统设计是否合理，直接关系到客车电器件的正常工作与否和全车的安全性，因此客车线束设计出发点都是以安全为主。整车电气系统基本上由3个部分组成。

（1）蓄电池直接供电系统（一般称常电）。这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件，主要目的是在为这些件提供电能时尽量少的加以控制，确保这些件即使汽车发动不起来也能短暂正常工作，以方便到站点维修等。如：发动机ECU及发动机传感器的工作电源、应急照明信号电源、部分控制器电源、诊断接口电源等。

（2）点火开关控制的供电系统（一般称为ON档电）。这部分电器件基本上是在发动机工作运转的情况下才使用，取自发电机的电源，避免了为蓄电池充电时争电源的可能性。如：仪表电源、干燥罐电源等。

（3）发动机起动时卸掉负载的电源（一般称为ACC电源）。这部分电器件一般所带的负载较大，且在汽车起动时不必工作。一般有点烟器电源、空调电源、收放机电源、刮水器电源等。

4 结语

随着汽车电控技术的不断发展和智能化，汽车电源系统研究工作已是一项重要的课题。对于汽车电源系统中的蓄电池，也朝着增大电荷量、提高起动性能、提高可靠性和使用寿命、增加比能量的方向发展。汽车电源不仅影响到汽车电子系统的工作，更重要的是决定着整车能量消耗及性能的好坏。

［1］刘文广，梁凤华.谈铅酸蓄电池的容量［J］.农机使用与维修，2008，（3）：119-119.

［2］蔡继续，郑海权.车用发动机起动机蓄电池的匹配分析估算［J］.汽车电器，2007，（2）：5-7.

［3］周志军.铅酸蓄电池容量大小与温度有关［J］.产品可靠性报告，2006，（5）：64-64.

［4］关友康.汽车保险丝的合理选用——对美国《SAE J554b》标准的理解［J］.汽车技术，1984，（5）.

［5］翟云芳，梁滔，王锋，等.阻燃耐热ABS的制备及性能研究［C］.2007年中国工程塑料复合材料技术研讨会，2007.

［6］东子.保险丝——汽车电路的安全员［J］.汽车之友，2008，（14）：120-121.

［7］金新文.汽车电路中保险丝、断路器、熔断器的种类区别和用法［J］.轻型汽车技术，1998，（1）：50-52.

Design of Low Voltage System for New Energy Bus

HUANG Jun-jie，WANG Yu-hong
（FAW Bus（Dalian）Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116620，China）

Based on bus bus products，the design and technical requirements of battery，power supply cabinet and internal and external auxiliary electrical system are expounded.The design of bus power system is introduced from matching and selection design.

battery；power supply system；bus

F426.471

A

2095-980X（2017）02-0056-02

2017-02-09

黄俊杰（1978-），辽宁人，大学本科，工程师，主要研究方向：客车设计与研究。