純電動越野車整車線束設(shè)計

來源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2022-10-10 10:53

摘要：純電動汽車的線束設(shè)計影響著純電動汽車的安全性、可靠性。本文研究了在越野汽車的基礎(chǔ)上改裝為純電動四驅(qū)越野車中線束設(shè)計問題，通過計算確定驅(qū)動電機、電池的相關(guān)參數(shù)及選型，并對其安裝位置進行合理制定以簡化線束布置，對重要的電子元器件進行相關(guān)的匹配計算，最后通過Proteus軟件對高低壓電路進行仿真分析并運用Altium ?designer 軟件繪制整車布線圖。該設(shè)計方案提高了電動汽車線束的安全性和可靠性，并為線束設(shè)計人員提供了借鑒方案。

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)展勢不可擋，純電動汽車以多方面優(yōu)勢成為現(xiàn)在發(fā)展的潮流。隨著純電動汽車的新技術(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，故研究汽車線束及設(shè)計出可靠、穩(wěn)定、安全的汽車線束也是當(dāng)今的發(fā)展趨勢。

電氣部件布置

2.1 驅(qū)動電機

2.1.1 電機功率確定

本設(shè)計采用雙電池交替驅(qū)動雙電機的驅(qū)動方式，電機的最大功率P_max必須滿足最高車速時的功率要求P_e；必須滿足加速、爬坡時的功率要求P_a、P_c。

根據(jù)最高車速計算電機功率時，不考慮加速阻力和坡道阻力，電機功率應(yīng)滿足：

（1）

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

（2）

以0-50km／h速度段內(nèi)的加速時間為8s，確定峰值功率：

（3）

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）可以確定電機的最大功率：

（4）

2.1.2 額定轉(zhuǎn)速確定

以經(jīng)濟車速V_N確定電機額定轉(zhuǎn)速，公式如下：

（5）

該車的經(jīng)濟車速為60km／h，以此計算電機的額定轉(zhuǎn)矩。

2.1.3 額定轉(zhuǎn)矩確定

電機額定轉(zhuǎn)矩T_N必須滿足汽車起動轉(zhuǎn)矩和最大爬坡度的要求，即

（6）

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

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

2.2 電池

本車改用兩個一樣的動力電池，A組放置于原汽車發(fā)動機艙，B組電池放置于原車后備廂。兩組電池一前一后且可實現(xiàn)交替使用。純電動汽車行駛過程中的動力均來自電池，電池的容量越大，汽車的續(xù)航里程就越長，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到電機控制器的電壓等級，因此電池組總電壓暫取48V。因為本設(shè)計采用雙電池交替驅(qū)動雙電機的驅(qū)動方式，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)計采用雙電池交替驅(qū)動雙電機的驅(qū)動方式，所以考慮兩套電機并列放置，高壓盒及充電機靠近電機控制器放置，以便于對高壓線纜進行布置。將高壓電器控制系統(tǒng)盒、電機控制器及電機、充電機及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、充電機、高壓盒等的布置，都布置在汽車底盤下面，須重點考慮防水及考慮線纜的保護。

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圖1 主要部件布置圖

線束設(shè)計

3.1 線束尺寸計算

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

P=UI?（7）

可得電機控制器高壓導(dǎo)線額定電流：I₁=87A；最大電流：I_1max=174A。

雙電機同時工作時，電池承受額定電流：I=2I₁=174A。

最大電流：I_max=2I_1max=348A。

關(guān)于導(dǎo)線橫截面積計算：

（8）

（9）

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

一般可以由經(jīng)驗公式：，計算得出：高壓盒到動力電池連接導(dǎo)線橫截面積應(yīng)≥68.8mm²；電機控制器到高壓盒導(dǎo)線橫截面積應(yīng)≥34.0mm²。

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

3.2 熔斷器的匹配計算

熔斷器具有限流特性好、相對尺寸小、簡單的構(gòu)造、簡易的操作、維護方便等優(yōu)勢，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裝置。其利用某些金屬在短路或過載時熔斷的特性，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。熔斷器的額定電流與線束的額定電流有一定關(guān)系。線束負載確定時按照以下經(jīng)驗公式：

（10）

式中：P———整車負載功率；V———額定電壓。

熔斷器的最佳電流計算公式如下：

（11）

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

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

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燈及電機對控制電路是否正常工作進行顯示，LED的亮滅及電機轉(zhuǎn)動情況反映電路的導(dǎo)通及斷開情況。最終仿真結(jié)果符合設(shè)計邏輯要求。低壓驅(qū)動仿真見圖2，高壓驅(qū)動仿真見圖3。

圖2 低壓驅(qū)動仿真圖

圖3 高壓驅(qū)動仿真圖

4.2 整車布線圖

線束圖是根據(jù)電氣設(shè)備在汽車上的實際安裝部位繪制的全車電路圖，因此線束的設(shè)計必須具備優(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。

圖4 整車線束圖

結(jié)束語

本文著手于在越野汽車的基礎(chǔ)上改裝為純電動四驅(qū)越野車中線束設(shè)計問題，線束設(shè)計從安全性、可靠性兩個方面入手，確定電機及電源的相關(guān)參數(shù)并進行合理布置。依據(jù)整車設(shè)計要求及功能需求，確定相關(guān)電子器件相關(guān)參數(shù)。在進行高低壓電路仿真分析，確定無誤后，繪制布線圖。通過實車驗證其整個線束布局更為合理，性能可靠，降低了其電氣系統(tǒng)的故障率，提升了電動越野汽車線束系統(tǒng)的可靠性。