純電動(dòng)重型載貨汽車相對(duì)燃油重型載貨汽車，整車動(dòng)力域取消了發(fā)動(dòng)機(jī),，增加了動(dòng)力電池,、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和輔機(jī)電源等。整車動(dòng)力域由整車控制器來完成上層協(xié)調(diào)控制,。電氣線束作為汽車的大動(dòng)脈,，為整車上所有電器件供電，傳輸各控制器的通信信號(hào),，保證了整車各項(xiàng)功能的正常運(yùn)行,。高壓電氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高壓上下電、動(dòng)力電池充放電傳輸,、人員觸電防護(hù)等功能,。本文將就純電動(dòng)重型載貨汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開介紹。
1 電動(dòng)汽車部件組成
首先對(duì)電動(dòng)汽車增加的部件加以說明,，見表1,。

表1 電動(dòng)汽車常用部件
目前電動(dòng)汽車有兩個(gè)電壓平臺(tái)，分別是低壓電平臺(tái)和高壓電平臺(tái),。低壓電平臺(tái)和燃油車電平臺(tái)一致,，額定電壓24 V。高壓電平臺(tái)是電動(dòng)汽車*的,，純電動(dòng)重型載貨汽車高壓電平臺(tái)電壓一般為600 V,。電動(dòng)汽車中驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)、電源變換器,、電動(dòng)空調(diào),、PTC都是在高壓電平臺(tái)下工作。
2 低壓線束設(shè)計(jì)
純電動(dòng)重型載貨汽車低壓線束總成分為三大塊：駕駛室線束總成,、車架線束總成和底盤線束總成,。電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)復(fù)雜，集成度高,，涉及高壓,、低壓電器件，電磁環(huán)境惡劣,。純電動(dòng)重型載貨汽車的低壓線束設(shè)計(jì)過程中,，除了考慮重型載貨汽車運(yùn)行中的苛刻路況條件（載重,、震動(dòng)、灰塵等）外,，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注電動(dòng)汽車的EMC問題,。
2.1　電源分配設(shè)計(jì)
低壓線束設(shè)計(jì)中，合理進(jìn)行系統(tǒng)電源分配能提高汽車安全性,。首先是常電配電設(shè)計(jì),，常電配電是將電器部件電源接口引至蓄電池直接取電，這類部件是在點(diǎn)火鑰匙從點(diǎn)火開關(guān)拔下后還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記憶存儲(chǔ),、高壓下電流程執(zhí)行和常電工作負(fù)載待機(jī),。例如：整車控制器、電池管理系統(tǒng),、電機(jī)控制器,、儀表、危險(xiǎn)報(bào)警燈,、防盜控制器等,。常電配電部件休眠待機(jī)后的靜態(tài)功耗一般設(shè)計(jì)要求≤3 mA。
其次是ON擋配電設(shè)計(jì),，點(diǎn)火開關(guān)打到ON擋時(shí),，全車大部分電器部件都可以工作。在這個(gè)擋位,，通常有IG1和IG2兩個(gè)觸點(diǎn),，兩個(gè)觸點(diǎn)的區(qū)別在于ST擋的時(shí)候IG1有電，IG2無電,，燃油重型載貨汽車這種設(shè)計(jì)可以在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候?qū)⑿铍姵氐碾娏考泄┙o起動(dòng)機(jī),。在設(shè)計(jì)純電動(dòng)重型載貨汽車的時(shí)候定義ST擋為高壓上電擋位，高壓上電不需要蓄電池提供大電流,，這樣就可以降低蓄電池的選型容量,，或者用儲(chǔ)能型蓄電池替換起動(dòng)型蓄電池，進(jìn)一步降低蓄電池成本,。
2.2　搭鐵分配設(shè)計(jì)
搭鐵分配設(shè)計(jì)在線束設(shè)計(jì)中是非常重要的,，一旦搭鐵點(diǎn)分配不合理，就會(huì)導(dǎo)致電器件正常功能受到干擾失效,。駕駛室搭鐵點(diǎn)采用的是焊接螺母,，底盤車架搭鐵點(diǎn)是車架孔，通過鋸齒墊和搭鐵螺栓進(jìn)行搭鐵,。
選擇搭鐵點(diǎn)時(shí),，弱信號(hào)傳感器應(yīng)單獨(dú)就近搭鐵，以保證信號(hào)正常傳輸,；各ECU應(yīng)單獨(dú)搭鐵,，重要安全件要進(jìn)行復(fù)式搭鐵,，防止ECU被干擾；阻性負(fù)載和感性負(fù)載盡量分開搭鐵,。
2.3　三維線束布置
三維布線原則：①凡穿越金屬件孔或金屬棱角,，線束必須有彈性護(hù)套管保護(hù)；②線束布置應(yīng)沿邊,、沿槽,，防止線束直接承受壓力；③線束必須可靠固定,，不允許有大于300 mm的懸空布線,；④線束走向應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高溫發(fā)熱物體,，避免傳導(dǎo)熱和輻射熱的傷害,；⑤運(yùn)動(dòng)件、開閉件間的線束要留足低開度的長度,；⑥線束布線考慮工藝裝配順序和裝配的方便性,；⑦需要考慮插接件的占用空間和對(duì)接操作空間；⑧無法實(shí)現(xiàn)雙手操作空間的部位,，應(yīng)將插接件一側(cè)做固定安裝,，以便于單手操作。
3　高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前純電動(dòng)重型載貨汽車的高壓電平臺(tái)為DC 600 V左右,。高壓電氣系統(tǒng)是電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車一個(gè)為顯著的區(qū)別,。高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩個(gè)重要點(diǎn)，一是高壓配電箱,，二是高壓線束,。高壓配電箱進(jìn)行車輛高壓電源分配，而高壓線束設(shè)計(jì)要考慮到大電流的流經(jīng),。
3.1　高壓配電箱
整車高壓電氣系統(tǒng)中,，為了起到電源濾波作用，電機(jī)控制器會(huì)在直流母線端并聯(lián)電容,。由于電容并聯(lián)在母線正負(fù)極兩端,，當(dāng)高壓電源接通時(shí)，電容上無電荷或只有很低的殘留電壓,。當(dāng)無預(yù)充電時(shí),，主接觸器KM+、KM-直接與電容接通,，此時(shí)動(dòng)力電池組電壓有600 V高壓,，而負(fù)載電容上電壓接近0，相當(dāng)于瞬間短路,，負(fù)載電阻僅僅是導(dǎo)線和接觸器觸點(diǎn)的電阻,，一般小于20 mΩ,。根據(jù)歐姆定律，瞬間電流為600/0.02=30000 A,。接觸器KM+和KM-必?fù)p壞,。高壓配電的核心思想就是電流緩沖以防止瞬間大電流對(duì)電器件造成損壞，因此其主要結(jié)構(gòu)為預(yù)充電電路,。典型的預(yù)充電電路如圖1［1］所示,。

圖1　預(yù)充電電路
圖1中F為高壓熔斷器，KM+為母線正極主接觸器,，KM-為母線負(fù)極主接觸器,，KMp為預(yù)充電接觸器，R為預(yù)充電阻,。預(yù)充電過程為：首先控制KM-接通,，然后控制預(yù)充電接觸器KMp接通，整車控制器判斷預(yù)充電完成后接通主接觸器KM+,，斷開預(yù)充電接觸器KMp,，這時(shí)高壓上電完成。還有一種簡化的預(yù)充電電路,，即圖1中沒有KMp接觸器,。預(yù)充電電路在這里起到了限制電源接通瞬間對(duì)電容器充電電流的作用，以保護(hù)電器件不會(huì)因電容器瞬間的短路電流而損壞,。
電壓上升表現(xiàn)為指數(shù)上升直到預(yù)充電過程完成,，典型時(shí)長約為1～2 s。圖2是實(shí)車預(yù)充電過程,。由圖2可看出,，電池使能后綠色信號(hào)線從0變?yōu)?之后，開始預(yù)充電,，黃色的母線電壓緩慢上升至檢測(cè)線時(shí)與電池電壓基本一致（有誤差存在）,。從圖2中下方時(shí)間軸可看出預(yù)充電過程時(shí)間不到0.5 s。

圖2　實(shí)車預(yù)充電過程
3.2　高壓線束設(shè)計(jì)
高壓線束主要是用于從動(dòng)力電池組到高壓配電箱,，高壓配電箱到各電力系統(tǒng)負(fù)載的動(dòng)力電傳輸回路連接,，必須滿足電力系統(tǒng)負(fù)載的長期載流量需求。以車輛額定電壓600 V,、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率為100 kW為例,，電流大小約為100 kW/600 V=167 A。
目前,，在高壓線束的設(shè)計(jì)和選型時(shí),，應(yīng)根據(jù)長期載流量需求來選定合適的電纜截面積。由于純電動(dòng)重型載貨汽車電力系統(tǒng)負(fù)載的功率比較大，高壓線束選取的都是大線徑電纜,。大線徑電纜柔韌性較差,，會(huì)加大高壓線束在車輛上布置的難度。這就對(duì)高壓線束用的電纜選擇提出了更高的要求,，在滿足車輛大電流通過需求時(shí),，線纜直徑要盡可能地小，以提高高壓線束的柔韌性,，同時(shí)減小質(zhì)量和成本,。
根據(jù)銅業(yè)協(xié)會(huì)（中國）編著的有關(guān)《銅芯電線電纜載流量標(biāo)準(zhǔn)》推薦的載流量計(jì)算公式
I = A×Sm-B×Sn
式中：I——載流量，A,；S——導(dǎo)體的標(biāo)稱截面積,，mm2；A,、B——系數(shù),，視電纜類型和敷設(shè)方式而定；m,、n——指數(shù),，視電纜類型和敷設(shè)方式而定,。
此處以驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器到動(dòng)力電機(jī)的3根母線為例進(jìn)行選型和計(jì)算,。根據(jù)電纜基材選用聚乙烯基，截面積為50 mm2,，3根電纜的敷設(shè)方式為在自由空氣中3根水平并列（室溫25℃）,，電纜高工作溫度為70℃。據(jù)上述條件,，查表知,，A=22，B=2.8×10-13,，m=0.58,，n=5.9，計(jì)算得到I=212 A,。
根據(jù)動(dòng)力電機(jī)的額定功率為100 k W ,，額定電壓為600 V，計(jì)算得額定電流為167 A,。因此,，所選電纜的載流量可以滿足電機(jī)母線上流過的電流需求。
4 車輛網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí),，首先要明確車輛上都有哪些CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),，比如哪些是基礎(chǔ)車型就有配置的且不能取消，哪些是電動(dòng)汽車需要增加的。陜汽燃油車車型,，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器,、ABS、儀表以及天行?。兤_發(fā)的監(jiān)控終端）,。電動(dòng)汽車*的有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池以及一些輔機(jī)系統(tǒng),。電動(dòng)汽車取消發(fā)動(dòng)機(jī),，為了保證動(dòng)力控制更可靠性能，將整車分為兩個(gè)網(wǎng)段,，即動(dòng)力網(wǎng)段和車身網(wǎng)段,，通信速率都為250 kb/s。根據(jù)GB/T 32960.3—2016電動(dòng)汽車遠(yuǎn)程服務(wù)與管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的要求,，主機(jī)廠要獲得車輛的生產(chǎn)資質(zhì),，車輛還應(yīng)配備有遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，因此車輛網(wǎng)絡(luò)上還應(yīng)有遠(yuǎn)程監(jiān)控終端節(jié)點(diǎn),。車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D3所示,。

圖3 車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?br />
表2 網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)及地址分配
車輛通信網(wǎng)絡(luò)涉及的通信節(jié)點(diǎn)及地址分配見表2。
圖3中,，整車控制器有兩路CAN,，作為BCAN和PCAN的網(wǎng)關(guān)。監(jiān)控終端有兩路CAN,，兩條CAN網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)信息監(jiān)控終端都可以直接采集,。PCAN2上只有驅(qū)動(dòng)電機(jī)和整車控制器兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，避免了其他節(jié)點(diǎn)的發(fā)送報(bào)文的影響,。監(jiān)控終端由于只有接收?qǐng)?bào)文且優(yōu)先級(jí)都比較低,，因此不良影響幾乎沒有，可以直接忽略,。
5 結(jié)束語
本文主要介紹了純電動(dòng)重型載貨汽車的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中幾個(gè)重要的方面,，是本人在設(shè)計(jì)過程中的淺見，希望專業(yè)人士提出寶貴意見,。