纯电动汽车动态电平衡设计研究
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【摘 要】论文着重研究纯电动汽车动态电平衡设计方面的问题，对整车电平衡概念予以界定，分析纯电动汽车动态电平衡设计中所存在的特点，对设计方法加以介绍，提出优化建议。
【Abstract】This paper focuses on the problems in the dynamic electric balance design of pure electric vehicle， defines the concept of electric balance of the whole vehicle， analyzes the characteristics existing in the dynamic electric balance design of pure electric vehicle， introduces the design methods， and puts forward optimization suggestions.
【关键词】纯电动汽车;动态;电平衡
【Keywords】pure electric vehicle; dynamic; electric balance
【中图分类号】U469.72 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）02-0182-02
1 引言
如果汽车所安装的是传统发动机，需要根据车型对用电负荷表进行配置。当汽车处于运行状态时，要达到动态电平衡，并且整车电气系统达到电能的供应和需求平衡。蓄电池的电量可以维持在良性区间内。纯电动汽车供电系统与普通的汽车相比较，在构成以及运行中所体现出来的特性都会有所不同，动态电平衡设计上也存在较大的差异。
2 整车电平衡的界定
所谓整车电平衡，就是整车电气系统在电量匹配上保持平衡状态。电量匹配平衡包括两种：第一种为动态电平衡;第二种为静态电平衡。要对这两种平衡有充分的认识，就要明确“动态”与“静态”之间是存在差别的。如果是发动机汽车，“静态”的概念就是车辆停止运行，蓄电池对汽车发挥供电作用。如果是纯电动汽车，这种方法是非常不合适的[1]。
例如，纯电动汽车正在充电时，无论何种充电方式，一些电气零件都要处于工作状态的，使得充电功能得到满足。车辆在充电时，动力系统停止，此时车辆是静止的。通常用户对于车上的用电器不会正常操作，将其归到“动态”不具有合理性。
合理把握“静态”和“动态”，就要了解车辆的“动态”和“静态”在本质上的区别。论文对“动态”的界定是，车辆动力系统为运行状态，车辆是可以行驶的，用户在运行车辆时，可以从自己的需求出发启动一些用电器。所谓的“静态”，是动力系统没有启动，车辆不能运行，用户不开启用电器。从这种概念的界定可以明确，纯电动汽车进入充电状态时为“静态”，发动机汽车的需求能够得到满足。
3 纯电动汽车动态电平衡设计所具备的特点
3.1 供电系统的构成上所具备的特点
与传统的发动机汽车相比较，纯电动汽车的供电系统在构成上存在不同。传统的发动机汽车供电系统的组成部分为两个，即发电机和蓄电池。纯电动汽车没有安装发电机，而是使用DC/DC变换器供电，将动力电池的高压向低压转换，为各用电器负载提供电能，给蓄电池充电。纯电动汽车的供电系统运行效率是非常高的，可以超过85%，甚至能够达到95%，而发电机正常的运转效率是50%。纯电动汽车的供电系统在电能供应的过程中，输出的稳定性高，体积非常小，而且质量较轻。
3.2 发电机根据发动机的运转速度以及环境情况供电
发动机汽车依赖发电机供电，其所供应的电流决定发动机运转的速度，且与环境温度息息相关。随着发动机运转速度的提高，发电机的供应电流也会增加;当发动机处于低速状态时，发动机的运转速度不同，发电机所传输的电流也有所不同，并且不是呈线性变化的[2]。
3.3 随着环境温度的升高，发电机会减弱电流输出的能力
发电机的内部结构存在特殊性，加之其特有的电磁特性，就决定了当运转速度保持不变的情况下，随着温度的升高，发电机就会减弱输出电流的能力。对于纯电动汽车而言，DC/DC变换器输出电流的特性与发电机相比存在差异。DC/DC转换器启动，无论车辆是静止状态还是行驶状态，即便车辆运行的速度不通融，也具备相同的电流输出能力。从实际出发确定用电器负载电流之后，使用DC/DC轉换器就可以提高电流输出能力，使电流输出达到最大值。
4 纯电动汽车动态电平衡设计的优化方法
4.1 选择DC/DC转换器的思路
DC/DC转换器具有很高的转换效率，可以超过85%，波纹则比较小，不超过150mV。DC/DC转换器在处于不适合的温度环境中具有很好的保护作用，对于过电压以及欠电压也能实施有效保护，对于过电流也能发挥保护作用。在满足各种技术要求的前提下，对各种低压用电器的额定负载电流都要做好统计，还要将不良环境中用电器加权电流总和计算出来，对DC/DC转换器的额定输出电流加以确定，通常是要超过加权电流的总和的，然后在额定电功率计算的过程中，将DC/DC转换器电压输出值以及额定电流值作为计算的已知条件，确保汽车达到动态电平衡状态。 4.2 计算DC/DC转换器额定电功率的有效方法
將车辆的负载电流额定值做好统计工作。要将电器的使用频率确定下来，就要明确车辆运行中所处的气候环境，如果对直流转换器的输出能力以及直流转换器的输出能力有很高的要求，就需要启动多个大功率的用电器。例如，在比较常见的气候环境下，电器负载电流输出正常。处于不良气候环境中，对电器负载电流输出能力有更高的要求。
论文所研究的用电器，启动的次数以及使用的频率在计算方面主要考虑到两种气候条件：一种是夏季下雨的夜晚;一种是冬季下雪的夜晚。在选择用电器时，采用了电流加权值总和较大的一个，确定一个气候环境，将DC/DC转换器的额定电流值计算出来，之后对所获得的数值进行统计分析。用电器处于夏季下雨的夜晚或者冬季下雪的夜晚，由于使用的频率不同，加权电流值也会存在差异。
4.3 选择DC/DC转换器的方法
对整车的各项低压用电器所承载的额定负载电流进行统计之后，就可以对用电器的使用频率加以确定，要明确在什么样的气候环境中车辆对DC/DC转换器有较高的要求，特别是电流输出方面，通常会有较高的能力要求。也就是说，在这样的环境中，需要多台电器启动，大功率的用电器需要运行很长时间。在具体的工作中，可以比较不同气候条件下的电器负载电流，如平常日间的电器负载电流、平常夜间的电器负载电流、夏季日间的电器负载电流、夏季夜间的电器负载电流、夏季雨夜的电器负载电流、冬季日间的电器负载电流、冬季夜间的电器负载电流及冬季雪夜的电器负载电流等都要进行比较。夏季夜晚如果下大雨或者冬季夜晚下雪，对低压供电系统就有较高的输出电流能力要求。所以，论文针对用电器的启动的数量以及使用频率进行分析，计算处于夏季雨夜以及冬季雪夜两种气候环境中的低压用电器输出电流情况，并进行比较分析。
计算低压用电器输出过程中的加权电流，所获得的结果是夏季雨夜用电器的加权电流是78.72A，如果是在冬季雪夜，用电器的加权电流是61.86A。通过对结果的比较，最终选择夏季雨夜的加权电流值作为主要的依据对DC/DC转换器额定电功率进行计算。要使低压用电器的用电量有所保证，让蓄电池不会处于放电状态，就要求DC/DC转换器与所有的电器额定加权电流相等。设定DC/DC转换器的电压输出量为13.1V，通过计算获得的结果是78.72A×14.2V=1117.82W，这就是DC/DC转换器的额定电功率，根据计算的结果，所选择的DC/DC转换器为1.1kW。
5 结语
通过对上面内容的研究可以明确，从用户的使用情况出发对车辆的动态的概念和静态的改变进行重新界定是非常必要的，使得汽车的动态电平衡与静态电平衡的区分更加合理。基于此，提出在动态电平衡设计上，发动机汽车与纯电动汽车之间是存在差异的。
【参考文献】
【1】苏海锋，赵可为，李岩，等.规模化电动汽车三相负荷平衡充电选线装置与仿真分析[J].电力自动化设备，2018（06）：45-46.
【2】秦东晨.基于Modelica的电动汽车电池建模仿真研究[C].中国汽车工程学会.2018中国汽车工程学会年会论文集.中国汽车工程学会：中国汽车工程学会，2018：363-368..
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