收稿日期：２０１９－０５－１０
作者简介：闻俊杰（１９８２ ），女，本科，工程师，研究方向为计量检定㊁质量检测㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１３８４４０３３６６３＠１６３ ｃｏｍ㊂
ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１９ １１ ００５
闻俊杰，白国军
（广东省珠海市质量计量监督检测所，广东广州５１９０００）
摘要：介绍了新能源车低压电源系统与传统燃油发动机车低压电源系统的异同，以及某新能源车型的电源系统设计方案㊂重点从新能源车蓄电池容量确定㊁电源系统设计㊁供电模式划分㊁ＤＣ／ＤＣ额定电流确定这几个方面进行新能源车电源系统研究㊂
关键词：新能源汽车；电源系统
中图分类号：Ｕ４６９㊀㊀文献标志码：Ｂ㊀㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１９）１１－０２０－０５
ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮｅｗＥｎｅｒｇｙＶｅｈｉｃｌｅＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＳｙｓｔｅｍ
ＷＥＮＪｕｎｊｉｅ，ＢＡＩＧｕｏｊｕｎ
（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＺｈｕｈａｉＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＴｅｓｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＱｕａｌｉｔｙａｎｄＭｅｔｒｏｌｏｇｙ，
ＧｕａｎｇｚｈｏｕＧｕａｎｇｄｏｎｇ５１９０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｉｔｉｅｓａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｗ⁃ｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｔｈａｔｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｕｅｌ
ｅｎｇｉｎｅｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｆａｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｂａｔｔｅｒｙｃａｐａｃｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｍｏｄｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄＤＣ／ＤＣｒａｔｅｄｃｕｒｒｅｎｔｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅ；Ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍ
０㊀引言
全球能源及环境问题日益突出：一方面石油资源作为不可再生资源日益紧缺；另一方面传统的燃油发动机车辆废气排放对空气造成严重污染㊂为此替代燃油发动机汽车的方案越来越多，如氢能源汽车㊁燃料电池汽车㊁新能源汽车等，目前最有实用性价值并已有商业化模式的为新能源车㊂
新能源车同时装备热动力源（传统的汽油机或者柴油机）与电动力源（高压电池与高压电动机），其燃油发动机工作模式发生了革新㊂因此需分析新能源车低压电源配电与传统燃油发动机车辆的低压电源配电系统的不同，根据其特点进行电源配电设计［１］㊂
俊杰汽车汽车电气系统主要由储能器（蓄电池）㊁能量转换器（发电机㊁ＤＣ／ＤＣ）和用电器（仪器㊁装置等）组成［２］㊂由于燃油发动机工作模式发生了革新，新能源车电源系统应根据其自身特点进行设计㊂通过对新能源车低压电源配电系统研究，形成科学的设计方案，规避设计缺陷，缩短设计周期，提高设计质量㊂
新能源车的储能器（蓄电池）㊁能量转换器（发电机㊁
ＤＣ／ＤＣ）以及起动机功能相对于传统燃油发动机车有了变化，因此电源系统参数的确定需根据新
能源车的特点进行计算㊂新能源车与传统燃油发动机车的不同体现在以下几点：汽车泄压阀
（１）传统燃油发动机车采用起动机起动燃油发动机，新能源车取消１２Ｖ起动机或将１２Ｖ起动机作为备用㊂
（２）传统燃油发动机车辆的蓄电池主要作用是给起动系统提供电源㊁吸收瞬变过电压及在发电机不工作时为辅助用电器供电㊂新能源车蓄电池不为起动系统提供电源或起动瞬间其能量全部用于起动机㊂
（３）发电机输出电流能力与发动机转速有关，且发动机起动瞬间无法为整车提供电源，新能源车装备的ＤＣ／ＤＣ能输出的电流与发动机无关，且ＤＣ／ＤＣ的效率高于发电机效率㊂
根据新能源车的以上特点，本文作者从新能源车蓄电池容量计算［３］㊁电源系统设计㊁供电模式的划分㊁ＤＣ／ＤＣ额定电流确定等几个方面进行分析，得出新能源车电源系统计算方法，并将其成果应用于某新能源车电源配电系统设计中㊂
１㊀新能源车电源系统研究
１ １㊀辅助起动机对整车低压电源配电的影响
辅助起动机是整车低压电源配电设计的关键因素㊂目前新能源车可分为有辅助起动机与无辅助起动机２种类型㊂奥迪Ｑ５新能源车采用了辅助起动机，该辅助起动机只在
特定情况下用于起动内燃机㊂整车电源配电原理见图１㊂整车配电由主蓄电池Ａ（６８Ａ㊃ｈ）㊁备用蓄电池Ａ１（１２Ａ㊃ｈ）㊁常闭继电器１㊁常开继电器２㊁ＤＣ／ＤＣ构成㊂当ＩＧ１电接通时，继电器２闭合，备用蓄电池Ａ１接入整车配电网络进行充电；当辅助起动机工作时，蓄电池Ａ由发动机控制单元通过继电器
１与车载供电网断开，其全部能量用于起动发动机㊂断开后的
车载电网由备用蓄电池Ａ１与ＤＣ／ＤＣ变压器供电㊂奥迪Ａ８也装备了辅助起动机，其配电方案与奥迪Ｑ５新能源类似，起动蓄电池采用７５Ａ㊃ｈＡＧＭ蓄电池，备用电池采用３６Ａ㊃ｈ铅酸蓄电池
㊂
图１㊀Ｑ５新能源汽车电源系统原理
普锐斯不装备辅助起动机，采用动力电机起动燃油发动机㊂由于不存在起动机起动瞬间电压跌落的问题，因此其整车车载电网由一个蓄电池和ＤＣ／ＤＣ为其供电㊂
１ ２㊀供电模式的划分
传统燃油发动机车辆用电器的供电模式有以下几种：（１）
蓄电池㊁发电机直接供电㊂（２）通过点火开关ＩＧ１挡供电㊂（３）通过点火开关ＩＧ２挡供电㊂（４）ＡＣＣ挡供电㊂（５）点火开关ＳＴＡＲＴ挡供电㊂由于发动机起动瞬间发电机没有工作，整车仅由蓄电池供电，因此ＩＧ２与ＡＣＣ挡供电设备在发动机起动瞬间处于断电状态㊂
无辅助起动机的新能源车采用动力电机起动发动机，由于无起动机工作的模式并且ＩＧ挡供电时ＤＣ／ＤＣ已开始为整车供电，因此采用ＩＧ２与ＡＣＣ挡供电的电气设备可以在发动机起动瞬间处于供电状态㊂装备１２Ｖ辅助起动机的新能源车若采用双蓄电池供电模式，当采用起动机起动燃油发动机时，主蓄电池与备用蓄电池断开，主蓄电池全部能量用于起动机，备用蓄电池与ＤＣ／ＤＣ为整车供电㊂由于整车用电设备用电电压不受起动机工作的影响，因此采用ＩＧ２与ＡＣＣ挡供电的电气设备可以在发动机起动瞬间处于供电状态㊂
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由于新能源车燃油发动机工作瞬间可保证采用ＩＧ２㊁ＡＣＣ挡供电，设备处于供电状态，则新能源车的舒适度比传统燃油发动机车高㊂
１ ３㊀蓄电池容量确定
传统燃油发动机车辆的蓄电池主要作用是给起动系统提供
电源㊁吸收瞬变过电压及在发电机不工作时为辅助用电器供电［４］㊂因此蓄电池容量受２个因素影响：（１）起动机的功率；（２）整车静态电流㊂
根据起动机功率确定蓄电池的容量：
Ｃ＝
ｋｎＰｇＵ
（１）
式中：Ｃ为蓄电池容量，Ａ㊃ｈ；ｎ为短路变化系数；ｇ为蓄电池短路系数；Ｕ为蓄电池额定电压，Ｖ；ｋ为系数；Ｐ为起动机功率，ｋＷ㊂马自达3二手车报价
为了保证车辆在放置一段时间内能正常发动，需根据整车静态电流校验依据起动机计算的蓄电池容量是否合适㊂整车电气系统设计时，蓄电池容量按照计算公式（２）进行校验，若蓄电池容量不满足式（２），可根据蓄电池容量Ｃ（Ａ㊃ｈ）对整车静态电流Ｉ静（Ａ）提出要求㊂
Ｉ静ˑ９０天（２１６０ｈ）／（Ｃˑ０ ５）＜１ ０
（２）
若新能源车装备了１２Ｖ辅助起动机，则其蓄电池容量的确定方法与传统燃油发动机车辆蓄电池容量确定方法相同㊂否则，新能源车蓄电池的主要作用发生了变化，其作用是吸收瞬变过电压及在ＤＣ／ＤＣ不工作时为辅助用电器供电，蓄电池的
容量仅与整车静态电流有关㊂公式（２）是根据蓄电池能保证起动机正常工作确定的，所以公式中的系数０ ５需要根据蓄电池的特性进行修订，以完成蓄电池容量的确定㊂
蓄电池在新能源车上的功能已经发生了变化，需要分析其特点计算蓄电池容量㊂
１ ４㊀ＤＣ／ＤＣ额定电流的确定
传统燃油发动机车装备的发电机，在汽车正常运行时，能
保证向除起动机之外的所有用电设备供电，还能保证给蓄电池充电㊂发电机的电流输出能力受限于发动机转速㊁机舱温度，但是发电机的电流输出效率低㊂ＤＣ／ＤＣ与发电机相比，电流输出能力与发动机转速无关且效率远高于发电机，因此ＤＣ／ＤＣ的电流输出特性优于发电机㊂
通过电平衡计算确定发电机与ＤＣ／ＤＣ额定输出电流㊂整车电气系统电平衡是考核ＤＣ／ＤＣ（或发电机）㊁蓄电池以及用电设备之间匹配设计合理性的主要方法与手段，保证ＤＣ／ＤＣ在满足用电设备使用的同时还要为蓄电池充电㊂根据负载实际使用的时间长短将负载分为３类：（１）连续工作负载，如仪表㊁发动机ＥＣＵ等㊂（２）长时间工作负载，如灯光㊁暖风电机等㊂（３）短时间工作负载，如转向灯等㊂在计算电平衡时，首先确定负载的加权系数，然后用加权系数对负载电流进行等价修正，结果作为负载的实际电流进行电平衡计算㊂
发动机怠速时发电机输出电流能力小，怠速时整车电流需求为连续工作负载乘以加权系数与长时间工作负载乘以加权系数之和㊂因此需要校核发电机在该情况下是否能满足整车怠速时的电流需求，如图２中点Ａ所示㊂因此发电机输出能力需满足两个条件：（１）其怠速电流输出满足整车怠速时电流需求㊂（２）满足电平衡计算，如公式（３）㊂由于ＤＣ／ＤＣ输出电流与发动机无关，所以ＤＣ／ＤＣ额定电流输出仅需根据公式（３）确定㊂
Ｉｍａｘ＝ðＩＣＯＮＴ＋（１５％ ２０％）ˑðＩＣＯＮＴ
（３）
式中：ðＩＣＯＮＴ为负载电流，Ａ；Ｉｍａｘ为最大额定输出电流，Ａ㊂
图２㊀发电机输出电流与转速特性曲线（２８Ｖ＠２５ħ）
２ 新能源车电源系统应用
某ＰＨＥＶ电源配电在其传统车电源配电基础上进行改进设计，以满足新增低压电气部件配电及行车中启动起动机防止电
压跌落的要求㊂
２ １㊀输入条件影响分析
根据各专业的输入条件，电源系统方案需具备以下功能：
（１）防止起动机启动时电压跌落㊂（２）重新定义与启动相关的ＩＧ电源分配㊂（３）重新开发新二号配电盒，集成原车二号配电盒配电与新增电气部件配电功能㊂（４）重新开发五号配电盒，具备前部电源分配功能㊂（５）增加起动机电源线与前部电
源配电线长度，需布置于车底板下㊂
２ ２㊀原车电源系统
某传统车低压电源配电简图如图３所示，采用４个配电盒
实现整车电源配电
㊂
图３㊀某新能源车电源系统原理
２ ３㊀某ＰＨＥＶ电源系统设计
ＰＨＥＶ采用以下配电方案：一号配电盒不进行任何变动；
取消原二号配电盒，集成原二号配电盒配电功能及新增电源配电功能为新二号配电盒；三号配电盒其配电功能进行局部调整；取消四号配电盒ＥＨＰＳ配电功能；增加五号配电盒，该配电盒集成风扇继电器盒功能㊁ＥＨＰＳ配电功能㊁一号配电盒配电功能㊂系统配电原理如图４所示㊂
新二号配电盒布置于后备箱左侧，该配电盒集成原配电盒配电功能及新增总成部件配电功能，配电盒结构如图５所示㊂该配电盒采用２个铜排及ＡＭＧ的２００Ａ熔断器，以实现电源分配功能㊂二号配电盒的五号配电盒接口实现整车前部配电；ＤＣ／ＤＣ接口可实现ＤＣ／ＤＣ为整车电源配电功能；ＡＭＧ的２００Ａ熔断器具有防电流冲击功能，可通过ＤＣ／ＤＣ补偿起动机工作时
的大电流，防止整车电压跌落㊂铜排可满足２００Ａ电流通过㊂
图４㊀某ＰＨＥＶ
电源系统原理
图５㊀二号配电盒简图
采用原车四号配电盒，取消其ＥＨＰＳ配电功能，四号配电盒为二号配电盒配电及起动机配电，原理如图６所示
㊂
图６㊀四号配电盒简图
五号配电盒结构如图７所示
㊂
图７㊀五号配电盒简图
五号配电盒由一个风扇继电器㊁一个１００Ａ熔断器㊁一个
１５０Ａ熔断器及一个铜排组成㊂铜排实现前部电流分配功能，１００Ａ熔断器为ＥＨＰＳ配电，１５０Ａ熔断器为一号配电盒配电，风扇继电器是原车风扇继电器㊂该配电盒为改进车型预留一个接口㊂
２ ４㊀供电模式的重新划分
起动机工作时将关闭不需要工作的电源，因此将部分ＩＧ２
电源移至ＡＣＣ，如图８所示
㊂
图８㊀供电模式重新划分
２ ５㊀确定蓄电池容量及ＤＣ／ＤＣ额定输出电流
整车借用原车７５Ａ㊃ｈ铅酸蓄电池可满足起动机启动及静
态电流要求，通过计算ＰＨＥＶ采用ＤＣ／ＤＣ额定输出电流１２０Ａ
可满足要求㊂
２ ６㊀起动机回路的设计
对起动机回路进行了两种方案论证，最终采用方案二，其
双龙4s店具体分析如表１所示㊂
表１㊀起动机电源方案分析
序号
方案一
起动机与用电设备采用同一回路
方案二
起动机与用电设备采用独立回路
简图
分析（１）起动过程中点Ｂ电压范围为４ ５ ９ ３５Ｖ，低于
保时捷718跑车价格９Ｖ的时间约１３０ｍｓ
（２）电气部件工作电压９ １６Ｖ，通信电压６ ５ １６Ｖ
（１）起动机工作时，点Ｂ电压范围为６ ５ １０Ｖ，低于
９Ｖ时间约９０ｍｓ
（２）电气部件工作电压９ １６Ｖ，通信电压６ ５ １６Ｖ
影响点Ｂ电压过低，因点Ｂ与电气设备存在压差，
部分电气设备无法工作
（１）电气部件电压仅受蓄电池电压影响
（２）传统车采用起动机与用电设备回路分离方案
小结起动电线压降影响电气设备工作电压起动电线压降不影响电气设备工作电压
３㊀结论
通过新能源车电源系统分析，可以得出以下结论：
（１）新能源车取消起动机或将起动机作为备用起动机，起动机功能的转变从根本上改变了电源系统㊂
（２）铅酸蓄电池功能及布置位置的变化，影响了线束布置及蓄电池容量计算方法㊂
（３）ＤＣ／ＤＣ电流输出特性优于发电机，改善了整车设备用电环境㊂
（４）新能源车燃油发动机工作瞬间可保证采用ＩＧ２㊁ＡＣＣ挡供电设备处于供电状态，即新能源车的舒适度比传统燃油发动机车高㊂
通过新能源车电源系统设计，可以积累相关设计的经验，为日后新能源车电源系统设计奠定基础㊂参考文献：
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ＧＥＬ，ＢＡＩＧＪ，ＬＩＮＪ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｎｅｗｅｎｅｒｇｙｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１９（９）：３４－３８．［２］德国ＢＯＳＧＨ公司．汽车电气与电子［Ｍ］．魏春源，译．北京：北京理工大学出版社，２００４．
［３］白国军，李军，纪红刚．ＨＥＶ车用动力电池管理系统ＳＯＣ估算策略研究［Ｊ］．汽车零部件，２０１８（８）：１２－１７．
ＢＡＩＧＪ，ＬＩＪ，ＪＩＨＧ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳＯＣｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＨＥＶｖｅｈｉｃｌｅｐｏｗｅｒｂａｔｔｅｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＰａｒｔｓ，２０１８（８）：１２－１７．
［４］周颖．汽车设计手册［Ｍ］．长春：长春汽车研究所，１９９８：５４９．
丰田纺织出展第４６届２０１９东京车展
㊀㊀丰田纺织株式会社于１０月２４日至１１月４日出展在东京ＢｉｇＳｉｇｈｔ国际展示中心举办的第４６届２０１９东京车展㊂当前，消费者对汽车的需求发生着很大的变化，丰田纺织活用丰田集团各公司的技术，设想在不久的未来实现自动驾驶后，设计了移动空间ＭＸ１９１㊂通过与爱信精机
株式会社㊁株式会社电装㊁丰田合成株式会社㊁株式会社东海理化的合作，搭载多项先进驾驶辅助系统㊂主要展示品包括：
（１）未来空间模型ＭＸ１９１（ＭｏｂｉｌｉｔｙｅＸｐｅｒｉｅｎｃｅ）
以 更舒适㊁更安全㊁更享受 为主题，设计出的安全，舒适，令人愉快的移动空间㊂搭载了各种先进技术，例如：在自动驾驶中座椅可以自由排列，保护乘坐者的安全系统，针对恢复清醒㊁放松㊁唤醒等场景的模式切换等㊂
（２）豪华座椅（丰田ＡＬＰＨＡＲＤ／ＶＥＬＬＦＩＲＥ）
宽大并配备动力靠背等的后排座椅，追求极致的 用心 放松 和 舒适 ㊂
（来源：俞庆华）
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