电器系统设计方案书.doc

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1、电器系统设计方案书编 号：电器系统设计方案书项目名称： ZA00-ME100纯电动微型客车设计开发 编 制： 校 对： 审 查： 会 签： 标 准 化： 审 核： 批 准： 海马轿车有限公司2011年 06月目 次1.概述22.设计参考标准22.1 充电系统设计参考的标准22.2 DC-DC与蓄电池系统设计参考的标准22.3 空调系统设计参考的标准22.4 线束设计参考的标准33. 电器系统设计33.1充电系统设计33.2 DC-DC设计93.3 空调系统设计133.4线束设计173.5 组合仪表设计173.6档位开关224 电器系统主要零部件的整车布置与安装224.1、C+D二合一慢速充电器

2、的布置224.2、充电接口的布置224.3、电动压缩机的布置234.4、换挡开关的布置231.概述ZA00-ME100纯电动微型客车的电器系统设计开发主要包含以下设计工作：充电系统设计、DC-DC匹配设计、空调系统设计、线束设计、组合仪表和换挡开关的设计。充电系统包括车载充电机、慢充接口装置和快充接口装置。车载充电机是安置在车上并在可为车辆动力电池充电的装置，保护电池、确保可充电电池充足电是充电器的必要条件。慢充接口是连接车载充电机输入电缆与外部交流电缆的接插装置。快充接口是连接电池与直流充电桩的接插装置,直流充电时由直流充电桩控制充电的电流、电压以及时间值。DC-DC转换器：在电动汽车中，D

3、C/DC转换器主要功能是利用高压动力电池组对低压蓄电池充电以便为车载低压用电器提供电源以及向整车低压用电器提供电源空调系统设计，采用独立式手动空调系统，来调节车内的温度、湿度、气流速度、洁净度等，从而为人们创造清新舒适的车内环境。压缩机使用电动压缩机，实现空调的制冷功能；采用PTC电加热器实现制热功能，取代传统汽车的暖风芯体。线束设计包括低压线束设计和高压线束设计两部分。低压线束取消了原车发动机线束及其余各线束上与发动机相关的功能；高压线束设计包括电动车高压动力系统以及依靠高压驱动的零部件包括动力电池、电机、电机控制器、高压配电盒与BMS集成、充电机、DC-DC、电动压缩机、PTC总成等零件的

4、连接。组合仪表的设计，安装结构与外形尺寸沿用Z1仪表，其他部件需根据布置设计开发。仪表的显示内容不仅要包括整车的传统显示信号内容，还要包括电动车的电池、电机等工作状态的显示。换挡开关借用M1E，根据副仪表板造型重新设计面罩。2.设计参考标准下列所罗列的标准代号为本次设计开发所参考的相关标准：2.1 充电系统设计参考的标准GBT 20234-2006 电动汽车传导充电用插头、插座、车辆耦合器和车辆插孔通用要求GBT 18487.1-2001 电动车辆传导充电系统一般要求GBT 18487.2-2001 电动车辆传导充电系统 电动车辆与交流/直流电源的连接要求GBT 18487.3-2001 电动

5、车辆传导充电系统电动车辆交流/直流充电机(站)2.2 DC-DC与蓄电池系统设计参考的标准GB/T 24347-2009 电动汽车DC/DC 变换器2.3 空调系统设计参考的标准GB/T 22068-2008 汽车空调用电动压缩机总成GB/T 12782-2007 汽车采暖性能要求和试验方法GB/T 11555-2009 汽车风窗玻璃除霜和除雾系统的性能要求及试验方法QC/T 6562000 汽车空调制冷装置性能要求QC/T 6642000 汽车空调(HFC-R134a)用软管及软管组合件QC/T 6662000 汽车空调(HFC-R134a)用密封件QC/T 6692000 汽车空调(HFC

6、-R134a)用管接头和管件Q/HMAC 103.261-205-2005 空调用压力开关2.4 线束设计参考的标准GB/T18387-2008 电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法 宽带 9kHz-30MHzGB/T14023-2006车辆、动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线电骚扰特性的限值GB/T 18858.3-2002 低压开关设备和控制设备、控制器设备接口（CDI）QC/T 413-2002 汽车电气设备基本技术条件TB/T 3034-2002 机车车辆电气设备电磁兼容性试验及其限制2.5 组合仪表和档位开关的设计参考标准GB/T 19836-2005 电动汽车用仪表3. 电

7、器系统设计3.1充电系统设计交流输入电压经“输入陷波”电路后到“整流滤波”电路，得到高压直流电流，“功率转换”将高压直流逆变成约35KHz的高频电流，经高频变压器变换到输出所需的电压，再经高频整流滤波得到输出电压。控制电路对输出电压和输出电流取样，闭环反馈后产生脉宽调制（PWM）信号控制“功率转换”电路，使输出电压或电流保持稳定。“辅助电源”由开关电源构成，具有交流、直流兼容输入功能。输出稳压和恒流都是从输出侧取样，因而能做到高度稳定可靠。电源内部由两个相同单元并联组合而成，并有无主均流控制，保证并联的单元平均分担输出负荷，充分保障整机的可靠性。“保护电路”提供风扇温控、过热保护、输出过压过流

8、短路等保护功能。充电器通过CAN总线节点与电池管理系统通信，获取电池单体电压值和电池温度等参数。当充电器监测电池总电压达到预定值，则自动停止充电；当充电器接收信号（电池单体电压值和温度值超过预定值），将自动停止充电。3.1.1充电器CAN总线通讯协议充电器通过CAN总线节点与电池管理系统通信，获取电池单体电压值和电池温度值。当充电器监测电池总电压达到预定值，则自动停止充电；当充电器接收信号（电池单体电压值和温度值超过预定值），将自动停止充电。整车网络拓扑图如图1 所示：图1 整车网络拓扑图3.1.2 CAN 总线网络报文结构图CAN报文格式为所采用的29位标识符的扩展帧，各个数据域分配见图2。

9、图2 CAN网络通讯报文结构图注：其中，- P (优先级) 为3位，可以有8 个优先级；- R (保留位) 为1位，设置为0；- DP（数据页） 为1位，设置为0；- PF（PDU格式）为8位，表示报文发送的形式；- PS（PDU细节）为8位，PF的形式不同，该域代表的意义也不同；- SA（源地址） 为8位，具体节点的地址.3.1.3 CAN网络节点参数分配矩阵,如表1所示表1 车载充电机和BMS参数分配矩阵节点名称英文缩写发出报文PRDPPFPSSAID发送周期电池管理系统BMSBMSS6002462182430X18F6DAF4500ms充电机CCSCCSS6002472172290X18

10、F7D9E5500ms3.1.4 CAN网络节点信号列表充电机（CCS）ID报文如表2所示：表2 充电机（CCS）ID协议参数组名称CCSS接收节点P6SA229ID0X18F7D9E5发送方式周期DP0自定义否PGN63449（0XF7D9)更新速率500msPF247填充格式Intel standard发送节点CCS数据长度8PS217说明充电机（CCS）接收数据报文信号如表3所示：表3 充电机（CCS）接收数据报文信号电池管理系统（BMS）ID报文如表4所示：表4 电池管理系统（BMS）ID协议参数组名称BMSS接收节点P6SA243ID0X18F6DAF4发送方式周期DP0自定义否PG

11、N63194（0XF6DA)更新速率500msPF246填充格式Intel standard发送节点BMS数据长度8PS218说明电池管理系统（BMS）接收数据报文信号如表5所示：表5 电池管理系统（BMS）接收数据报文注1：充电期间，BMS 需要将BMS1、BMS2、BMS3、BMS4、BMSE、BMSS 报文都发送到总线上。注2：如果BMS 连续5s 收不到充电机的报文，就进入总线关闭状态。3.1.5充电器主要技术参数确定充电器参数主要由电池参数及充电时间确定。电池参数如下：a）单块电池标称电压为3.7V，最高截止电压为4.225V，最低截止电压为2.5V；b）电池块个数为98块，电池组额

12、定电压362.6V；c）电池放电电压范围为(245414.05)V；d）电池总容量为70Ah。充电时间要求(68)h。故充电器参数要求：a）充电器输出电压范围应大于(245414.05)V。b）充电器功率:当充电机时间选择6h时，充电电流为70Ah/6h=11.7A。则充电器输出功率为11.7A362.6V=4.23KW。另一方面根据国家标准民用电三孔插头电流小于16A规格，则充电机输入侧功率220V16A=3520W。根据目前有的充电器功率规格及实车布置尺寸限制，初选充电机功率为3.3KW。c）充电时间验证：70Ah/(3300W/362.6V)=7.7h，初选充电机功率可行。d）且满足GB

13、T 18487.1-2001和GBT 18487.3-2001关于电动车充电系统的相关规定。可得：Z1E需要的车载充电机的主要技术参数如表6所示表6 电动车充电器主要技术参数项目参数输入电压（V AC）22015%;50Hz输出电压范围（V）245420输出恒流（A）10功率（KW）3.3源电压调整率稳压0.2%数字显示输出电压准确度1%、输出电流1%、显示小数点后一位充电阶段恒流恒压绝缘电阻（M）输入、输出200整机过热保护温度阀值（）7080 绝缘强度输入、输出，AC1500V，10mA，一分钟冷却方式自然冷却工作环境温度（）-20 65工作湿度90%工作效率90%3.1.6 市场上现有充

14、电器的主要技术参数新锐特充电机技术参数如表6所示：表7 新锐特充电机输入电压范围(V AC)176 264 （4560）HZ输入功率因数矫正 0.95 （220V 输入，半载满载）输出电压范围(V DC)200 420充电电流(A)10输出额定功率(KW)3.3满载效率96%工作模式恒流+恒压限流工作环境温度()-40+65贮存温度()4085工作环境相对湿度595（不结露）表7(续)保护具有过压、欠压、过流、过热、输出短路、反接保护功能输入输出连接方式接线端子安装方式易于安装冷却方式自带风机散热防护等级IP55通讯方式CAN BUS 250 kBps杭州铁城充电器主要技术参数如表8所示：表8

15、 杭州铁城充电器项目参数输入电压(V AC)22015%;50Hz输出电压范围(V)200417输出恒流(A)11功率(W)4000源电压调整率稳压0.2%充电阶段恒流恒压绝缘电阻(M)输入输出200整机过热保护温度阀值(）7080 绝缘强度输入输出，AC1500V，10mA，一分钟冷却方式自然冷却工作环境温度(）-20 65工作湿度90%工作效率90%其它功能带CAN总线接口，CAN总线协议由甲方提供，乙方完成CAN总线接口功能，提供电压、电流、充电进程信号，并配合甲方完成节点接入CAN总线。尺寸规格（mm）367352139由于Z1E的电压平台为360V,现在很多厂家没有制作相同电压平台的

16、产品，所以通过了解，只有上述2家的产品满足要求，所以根据上述的参数比较，最后选用新锐特充电机。3.1.7 快充与慢充接口的选择3.1.7.1充电过程连接示意如图3所示图33.1.7.2使用环境要求a）慢充接口适合使用环境温度为 (-3070)，周围环境中无酸碱等腐蚀气体以免影响产品性能；尽量避免直接淋雨或湿度过高环境使用；并应尽量防止冲击外壳造成损坏；b) 快充接口使用环境温度为（-3050），周围环境中无酸碱等腐蚀气体以免影响产品性能，尽量避免直接淋雨或湿度过高环境使用，并应尽量防止冲击外壳造成损坏；c) 快慢充接口均需满足GBT 20234-2006、GBT 18487.2-2001对电动

17、车辆传导充电系统和电源连接的相关要求。3.1.7.3慢充接口设计选型充电机输入额定功率为3.3KW/0.96=3.44KW，根据电网输入电压为220V可知充电机输入额定电流约为15.6A，即为慢充接口的额定通过电流。慢充接口选择产品资料(选择目前市场符合国家标准的产品)表9 江苏多思达慢充插座产品参数额定电流(A)32耐振动性优良额定电压(V AC)220产品插拔力(N)80绝缘电阻(M)500（DC500V）外壳热塑性塑料产品接触电阻(m)0.5 Max端子紫铜，表面镀银耐电压(V)2000内芯热塑性塑料胶壳防火等级UL94 V-0拔插次数10000次 慢充插件的结构外形及接口定义如图4所示

18、：图4 慢充插件注：慢充端子定义L： 交流电源交流电源N： 中 性PE：保护接地连接供电设备地和车辆底盘地线，在充电接口连接和断开时，该端子相对于其它端子首先完成连接并最后完成断开。CP： 控制确认1连接控制装置或其它PP： 控制确认2通过电阻R1与PE连接或其它NC1：备用NC2：备用3.1.7.4 快充接口选择产品资料(选择目前市场符合国家标准的产品)使用快充时是为了能够在短时间内对动力电池充满电，所以对快冲接口的安全性能要求要高，经过对各产品分析选择江苏多思达快冲接口（国标）。选择产品的技术资料如表10所示表10江苏多思达快冲接口技术资料规格型号DSD-EV125P耐振动性优良额定电流（

19、A）125A产品插拔力(N)160额定电压(V DC)400拔插次数10000次绝缘电阻(M)1000（DC1000V）防水等级IP65（工作状态中）产品接触电阻(m)0.2 Max外壳热塑性塑料耐电压(V)2500端子紫铜，表面镀银胶壳防火等级UL94 V-0内芯热塑性塑料快速接口的外形及插件定义如图5所示：图5 快充插件注：快充端子定义DC+：直流电源正连接直流电源正与电池正极DC-：直流电源负连接直流电源负与电池负极PE： 保护接地连接供电设备地和车辆底盘地线，在充电接口连接和断开时，该端子相对于其它端子首先完成连接并最后完成断开。S+：充电通信CAN-H连接非车载充电机与电动汽车的通讯

20、线S-：充电通信CAN-L连接非车载充电机与电动汽车的通讯线CANG：充电通信CAN屏蔽连接CAN通信用屏蔽线，充电插座端连接车辆地盘，非车载充电机的CAN通信用屏蔽线浮空CC：充电连接确认确认非车载充电机与电动汽车的电气连接A+：低压辅助电源正非车载充电机为电动汽车提供低压辅助电源正A-：低压辅助电源负非车载充电机为电动汽车提供低压辅助电源负3.2 DC-DC设计3.2.1 DC-DC设计方案确定图6所示为电动汽车辅助系统的典型负载循环、蓄电池充放电状态及相应的DC/DC转换器的优化功率。优化功率是使电池充电和放电过程能够相互平衡，而且辅助电源一直保持满充状态的DC/DC转换器功率值。如果选

21、择更大的功率，则充电过程比放电过程占优，就会导致DC/DC转换器尺寸过大或者出现辅助电源过充的问题；如果选择小一点的功率，则电池的放电过程就比充电过程占优势，这将导致辅助电源在紧急状况下使用时失去满充状态，所以将DC/DC转换器功率设定为优化功率值是非常必要的。图 6 DC/DC转换器优化功率在低压供电系统中，Z1E电动车同原车比较，减少了点火系统、电动燃油泵；同时增加了助力转向系统、真空助力泵。Z1E电动车低压电器总功率如表11、表12、表13所示。在低压负载电器功率的计算中，我们加入了频度系数，它体现了当汽车运转后，车载用电器的使用频率，对于不同的汽车生产厂商、不同车型，其频度系数不尽相同

22、。将实际功率值乘以频度系数得到计算功率值，总的计算功率值是燃料汽车发电机或电动汽车DC/DC转换器的优化功率值。表 11连续工作电器部件电器部件名称实际功率值（W）频度系数计算功率值（W）点火设备84184电子风扇1800.6108位置灯20120牌照灯10110仪表照明灯10110电动水泵600.636助力转向6001600合计：Pw1868表12 短工作制电器部件电器部件名称实际功率值（W）权值计算功率值（W）前照灯近光1100.666前照灯远光1200.448前刮水系统420.416.8后刮水系统240.051.2收音机（带USB）20120空调系统2620.5131真空泵1500.34

23、5合计：Pw2328表13 随机使用电器部件电器部件名称实际功率值（W）权值计算功率值（W）电喇叭600.010.6转向信号灯940.054.7制动灯420.031.26倒车灯420.020.84前雾灯1100.777后雾灯420.729.4室内灯100.11高位制动灯210.030.63点烟器1200.011.2闭锁器1.20.10.12玻璃升降器1800.011.8洗涤器900.010.9合计：Pw3119.33总计算功率P=PW1+PW2+PW3=868+328+119.33=1345.33（W） 即DC/DC转换器优化功率为1300W。3.2.2 Z1E电动车DC/DC的设计应满足以下

24、要求表14 Z1E电动车 DC/DC需求参数输出电压（V DC）140.2瞬态响应400us 5%Vout输入电压（V DC）245412输出纹波(%)1输出额定功率kW1.3整机过热保护温度阀值75电源效率(%)85绝缘电阻输入输出500M电压精度(%)1操作温度()-2570电压调整率(%)0.2贮存温度()4570负载调整率(%)0.4冷却方式自然风冷温度调节率(%/)0.01防护等级IP55电流限制点(%)120相对湿度(%)95另DC/DC的设计生产要符合以下安全特性和GB/T 24347-2009的相关规定：a)输入有反接、过流保护功能；输出有短路、反接、过流保护功能;b)具有整机

25、防水、防潮、抗震功能；c)DC-DC的出线要足够粗，线束出口处具有防水防潮功能，出线口位置由安装要求定；d)散热片的布片方向由整车布置决定。3.2.3 供应商选择深圳新锐特科技有限公司产品的技术参数如表15所示。表15 新锐特DC-DC 技术参数输入电压范围(DC V)200 420输出电压范围(DC V)140.5额定功率 (kW)1.2满载效率 89%89%过载能力过载输出功率不小于其额定功率的1.2 倍，过载持续运行时间，不小于6min保护 具有过压、欠压、过流、过热、输出短路、反接保护功能工作环境温度 ()-40+65贮存温度 ()4085工作环境相对湿度 595（不结露）输入输出连接

26、方式 接线端子冷却方式 自带风机散热防护等级IP55通讯方式-控制端 由整车的ON 档12V 控制状态输出 工作状态（正常或故障）输出给整车显示深圳威迈斯科技有限公司DC-DC 技术参数如表16所示:表16 威迈斯DC-DC 技术参数输入电压(V DC)280420振动要求QC/T413标准，发动机仓要求输出电压(V DC)13.5冷却方式自然冷输出功率(kW)1.2防护等级IP55效率92%尺 寸260200100mm工作温度()-4060对比各供应商方案：由于Z1E的电压平台为360V,现在很多生产厂家没有制作相同电压平台的产品，所以通过了解，只有上述2家的产品满足要求，所以根据上述的参数

27、比较，最后选用新锐特DCDC。深圳新锐特车载充电机及DCDC基本满足Z1E电气要求，而且该司车载充电机与DCDC可集中成一个产品共用同一散热片。考虑到一般情况下车载充电机与DCDC不同时工作，新锐特集成产品两个模块影响不大。如果使用两种单一产品致使布置空间过大。所以车载充电机与DCDC供应商选择深圳新锐特车载充电机、DCDC集成产品C+D二合一慢速充电器。 图7 C+D二合一慢速充电器3.3 空调系统设计3.3.1 空调系统设计简介 ZA00-ME100电动乘用车的空调系统将在Z1(豪华型)空调系统的基础进行改制设计。3.3.1.1由于该项目沿用Z1的车身，在外形尺寸、内容积等方面均无变化，

28、故ZA00-ME100电动乘用车空调系统的冷凝器芯体，蒸发器芯体及后蒸发器系统、膨胀阀，贮液干燥器等关键零部件均沿用Z1车型；3.3.1.2 压缩机选用电动压缩机，由内置直流无刷电动机直接驱动。故需要在机舱内考虑电动压缩机的布置，及空调管路系统的重新设计；3.3.1.3 暖风系统由于取消了原Z1车的暖风芯体，故需开发PTC电加热元件来实现空调的制热功能。3.3.1.4整车能源系统基本参数如下表所示，空调系统涉及到的高压用电器如电动压缩机和PTC总成的工作电压需匹配调整；3.3.2空调系统设计目标3.3.2.1 车内温度指标详见表17(测试工况:鼓风机最大风速、最冷空调、最大风量、吹脸、,内循环

29、模式)：表17 车内温度指标性能指标性能参数备注车内平均温度（）26各乘员位置三点平均值出风口温度（）12-14参考指标出风口风速（m/s）5-7参考指标回风口温度（）28参考指标前席温度（）24参考指标前席风速（m/s）3-5参考指标3.3.2.2 车内相当湿度车内相对湿度保持在（40-60）%；3.3.2.3 车内降温和升温速率 夏季车厢内前20min降温速率达到1.5/min；冬季车厢内前20min升温速率达到1/min；3.3.2.4 车厢内温度场分布车厢内头胸部位置垂直平均温差2；前后座椅位置水平平均温差3。 3.3.2.5 出风口风速差值、出风口风量分配比例、车内新鲜空气换气量与原

30、车一至；3.3.2.6 车厢内噪声开空调时，车厢内噪声值70dB，并无明显振动的感觉；3.3.2.7采暖考核指标： 车内平均温度15 (各乘员位置三点平均值)3.3.3 主要的新开发零件清单如表18所示表18 新开发零部件清单序号代号名称开发形式备注1Z09B8103100压缩机总成重新开发2Z09B8108100压缩机吸气管总成重新开发3Z09B8108200压缩机排气管总成重新开发4Z09B8101100PTC总成重新开发5Z09B8103200压缩机调速控制器重新开发3.3.4 关键重新开发部件的技术条件如表19所示表19 关键新开发件技术条件序 号名 称技术要求1电动压缩机及其控制器1

31、. 制冷剂为R134a；2. 制冷量4600W，功耗2500W；3. 额定电压360V；4. 能够根据室内外温度进行变转速控制；5. 压板式连接，带O型密封圈；6. 能经受恶劣的运行条件，可靠性好，耐高温、高压，有良好的抗震性，机组密封性能好；7. 运行平稳、噪声低、振动小；8. 需符合GB/T 22068-2008和QC/T 6562000中的相关规定；2空调管路1. 由硬管段与软管段组成，耐R134a介质，弯管处不得有明显皱纹；2. 气密性：往低压软管总成充入1.77MPa(G)的氮气，维持恒压5min，管路应无任何泄漏和明显变形。管件两端用塑料盖帽密封；3. 需符合QC/T664-200

32、4、QC/T666-2000和QC/T669-2000中的有关规定；4. 软管材料的燃烧特性应满足GB 8410-2006中3、4条款的规定； 3PTC总成1. 额定功率1400W，保证出风口温度50；2. 额定电压360V；3. 能经受恶劣的运行条件，可靠性好，有良好的抗振性；4. 冲击电流10A，安全性好，耐久性好，无异味；5. 启停：由外部开关信号控制，开关信号为(012)VDC信号； 6. PTC芯体外框能防高温高压。3.3.5 关键部件其他说明3.3.5.1 电动压缩机 根据匹配计算需要制冷量5.4KW。压缩机型号选择：目前市场上的电动压缩机的制冷量普遍偏小，南京奥特佳冷机有限公司现

33、有电动压缩机ATC-E26，制冷量在现有市场中属较大产品，且为控制器内置结构，为电动压缩机未来的发展方向。其性能曲线如图8所示：图8 ATC-E26电动压缩机的性能曲线3.3.5.2 电动压缩机技术要求压缩机电源要求：a)工作电压范围：300V-420VDC； b)额定输入电压：360VDC； c)额定输入功率：2437W； d)控制电源电压范围：9-15VDC； c)控制电源最大输入电流:500mA；压缩机电机参数： a)电机类型：直流无刷无传感器电机，6极； b)额定电压：360VDC； c)额定功率:2437W； d)额定转速:6500RPM； e)最小转速:1000RPM； f)转速误差:（1）（3）