整车电气系统设计——高压系统框架略读

新用户12594065 2021-06-29

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整车电气系统（Automotive EE system）

文 | feynman.yang 来源 | 学习总结

这一周每天晚上都在给一个朋友梳理整车电气系统，他一个coder不想写code了，转行做了新势力的整车开发系统工程师，本身有着强大的功能开发和系统架构的能力，非得来挑战自我搞系统集成，趁着这个机会我也自己整理一下学习笔记，本来就是略读，因此都是基础概念，泛泛堆叠。

整车高压系统的组成：动力电池、PDU（BDU）、DC-DC、OBC、DC-AC、Motor（一般都是包含了减速器）、PTC Heater、A/C compressor、AC charger 和DC charger等设备组成，同时还有大量的高压附件，高压继电器、高压保险丝、高压导线以及连接器。

作为现阶段国内车企的主流发展方向 EV下的HV系统就显得尤为重要，相对IEC而言整个HV系统就变得简单了不少，接下来一一道来。

1、动力电池

对于EV车型的电源输入分为两个部分：高压动力电池和低压铅蓄电池（有部分车型中已经转换成锂电池）。

动力电池的组成一般情况下包含：

·MSD；

·电芯/模组

·电池内高压连接结构（汇流槽、高压连接器）

·电池温度传感器

·电池冷却系统等组成

2、PDU模块

PDU是PowerDistribution Unit的简称，PDU的功能是对高压系统的配电管理，为整车提供充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能，保护和监控高压系统的运行，PDU的存在并跟其他设备的集成造成了以它为中心的接线方式我们称之为“八爪鱼”。

PDU产品主要元器件：

继电器（高压继电器的种类和功能繁多，电流值从10A到300A不等）；
熔断器（对于每一个高压回路基本上都要设定对应的保险丝或者熔断器）；
预充电阻（预充回路对应的预充电阻，主要对电池系统进行上电瞬态冲击防护，是关乎预充系统的关键部件）；
电流采集元件（电流传感器和分流器，对于每一个通过PDU的电流值进行测量和监控）；
铜排（动力电池输出的电流在PDU中的分配依靠铜排进行传输）
连接器（高压连接器是对外输出电源的接口）

备注：BDU是Battery Disconnect Unit 电池包断路单元的简称，专为电池包内部设计，也是配电盒的一种，根据BDU在电池包的位置，可以分为电池箱内安装式和箱外安装式(也称为battery junction box)，一般情况下PDU和BDU的功能重叠，也就是不同的主机厂不同的设计思路来确定是PDU还是BDU的设计。

3、DC-DC convertor

DC-DC变换器（DC-DCconvertor）是将动力电池的高压直流电源转换成直流低电压的变换器。整车的高压系统的能量依靠DC-DC转换器来实现给低电压系统供电，根据实际的应用场景可以分为高压转12V（乘用车），高压转24V（商用车）.高压转48V（混动）三种主要的形式。

一类重要功能是为低电压系统提供所需的电力，正常燃油车的电源的输入是靠IEC带动的发电机给整个电气系统供电并给低压铅蓄电池充电，对于纯电车型而言，DC-DC convertor则替代了发电机的功能，也就是在高压上电的状态下是DC-DC convertor在给整个的低压系统供电，因此电气系统的平衡匹配来决定该车型平台的DC-DC 的输出功率（现阶段的主流车型平台的DC功率是2.5kW和3KW居多）；
另一类功能，是出现在复合电源系统中，与超级电容串联，起到调节电源输出，稳定母线电压的作用，一般这种场景主要是在混动车型中比较常见。
4、OBC 车载充电机

OBC是On-Board charger 车载充电机的简称，OBC的主要功能是在车辆进行交流充电的过程中，负责从外部输入的交流电（包含单相交流电和三相交流电）转换成直流高压电给车内的动力电池充电.

车载充电机主要的组成部分包括：输入端口，控制单元，功率单元，低压辅助单元和输出端口。

反向充电系统：车载充电机是安装在车端的充电机，因此设计的初衷是完成外部设备对车内的充电过程，但是在部分应用场景的需求下，OBC同时也开发出了对外充电的功能，也就是OBC在一定的场景下可以实现整车动力电池通过OBC对外输出交流电的功能。

5、DC-AC逆变器

DC-ACconvertor逆变器，车内高压系统的逆变器主要存在的目的是给驱动电机提供能量输出，驱动电机的电源是三相交流电，而动力电池输出的是直流高压电，因此需要逆变器把高压直流电转换成三相交流电给驱动电机提供动力输出。

5、PTC Heater

PTC是PositiveTemperature Coefficient的简称，这个是电加热系统，燃油车的空调系统中主要依靠IEC的热量来提供暖风，但是纯电动车中失去了IEC那就需要单独的热源，也就是PTC Heater。

6、A/C Compressor

A/C是AirConditioning的简称，这个是电动空调压缩机，燃油车的空调压缩机也是挂载在IEC上，但是纯电动车中失去了IEC那就需要能源输送给空调压缩机来工作，也就是A/C Compressor。

对于电动空调压缩机是存在低压（12V）和高压两种使用情况的，也就是有些车型在低压情况下也可以送冷风是因为车内存在低压电动空调压缩机；一般情况下上高压后才能使用是高压电动空调压缩机（当然VCU可以设定在高压上电，DC有输出的情况下才能启动12V的空调压缩机也是可以的），一般PTC和A/C都是高耗电设备，因此一般情况下为了保证低压蓄电池的电量充沛，也是要求PTC和A/C是挂载在高压系统下。

7、AC &DC Charger Device

慢充口是电的高压交流电，经过OBC单元进行转化，转后之后的高压直流电通过PDU（主要是控制慢充继电器和充电保险丝）来给动力电池充电。

快充口是高压直流快充，部分车企已经开始了800V快充的设计，整体的设计中分为两种思路：

快充口可以直接连接到动力电池，也就是动力电池部分会集成快充的继电器和快充保险丝，这种设计在一定程度上降低了整车线束的复杂度，同时对于整车设计中检修难度系数会变大，也需要在动力电池中给快充设立检修窗；
快充电路直接通过PDU来做继电器设计和充电电路的保险丝，PDU作为独立的模块可以便于检修，但是会增加线束的布置的复杂度，考验了整体布局的合理性，也就是我们所说的PDU会形成“八爪鱼”的布线。