基于电动汽车的上装取电功能开发

吴振磊， 叶 进

（南京依维柯汽车有限公司， 江苏 南京 211806）

1 概述

针对改装车市场，如何便捷、高效地为上装用电设备提供稳定的、具有一定功率的电源一直是一个难题。传统的供电解决方案一般有两种：一种是通过在车上增加发电设备来为上装用电设备进行供电，该方案如果想获得比较大功率的电源就需要增加比较大的发电机，会占据较大的车上空间，且发电机带来的噪声和污染问题无法解决；另外一种方案是通过增加外接市电电源，来为上装用电设备进行供电，但是这种方案只适合车辆处于停止状态，且周边比较容易获取市电电源的情况，适用场景也有局限。

随着新能源电动汽车的发展，电动汽车所携带电池能量也在不断的增加，基于电动汽车进行相应改装，通过电动汽车自身所带动力电池的能量来为上装用电设备提供电源成为了一种可能。本文主要描述了针对一款电动汽车进行改装设计，来实现电动汽车动力电池为上装设备供电的方法和设计过程。该方案使用电动汽车自带动力电池作为电源，节约了车上空间，噪声低、无污染，并且可以在车辆行驶及无外接市电电源时为上装用电设备供电，保证上装用电设备可以持续工作，极大地拓展了改装车辆的使用用途，丰富了改装车辆的使用场景。

表1 整车参数

2 上装用电计算

表1为所选的电动车基型车的参数，由表1可知，该车型所带电池总电量为90kWh，百公里电耗为30kWh。出于对电池系统的保护，车辆在SOC≤8%时，电池系统会进行放电功率的限制，故该款电动车在电量充满后，实际总可用电量Q总大概在80kWh左右。

根据市场调研，常用的改装车上装用电设备主要有：上装空调、冰箱、电脑及照明设备等，总的用电功率P大概在5kW。同时假设该车辆的日行驶里程为100km，即要预留30kWh的电量作为车辆行驶用电Q行。

根据上面的条件及相关的假设，通过公式可以算出，在预留了100km里程的行驶电量后，电动汽车的电池电量可以供5kW的上装用电设备持续工作时间T为10h。

如果工作时长降低或作业里程缩短，那么上装设备的功率还可以进一步提高，具体应根据市场需求来设计开发。

3 上装取电方案实现

3.1 电器架构设计

在高压配电箱增加一路上装供电输出，输出高压电连接到逆变设备，通过逆变设备转换为220V工频交流电来为上装用电设备供电。同时，在低压控制端增加一个上装开关，作为整车控制器 （VCU） 的信号输入，当上装开关连通时，VCU控制高压上装继电器闭合，并通过CAN通信使能逆变设备工作，上装供电输出；同理，当上装开关断开时，VCU控制高压上装继电器断开，并通过CAN通信使逆变设备停止工作，上装供电断开。具体电器架构原理图见图1。

图1 电器架构原理图

3.2 高压设计调整

给上装用电设备供电，要在高压供电部分增加一路上装用电的高压输出，具体设计调整方案见图2、图3，其中图2为调整前的不带上装输出的高压原理图，图3为调整后的带上装输出的高压原理图。

图2 不带上装输出

图3 带上装输出

高压配电箱的主要作用是：电池高压输入高压配电箱后，由高压配电箱进行多路供电配送。本项目根据调整后的高压原理图，重新设计开发了一款带上装输出接口的高压配电箱，具体结构形式见图4。

图4 带上装输出的高压配电箱

上装高压输出接口可把直流电输出到电源逆变设备，通过逆变设备转换成工频交流电来为需要工频市电的上装用电设备提供电源。

3.3 低压控制设计调整

为实现上装供电输出的主动控制，需要在低压控制线束上增加一路控制信号，辅助整车控制器判断操作人员的控制意图，本项目是通过增加一个上装开关来实现控制意图的输入，相应的低压电器原理见图5。

3.4 整车控制器（VCU） 软硬件调整

VCU是电动汽车的主控软件，上装供电的输出与断开控制也要纳入到VCU的管理范畴。根据图1的电器架构原理及图6的上装控制流程，在整车处于钥匙电KeyOn状态时，VCU会通过判断上装开关是否闭合来控制高压箱内的上装控制继电器的开断。

要实现上述控制，VCU硬件需要增加一路对上装开关信号采集电路，来检测上装开关的状态，根据上装开关状态来控制上装高压输出的通断。

图5 上装控制低压原理

图6 上装控制流程图

在VCU的控制策略中增加上装控制的模型，具体见图7，当VCU接收到上装开关有效，则VCU控制上装继电器闭合，且在延时1s后发送相应使能指令，控制后端的逆变电源设备工作，从而为上装用电设备供电。

图7 上装控制模型

4 设计验证

本项目开发车的电动改装车已完成车型公告目录的申报，并已经实现市场销售，上装取电功能得到了用户的认可好评。如图8所示。

图8 电动改装车