陳國強 馮還紅 林裕鐘

（1.廈門城市職業(yè)學院，廈門 361008；2.廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，廈門 361023）

主題詞：純電動客車 暗電流 長尺度測量法 停運時長

1 前言

車輛長期停運時，暗電流（Dark Current）的存在導致汽車低壓蓄電池虧電，從而造成車輛起動困難或無法起動。

不同配置車型的車載電氣設備數(shù)量及其功率差異很大，盡管相關(guān)文獻對純電動乘用車和傳統(tǒng)動力客車的暗電流進行了一些探討[1-3]，也給出了業(yè)內(nèi)主流客車產(chǎn)品的整車暗電流參考上限29～71 mA[1]，但該上限范圍并不滿足純電動客車用戶的實際使用需求（待機時長偏短），行業(yè)內(nèi)暫未對純電動客車的整車暗電流展開詳細研究，對實車暗電流合理范圍暫未形成相關(guān)標準。當前亟待解決的問題包括：確定純電動客車的暗電流合理區(qū)間以及如何進行科學準確的計算；目前常用于檢測暗電流的普通萬用表和鉗形電流表[1,4]如何在純電動客車上使用，是否有其他方法進行精準測量；車輛下電后在保證低壓蓄電池不虧電的情況下如何延長停運時間。

純電動客車分為純電動公路客車和純電動公交客車，純電動公交客車存在客戶加裝定制化或個性化配置的情況，而純電動公路客車配置相對穩(wěn)定，因此本文選擇車身長度為6～12 m 的純電動公路客車為研究對象，并以6706Y純電非營運版（7 m）、6112Y純電營運版（11 m）2款車型作為典型車型，進行整車暗電流理論分析與實車驗證。

2 純電動客車暗電流理論分析

純電動客車的車載電氣設備不僅包含傳統(tǒng)客車中的低壓（24 V）電氣部件，還包括驅(qū)動電機控制器、動力電池管理系統(tǒng)、整車控制器、電池箱專用滅火器等，車載電氣設備越多，暗電流必然越大。為了便于分析，將車載電氣設備分為用電設備和供電設備，在暗電流產(chǎn)生的回路中低壓蓄電池為供電設備，其他車載電氣設備為用電設備。

2.1 用電設備供電模式分析

為了系統(tǒng)、準確地估算整車暗電流，需要先匯總純電動公路客車安裝的常用用電設備，并分析各用電設備的供電模式，包括常電供電（30）和ACC/ON擋電（15）供電。通常，由常電供電的用電設備在車輛熄火靜止狀態(tài)下才可能存在功耗。

經(jīng)對6～12 m純電動公路客車進行分析和統(tǒng)計[5]，用電設備供電模式如表1所示。

表1 用電設備供電模式統(tǒng)計

2.2 常電供電的用電設備潛在暗電流估算

由于暗電流只會由常電供電的用電設備產(chǎn)生，僅估算這些設備在車輛正常運行工況下的電流（正常工作電流）和車輛熄火靜止狀態(tài)下的電流（暗電流）并對其進行對比分析，如表2所示。

表2 常電用電設備工作電流與暗電流理論估算

由表2 分析可得：暗電流的來源主要是整車控制器、動力電池箱專用滅火器和車載通信終端（Telematics BOX，T-BOX）、行車記錄儀、防抱死制動系統(tǒng)（Antilock Brake System，ABS）/電子制動系統(tǒng)（Electronic Brake System，EBS）、CAN總線模塊等設備。

2.3 供電設備（蓄電池）暗電流估算

分析整車暗電流時還應該考慮蓄電池自放電，一般情況下，維護良好且充滿電的蓄電池在20～30 ℃的環(huán)境中開路擱置28天，其容量損失不應超過20%[6]。由此可計算出蓄電池的最大允許自放電電流：

式中，I0為蓄電池最大允許自放電電流均值；C為蓄電池額定容量；T0為蓄電池開路擱置時間。

由于2 款純電動車型配置的蓄電池標準容量分別為24 V、80 A·h 和24 V、135 A·h，由式（1）計算可得，6706Y 和6112Y 車型的最大允許自放電電流均值分別為24.0 mA和40.5 mA。

2.4 整車暗電流估算

由表2可知，部分用電設備的暗電流在不同車型上因配置或功能不同而存在差異。JT/T 1094—2016《營運客車安全技術(shù)條件》規(guī)定，用于經(jīng)營性旅客運輸?shù)目蛙噾渲锰簣缶b置、車內(nèi)外視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制（Electronic Stability Control，ESC）系統(tǒng)，車長大于9 m 的營運客車還應安裝車道偏離預警系統(tǒng)（Lane Departure Warning System，LDWS）和自動緊急制動（Automated Emergency Brake，AEB）系統(tǒng)[7]，為充分分析車輛配置對整車總暗電流的影響，選擇6706Y純電非營運版和6112Y 純電營運版作為分析對象。表3 所示為根據(jù)各自車型的配置情況對整車暗電流進行理論估算的結(jié)果。

表3 整車暗電流理論估算結(jié)果

根據(jù)表3數(shù)據(jù)計算可得整車暗電流In為：

式中，IK為各用電設備暗電流估計值。

由式（2）計算可得6706Y純電非營運版和6112Y純電營運版的整車暗電流估計值分別為約200 mA 和約295 mA。由此可以初步給出結(jié)論：純電動客車的合理暗電流應在200～290 mA范圍內(nèi)。

所有用電設備通過整車線束并聯(lián)或串聯(lián)裝配在實車上以后，受電磁干擾、接插件松動、接地不良等因素影響，車輛的實際暗電流與理論估算結(jié)果存在偏差，因此有必要開展暗電流實車測試以驗證以上理論分析的科學性和準確性。

3 純電動客車暗電流測量方法

3.1 常規(guī)測量方法

目前，行業(yè)常用的暗電流測量方法有2 種[1,4]：直接測量法，即使用普通萬用表進行檢測，電路示意如圖1所示；間接測量法，即使用鉗形電流表進行檢測，電路示意如圖2 所示。根據(jù)GB 7258—2017《機動車運行安全技術(shù)條件》要求，車長大于等于6 m 的客車還應設置手動機械斷電開關(guān)，以便必要時切斷蓄電池和所有電路的連接[8]，在純電動客車的暗電流常規(guī)檢測方法設計中也可以利用此開關(guān)。

圖1 普通萬用表測量法示意

圖2 鉗形電流表測量法示意

直接測量法的普通萬用表準確度等級一般可達到0.5 級，檢測數(shù)據(jù)相對準確，但檢測過程相對費時、費力，一般不使用此方法測量暗電流；間接測量法雖簡單省力，但受鉗形電流表準確度（一般為2.5 級）影響，檢測數(shù)據(jù)不夠準確。同時，2 種方法都只能人工記錄“瞬時”值，無法實時記錄、分析暗電流的動態(tài)變化過程。

總結(jié)以上2種方法的優(yōu)缺點，本文提出長尺度測量法，便于檢測和研究純電動客車暗電流及其變化規(guī)律。

3.2 長尺度測量法

長尺度測量法是實時動態(tài)監(jiān)控和記錄暗電流的檢測方案，使用的硬件主要由可長時間記錄測量數(shù)據(jù)的測試主機（電功率測試儀WT3000，見圖3）和可套入蓄電池電纜線的測量模塊（HIT200，含有霍爾電流傳感器，利用高精度電磁感應原理測量電流，見圖4）構(gòu)成，電路連接如圖5所示。測試過程中，測試主機可以實時記錄并存儲蓄電池的電流和電壓變化情況，測量精度可達0.15級或0.02級[9-10]。

圖3 電功率測試儀WT3000

圖4 測量模塊HIT200

圖5 長尺度測量法電路連接示意

根據(jù)圖5的電路連接情況，先做好準備工作：

a.車輛停車熄火（點火開關(guān)ON 擋至ACC 擋位）3～5 min 后關(guān)閉車輛全部用電設備，將點火開關(guān)轉(zhuǎn)至OFF 擋位；

b.斷開蓄電池手閘總開關(guān)；

c.將測量模塊套接在車輛蓄電池接線柱的負極電纜上，測量模塊通過測量電纜線接入測試主機；

d.2根電纜線分別連接蓄電池的正、負極與測試主機，測量蓄電池電壓；

e.將點火開關(guān)轉(zhuǎn)至ON 擋位，打開車上部分用電設備，確認測試主機能正常采集到電流、電壓信號；

f.關(guān)閉車輛全部用電設備，將點火開關(guān)轉(zhuǎn)至OFF擋位，斷開蓄電池手閘總開關(guān)。

準備工作完成后，按圖6所示流程完成測試。

圖6 長尺度測量法檢測流程

4 實車驗證與數(shù)據(jù)分析

為了驗證長尺度測量法的可行性、科學性和準確性，選擇滿足表3配置的2款車型車輛作為試驗對象，按長尺度測量法的檢測流程完成暗電流的實車測試。6706Y純電動車型的測試狀態(tài)如圖7所示。

圖7 6706Y純電測試狀態(tài)

完成實車測試后，分析WT300 主機采集到的多次測量數(shù)據(jù)，2款車型的暗電流數(shù)據(jù)和蓄電池電壓變化情況如圖8～圖11所示。

圖8 6706Y純電非營運版暗電流

圖9 6706Y純電非營運版蓄電池電壓

圖10 6112Y純電營運版暗電流

圖11 6112Y純電營運版蓄電池電壓

分析以上2 款車型的測試結(jié)果，存在如下共同特點：

a.手閘開關(guān)閉合后整車電路才能形成回路，閉合瞬間電流和電壓存在突變，但閉合3 s 后基本可快速進入數(shù)值穩(wěn)定階段；

b.穩(wěn)定區(qū)間電壓波動僅為±0.01 V，而蓄電池總電壓在25 V左右，可忽略電壓波動對暗電流的影響；

c.5 s后6次試驗的暗電流數(shù)據(jù)趨于一致，確認該車型的暗電流真實值可先單次測試5～30 s，將所有數(shù)據(jù)的平均值作為單次暗電流試驗均值，再對6次試驗的均值求平均值。

為便于客觀評價理論估算方法的科學性和長尺度測量法所得數(shù)據(jù)的可靠性，進行實車試驗值與理論估算結(jié)果的對比，如表4所示。

表4 實車試驗結(jié)果與理論估算對比

由表4可知，長尺度測量法的數(shù)據(jù)獲取具有平穩(wěn)性和精準性，實際測試均值小于理論估值符合預期，且偏差率小于8%，證明基于長尺度測量法的暗電流測試方案是可行的。

5 實車應用

基于長尺度測量法的結(jié)果，可以進一步將理論分析推算的純電動客車（6～12 m）的合理暗電流范圍（200～295 mA）修訂為180～280 mA。由此可以實現(xiàn)車輛停運時長的準確評估。

鉛酸蓄電池放電深度對電池壽命影響較大，當放電深度大于50%，電池的循環(huán)壽命將降低到1 000 次以下。為保證車輛能正常起動并保證蓄電池壽命，蓄電池剩余容量應不小于其額定容量的50%，則車輛最大停運時間T1可計算為：

根據(jù)式（3）可以計算出2種車型在各自標配蓄電池容量下所允許的停運時長，如表5所示，其中暗電流In取表4的試驗均值。

表5 車輛停運時長估算

由表5可得，純電動客車（6～12 m）的正常停運時長約為9～10 晝夜，而如果參考傳統(tǒng)動力客車暗電流上限評估車輛停運時長時，將會達到40 個晝夜[1]，遠大于實際能力。

對于非標配車型（尤其是純電動公交客車），由于新增的用電設備可能導致整車暗電流增加，待機時長還會相應縮短。建議的解決方案為：

a.在設計階段對整車暗電流可能的增長態(tài)勢進行限制，按表1和表2分別統(tǒng)計用電設備的供電模式和常電用電設備的暗電流，對新增設備提出暗電流控制要求，有效控制常電供電設備的數(shù)量，按表3 進行整車暗電流估算，達到有效控制暗電流目的；

b.如果無法控制整車暗電流的增加，根據(jù)表5通過適當提高供電設備功率，即增加蓄電池容量來彌補，使車輛允許停運時長不少于9個晝夜。

6 結(jié)束語

本文通過對2 款典型純電動客車的整車暗電流進行理論計算并結(jié)合長尺度測量法實車測試結(jié)果，給出了純電動客車（6～12 m）整車暗電流的合理范圍為180～280 mA，從而推算在不關(guān)閉整車蓄電池總開關(guān)的條件下可停運時長約9～10 個晝夜，并給出了通過優(yōu)化電氣設計延長停運時長的方案。