車載復(fù)合電源技術(shù)指南

1車載復(fù)合電源技術(shù)指南1適用范圍本文件規(guī)定了車載復(fù)合電源設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)的技術(shù)，適用以下應(yīng)用場(chǎng)景。（1）-35℃--41℃環(huán)境溫度下，車載復(fù)合電源可以對(duì)啟動(dòng)機(jī)放電，輔助啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；（2）常溫下電池虧電時(shí)，車載復(fù)合電源可以從蓄電池借電，依靠車載復(fù)合電源對(duì)啟動(dòng)機(jī)放電，輔助啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；（3）副啟動(dòng)插座總成接入電源后，車載復(fù)合電源與蓄電池并聯(lián)，依靠副啟動(dòng)電源啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；（4）正常工況時(shí)，車載復(fù)合電源與蓄電池并聯(lián)，改善電源品質(zhì)。2規(guī)范性引用文件GB/T28046.2道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第2部分：電氣負(fù)荷GB/T28046.3道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第3部分：機(jī)械負(fù)荷GJB150.2A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第2部分：低氣壓（高度）試驗(yàn)GJB150.3A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第3部分：高溫試驗(yàn)GJB150.4A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第4部分：低溫試驗(yàn)GJB150.5A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第5部分：溫度沖擊試驗(yàn)GJB150.9A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第9部分：濕熱試驗(yàn)GJB150.11A軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第11部分：鹽霧試驗(yàn)QC/T413汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件QC/T741車用超級(jí)電容器QC/T695汽車通用繼電器3術(shù)語(yǔ)和定義3.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2圖1電容總成控制器核心系統(tǒng)控制電路結(jié)構(gòu)汽車輔助電源控制器主要功能是：實(shí)現(xiàn)復(fù)合電源狀態(tài)檢測(cè)、工作模式判斷、軟啟動(dòng)控制、ON檔狀態(tài)控制、并聯(lián)檔狀態(tài)控制、啟動(dòng)檔狀態(tài)控制、狀態(tài)保護(hù)等功能。3.2操作電路接線圖圖2超級(jí)電容總成接線示意圖4技術(shù)要求4.1產(chǎn)品定義關(guān)鍵安裝尺寸：240mm×136mm，4×?11mm；外形輪廓尺寸：260mm（max）×156mm（max）×150mm（max）；電纜連接接口：正極M10螺栓，負(fù)極M8螺栓；產(chǎn)品重量：≤5.5kg；防護(hù)等級(jí)：IP57；4.2常態(tài)工作環(huán)境相對(duì)濕度：5%~95%（+25℃)氣壓：53kPa~106kPa海拔：最大5000m3標(biāo)稱電壓：24V工作電壓：12V-32V工作溫度：-41℃-85℃存儲(chǔ)溫度：-41℃-105℃4.3可靠性及安全性要求產(chǎn)品應(yīng)經(jīng)受不少于5萬(wàn)次輔助起動(dòng)循環(huán)（上電—升壓—放電—下電）。產(chǎn)品可靠性要求平均無(wú)故障間隔時(shí)間3000h。產(chǎn)品維修性要求平均修復(fù)時(shí)間不大于30min。電容器安全性需符合QC/T741的規(guī)定。4.4技術(shù)參數(shù)要求表1基本技術(shù)參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目參數(shù)要求1額定電壓2最大放電電流3靜電容量4儲(chǔ)存能量≥4.2W·h5≤40mΩ@25℃,≤50mΩ@-41℃6電壓保持能力≥98%（30min）5功能定義5.1預(yù)充電狀態(tài)輸入狀態(tài)：ON_SIG高電平，CHARGE_EN低電平，START_SIG低電平；回路狀態(tài)：CK1閉合，CK2閉合，CK3斷開(kāi)；輸出狀態(tài)：PARA_STATE低電平，CHARGE_FULL低電平；功能描述：ON_SIG控制復(fù)合電源控制器模塊上電，超級(jí)電容與蓄電池并聯(lián)。4圖3預(yù)充電狀態(tài)邏輯時(shí)序圖5.2升壓充電狀態(tài)輸入狀態(tài)：ON_SIG高電平，CHARGE_EN高電平，START_SIG低電平；回路狀態(tài)：CK1閉合，CK2斷開(kāi)，CK3閉合；輸出狀態(tài)：PARA_STATE按時(shí)序由低電平變?yōu)楦唠娖?，CHARGE_FULL按時(shí)序由低電平變?yōu)楦唠娖?；功能描述：CHARGE_EN使能復(fù)合電源進(jìn)入升壓狀態(tài)，升壓DCDC提升超級(jí)電容電壓。備注：（1）按輸入信號(hào)時(shí)序邏輯工作；（2）T1要求不超過(guò)3min；T1時(shí)間段以事件（超級(jí)電容電壓達(dá)到32V）結(jié)束；（3）T2為滿充維持時(shí)間段，持續(xù)30min；T2結(jié)束后，產(chǎn)品進(jìn)入初始狀態(tài)；（4）若T1時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)CHARGE_EN的低電平狀態(tài)，產(chǎn)品提前結(jié)束升壓狀態(tài)，進(jìn)入初始狀態(tài)；（5）若需要重新進(jìn)入升壓狀態(tài)，需重置CHARGE_EN信號(hào)。圖4升壓充電狀態(tài)邏輯時(shí)序圖55.3輔助啟動(dòng)狀態(tài)輸入狀態(tài)：ON_SIG高電平，CHARGE_EN高電平，START_SIG高電平；回路狀態(tài)：CK1閉合，CK2閉合，CK3斷開(kāi)；輸出狀態(tài)：PARA_STATE按時(shí)序由高電平變?yōu)榈碗娖?，CHARGE_FULL按時(shí)序由高電平變?yōu)榈碗娖?；功能描述：ON_SIG信號(hào)觸發(fā)升壓后超級(jí)電容向電網(wǎng)回饋能量。備注：（1）按輸入信號(hào)時(shí)序邏輯工作；（2）T2時(shí)間段內(nèi)，ON_SIG為高電平，T2時(shí)間段提前結(jié)束；超級(jí)電容回饋能量后，產(chǎn)品進(jìn)入初始狀態(tài)；圖5輔助啟動(dòng)狀態(tài)邏輯時(shí)序圖（3）啟動(dòng)輔助延時(shí)控制器模塊根據(jù)外界環(huán)境溫度T智能調(diào)節(jié)CK2閉合的延遲時(shí)間t，時(shí)間隨溫度的變化函數(shù)為t=f(T)（t可直接默認(rèn)為2s）。6圖6啟動(dòng)延時(shí)狀態(tài)邏輯時(shí)序圖5.4副啟動(dòng)電源接入狀態(tài)輸入狀態(tài)：ON_SIG高電平，CHARGE_EN低電平，START_SIG低電平；回路狀態(tài)：CK1閉合，CK2閉合，CK3斷開(kāi)；輸出狀態(tài)：PARA_STATE低電平，CHARGE_FULL低電平；功能描述：ON_SIG控制復(fù)合電源控制器模塊上電，超級(jí)電容與蓄電池并聯(lián)。圖7副啟動(dòng)電源接入狀態(tài)邏輯時(shí)序圖5.5功能示例（1）SRART_SIG先于CHARGE_FULL置高電平前輸入為高電平，升壓狀態(tài)提前結(jié)束，啟動(dòng)輔助不成功；（2）CHARGE_EN先置位低電平，再置位高電平后，重啟升壓和啟動(dòng)輔助功能時(shí)序。7圖8功能示例邏輯時(shí)序圖6測(cè)試方法6.1功能測(cè)試臺(tái)按圖9搭建功能測(cè)試臺(tái)，要求如下：1）可調(diào)電源：電壓調(diào)節(jié)范圍12-36VDC；2）可調(diào)負(fù)載：帶載能力大于500A；帶程序控制，負(fù)載切換時(shí)間不大于0.1s；3）控制開(kāi)關(guān)K1、K2、K3：工作最高電壓36VDC；通流能力不小于500mA；4）指示燈L1、L2：工作最高電壓36VDC；工作電流不大于150mA可外部串聯(lián)電阻）5）控制開(kāi)關(guān)K：工作最高電壓36VDC；通流能力不小于500A；6）示波器/AD采集設(shè)備：測(cè)量范圍0-36VDC；采樣（數(shù)據(jù)保存）頻率不小于10Hz；7）電流傳感器：測(cè)量量程不小于[0,600]A；監(jiān)控放電過(guò)程，分辨率不大于0.1A。備注1）圖9為示例樣圖，其它可以滿足測(cè)試要求的方案也可接受2）若滿足量程和分辨率條件下，可以減少一個(gè)電流采集；（3）所有采集信號(hào)要求時(shí)間同步，同步誤差不超過(guò)10ms。8圖9功能測(cè)試臺(tái)6.2功能測(cè)試6.2.1電容器靜電容量測(cè)試1）按照QC/T741-20146.2.4項(xiàng)目對(duì)電容器進(jìn)行測(cè)試；2）項(xiàng)目設(shè)置：額定電壓為32V；恒定電流為10A；最低工作電壓為0V；3）全程記錄U/I/——t數(shù)據(jù)，要求采樣頻率不小于10Hz；結(jié)果精確到0.01F。6.2.2電容器儲(chǔ)存能量測(cè)試1）按照QC/T741-20146.2.5項(xiàng)目對(duì)電容器進(jìn)行測(cè)試；2）項(xiàng)目設(shè)置：額定電壓為32V；恒定電流為10A；最低工作電壓為0V；3）全程記錄U/I/——t數(shù)據(jù)，要求采樣頻率不小于10Hz；結(jié)果精確到0.01W·h。6.2.3電容器內(nèi)阻測(cè)試1）按照QC/T741-20146.2.6項(xiàng)目對(duì)電容器進(jìn)行測(cè)試；2）項(xiàng)目設(shè)置：額定電壓為32V；恒定電流為10A；最低工作電壓為0V；3）全程記錄U/I/——t數(shù)據(jù)，要求采樣頻率不小于10Hz；結(jié)果精確到0.1mohm。6.2.4電容器電壓保持能力（30min）測(cè)試1）項(xiàng)目設(shè)置：額定電壓為32V；恒定電流為10A；最低工作電壓為0V；2）選擇開(kāi)路靜置30min后的端電壓，后結(jié)束單次試驗(yàn)；其余按照QC/T741-20146.2.6項(xiàng)目對(duì)電容器進(jìn)行測(cè)試；3）全程記錄U/I/——t數(shù)據(jù)，要求采樣頻率不小于10Hz；結(jié)果精確到0.01%。96.2.5充電時(shí)間測(cè)試1）按功能測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行，記錄CHARGE_EN信號(hào)輸入高到CHARGE_FULL輸出高的時(shí)間；2）后續(xù)進(jìn)行放電測(cè)試，若放電初始電壓低于31.5V；需重新進(jìn)行測(cè)試。6.2.6放電能力測(cè)試1）按功能操作，使超級(jí)電容充電完成（指示燈L2點(diǎn)亮）；2）按功能操作，進(jìn)入輔助啟動(dòng)；電子負(fù)載輸出設(shè)置按圖2執(zhí)行tr、td不超過(guò)0.1s）3）記錄加載400A后的輸出電壓。（放電過(guò)程中控制開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)）圖10可調(diào)負(fù)載工作圖7.1試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)（1）GB/T28046.1《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第1部分一般規(guī)定》；（2）GB/T28046.2《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第2部分電氣（3）GB/T28046.3《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第3部分機(jī)械負(fù)荷》；（4）GB/T28046.4《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗(yàn)第4部分氣候負(fù)荷》；（5）GJB151B-2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》。7.2試驗(yàn)項(xiàng)目及要求表2試驗(yàn)項(xiàng)目及要求序號(hào)試驗(yàn)名稱試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)方法判定基準(zhǔn)備注1直流供電電壓檢驗(yàn)設(shè)備在最低和最高供電按照GB/T28046.2表2中給出的供電電滿足GB/T28046.1中定義的A級(jí)電壓范圍內(nèi)的功能壓范圍試驗(yàn)2過(guò)電壓模擬發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器失效引起的發(fā)電機(jī)輸出電壓上升到高于正常電壓在加熱箱中將DUT加熱到壓，持續(xù)60min。滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)3疊加交流電壓模擬直流供電下的紋波電壓按照GB/T28046.2中4.4.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)，嚴(yán)酷度等級(jí)2級(jí)滿足GB/T28046.1中定義的A級(jí)4供電電壓緩降和緩升模擬蓄電池逐漸放電和充電按照GB/T28046.2中4.5.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)在GB/T28046.2表2供電電壓范圍內(nèi)滿足GB/T28046.1中定義的A級(jí)，在GB/T28046.2表2供電電壓范圍外滿足GB/T5供電電壓瞬態(tài)變化供電電壓瞬時(shí)下降模擬另一電路內(nèi)的常規(guī)熔斷件熔化時(shí)造成的影響按照GB/T28046.2中4.6.1.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)脈沖采用圖5滿足GB/T28046.1中定義的B級(jí)對(duì)電壓劇降的復(fù)位性能檢驗(yàn)復(fù)位功能按照GB/T28046.2中4.6.2.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)6啟動(dòng)特性檢驗(yàn)DUT在啟動(dòng)時(shí)和啟動(dòng)后的特性按照GB/T28046.2中4.6.3.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)，采用圖7和表4給出啟動(dòng)特性參車輛啟動(dòng)期間有關(guān)的DUT功能應(yīng)滿足GB/T級(jí)，其它按表4進(jìn)行數(shù)確定。7反向電壓檢驗(yàn)DUT在蓄電池反接后的抵御能力按照GB/T28046.2中4.7.2.1條和4.7.2.3條要求進(jìn)行試驗(yàn)恢復(fù)正常的熔斷器連接后，功能狀態(tài)應(yīng)能滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)8開(kāi)路試驗(yàn)單線斷開(kāi)模擬一根線斷開(kāi)的電路條件按照GB/T28046.2中4.9.1.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)斷開(kāi)確保DUT在遭受多條線路突然斷路下功能狀態(tài)能達(dá)到規(guī)定的要求按照GB/T28046.2中4.9.2.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)9短路保護(hù)信號(hào)模擬裝置的輸入端和輸出端電路短路按照GB/T28046.2中4.10.2.1條要求進(jìn)行試驗(yàn)滿足GB/T28046.1中定義的C級(jí)耐電壓確保電介質(zhì)的絕緣耐壓能力按照GB/T28046.2中4.11.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T級(jí)，試驗(yàn)中不得出現(xiàn)擊穿和閃絡(luò)絕緣電阻用于檢驗(yàn)系統(tǒng)和材料的絕緣性能按照GB/T28046.2中4.12.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)絕緣電阻大于10MΩ振動(dòng)試驗(yàn)檢驗(yàn)DUT因受振動(dòng)導(dǎo)致的故障和損壞按照GB/T28046.3中4.1.2.8.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)不允許出現(xiàn)損壞。在GB/T28046.1定義的工作模式3.2下達(dá)到功能狀態(tài)A，其他工作模式下達(dá)到功能狀態(tài)機(jī)械機(jī)械沖擊試驗(yàn)檢驗(yàn)DUT受到機(jī)械沖擊導(dǎo)致的失效和損壞按照GB/T28046.3中4.2.2.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T28046.1中定義的A級(jí)檢驗(yàn)DUT因自由按照GB/T28046.3不允許有隱性損壞，跌落導(dǎo)致的失效和損壞中4.3.2條要求進(jìn)行試驗(yàn)在不影響DUT性能的情況下允許外殼有微小損壞，正常性能將在試驗(yàn)后證實(shí)。功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T28046.1定義的C級(jí)低溫試驗(yàn)貯存模擬DUT暴露在低溫不帶電工作狀態(tài)，如系統(tǒng)/組件裝運(yùn)期除DUT技術(shù)條件另有規(guī)定，在低溫-43℃按GB/T2423.1進(jìn)行工作模式為1.1。功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T28046.1定義的C級(jí)氣候運(yùn)行模擬DUT暴露在低溫帶電工作狀態(tài)，如系統(tǒng)/組件使用于很低的環(huán)境溫度。按GB/T2423.1進(jìn)行工作模式為GB/T28046.1定義的3.2。功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T28046.1定義的A級(jí)高溫試驗(yàn)貯存模擬DUT暴露在高溫不帶電工作狀態(tài)，如系統(tǒng)/組件裝運(yùn)期除DUT技術(shù)條件另有規(guī)定，在105℃高溫干熱下按GB/T2423.2進(jìn)行試驗(yàn)，持續(xù)48h。DUT工作模功能狀態(tài)應(yīng)達(dá)到GB/T28046.1定義的C級(jí)運(yùn)行模擬DUT暴露在高溫帶電工作狀態(tài)，如系統(tǒng)/組件使用于很高的環(huán)境溫度。在Tmax（105℃)高溫干熱下按GB/T2423.2進(jìn)行試驗(yàn)，持續(xù)96h。DUT工作模式為GB/T