王 祥 郝宝青 杨卫松
(上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海 200438
)摘要：随着消费升级与国民收入水平的提高[1]
，中国房车行业得到了快速发展㊂目前通常采用的
行车发电方式是额外增加1个12V 的发电机，但这依然不能满足房车电能的需求㊂智能双发电能管理系统创新性地改变了原有的P 0架构，整车电网变成了12V+48V 的双发电架构㊂通过整车控制器，根据48V 磷酸铁锂电池的电量状态与整车用电需求，智能控制12V 发电机㊁48V 起动发电一体机的状态与发电功率，以此满足房车电能的需求，做到了 行车2h ，用电24h ，摆脱了对营地的依赖，做到了技术创新与市场需求的结合㊂
关键词：房车;48V 磷酸铁锂电池;
整车控制器；智能双发电能管理0 前言随着消费升级㊁国民收入水平的提高㊁旅游观念的改变，以及国家政策的引导，尤其是最近几年自驾游的蓬勃发展，中国房车行业得以充分发展㊂图1为
2017 2020年中国房车产销量统计示意图
㊂
真空集热管
图1 2017 2020年中国房车产销量统计
红外线烘干箱
与普通的车辆不同，房车需要停靠在专门的房车营地以获取补给㊂房车营地作为房车旅行闭环中的基础设施，要满足房车的水电需求㊂
由于国内房车营地的短缺，房车旅游成本高昂，便利性较差，庞大的自驾出行爱好者很难转化为房车潜在购买人㊂
据统计数据显示，截至2019年12月,
全国共有1452个房车营地，其中已建成营地1152个,
在建营地330个㊂与此同时,
欧洲㊁美国等地区和国家的房车已得到大规模推行，营地数量均接近3万个㊂1 国内房车电能系统现状
房车营地之所以会成为制约房车发展的关键因素，主要是因为房车需要在营地获得水电补给，尤其是电能的补给㊂
由于我国目前的营地建设明显跟不上房车的发展，房车出厂时基本都会加大电池总容量㊂但是，房车本身承载能力有限，所以电池容量并非越大越好㊂
房车的电能系统主要分为发电系统㊁储存系统和用电系统3个部分㊂
1.1 发电系统房车上常见的发电方式包括汽车发电机充电㊁市电充电和太阳能充电㊂ 汽车发电机充电是房车上最有效的充电方式，在发动机工作时，利用车上自带的发电机，对生活电池进行充电㊂行车充电的特性是充电电流大，能快速有效地对电能不足的电池进行充电㊂
市电充电是指房车在营地或者停车点，利用民用220V 交流电或者电动汽车充电站对蓄电池进行快速有效的充电㊂由于目前国内房车营地数量不多，这种充电方式在旅行中使用率并不高㊂
太阳能充电是在房车的车顶铺装太阳能板，对蓄电池进行充电㊂由于车顶的面积有限，并且受天气影
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响较大㊂阴雨天基本无法充电，同时电池板也不能受到遮挡，车辆停在车库或树下同样无法充电，所以太阳能充电只能作为1种辅助手段㊂然而,3种充电方式都有存在的必要性㊂行车充电可以利用发动机自身装配的发电机来进行，只需要发电机和蓄电池之间具有有效的电路连接㊂但是，随着房车用电功率的提升，行车充电功率已难以满足房车用电需求㊂
1.2储能系统
房车上使用的储能电池一般分为铅酸电池和磷酸铁锂电池[2]㊂由于铅酸电池的体积大㊁质量大，放电性能较差，且能量密度较低，已难以满足房车用电需求㊂
磷酸铁锂电池是锂电池中的1种，其安全性高于三元锂电池，且能量密度较高[3]㊂目前，该类电池正在逐步成为房车市场储能电池的主流(图2)㊂
图2磷酸铁锂电池
不论房车是选择铅酸电池还是锂电池，都需要达到一定的容量，将行车时发电机产生的电能及太阳能充电系统产生的电能存储起来，才能在房车上使用㊂1.3用电系统
房车上的电路可分为低压电部分和220V高压电2部分㊂房车大多采用12V的低压电作为室内外照明，同时配备有水泵㊁冰箱和部分小功率电器设备的电源等㊂一些大功率的电器则采用220V的电压，如空
调㊁微波炉㊁电磁炉㊁电视机㊁洗衣机等，所以房车的电路其实是2种不同电压的混合电路㊂
房车之所以对营地依赖性较高，主要由于行车充电电流有限，无法满足房车日益增长的用电需求㊂铅酸储能电池能量密度较低，同样无法满足房车日益增长的用电需求㊂
2智能双发电能管理系统
国内营地化的不足制约着房车市场的发展，而去营地化的关键在于提升发电机的功率和储能电池的能量密度，即从铅酸电池向磷酸铁锂电池逐步进行升级㊂发电机的发电功率除了满足底盘车的电能需求之外，还须满足上装部分的电能需求，磷酸铁锂储能电池的容量需要满足7~8h左右的生活用电要求㊂
2.1需求管理
发电机的发电功率须满足整个房车的电能需求㊂表1是典型的房车上部分电能需求，用电功率约3k W 左右㊂这说明在满足电量平衡的前提下，发电机除了满足底盘车电能需求外，还需要额外提供约3k W左右的功率，而这是底盘车自带的12V发电机无法满足的㊂
表1房车用电功率需求
电压平台电器用电功率/W
12V电器
普通照明100
氛围照明100
室外照明100
排风扇100
冰箱50
影音娱乐系统60
电池驱动30
其他电源等50
48V电器驻车空调1000
220V电器电磁炉800
交流插座400
合计2790针对于此，目前市场上有几种解决方案，例如加装额外的汽油机，或者采用原厂自带的双12V发电机㊂2种方案的对比如表2所示㊂
这2种方案的弊端均非常明显，包括噪声大㊁成本高㊁携带汽油不便，或者无法满足房车全部的电能需求等方面㊂不仅如此，不管采用外置汽油机，或者双12 V发电机的方式，所用电瓶基本为12V电压平台，如要逆变为220V，存在转化效率低㊁发热量大等问题，有较大的安全隐患㊂
表2两种发电方案的对比
项目外置汽油机
双12V发电机
(原发动机增加12V发电机)能否满足电能需
求
可以满足部分可以满足
成本约1.5~2.0万元约5000元
弊端
噪声大，携带
汽油不便
无法完全满足
电能需求，需原厂匹配对标房车
华晨㊁
凯伦宾威㊁
亚特等
依维柯N e w D a i l y
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2.2 智能双发电能管理系统架构
针对当前市场需求，以及对未来整车电压平台不断提升的发展预测，大通房车开发了48V 电网系统，形成了完整的发电㊁储能㊁用电，以及电压逆变体系，可以满足房车12V ㊁48V ㊁220V 等不同电压平台的用电需求，满足用户 去营地化 的要求㊂图3示出了智能
双发电能管理系统架构㊂
在这种智能双发电能管理系统中，能源系统分为3
个组成部分，分别是供电系统㊁储能系统㊁用电系统㊂这3个组成部分通过整车控制器(V C U )实现能量的管理和分配㊂
图3 智能双发电能管理系统架构
供电系统有底盘车12V 发动机㊁
充电㊁太阳能板㊁48V 起动发电一体机㊂太阳能板依赖于天气，充电则依赖于营地电源，只有12V 发电机和48V 起
动发电一体机可以成为满足全天候去营地化的供电单元㊂前者的设计开发是为了满足底盘车基本用电，而后者才是整个系统的核心㊂
储能系统有底盘车12V 铅酸电池，容量约70A ㊃h ，以及48V 磷酸铁锂电池，容量约150A ㊃h ,
总能量约7.2k W ㊃h ㊂该储能电池按照高压电池规范选取了继
废气净化装置电器㊁保险丝㊁电流传感器等，并且严格按照高压电池规范验证了电芯㊁电池包的热失控试验，有效保证了安全性㊂
用电系统有12V 负荷,
例如冰箱㊁灯光等，也有220V 常规用电负荷,
例如插座㊁电磁炉等㊂同时，为了降低逆变过程中的能量损耗，大通房车单独配备了48V 高效变频驻车空调，由48V 储能电池直接驱动㊂而且，用电系统通过充电逆变一体机实现48~220V
的升压过程，以及48~12V 的降压过程，以此来满足不同电压平台的用电需求㊂
2.3 不同工况下的电能管理策略
智能双发电能管理系统的核心零部件为48V 起
动发电一体机，其发电功率需要满足房车的电平衡需求(图4)，并且能对底盘车的起动电瓶有一定的能量补充，以此来提高底盘车电瓶的使用寿命㊂
在智能双发电能管理系统中，通过标定电机稳态
发电特性，提高了电机在转速3000~6000r /m i n 之
间的持续功率㊂通过测试发现，电机在房车常规使用工况点，持续发电功率维持在2.25~5.00k W ，以满足常规的用电需求㊂
需要注意的是，发动机和48V 起动发电一体机轮
系速比为1ʒ3，因此3000~6000r /m i n 的发电机转速所对应的发动机转速为1000~2000r /m i n
，并且为常用工况点
㊂
图4 48V 起动发电一体机持续发电功率
在行车过程中，为保持电量平衡，智能双发电能管
理系统通过V C U ，对原发动机自带的12V 发电机和
48V 起动发电一体机的发电策略进行管理,
并且通过48-12V 直流转换器(D C /D C )对底盘车充电，保证底盘车12V 铅酸电池始终处于满电状态，使基型车的起动安全性有了很大的提升㊂
在车辆正常行驶中,V C U 根据电池荷电状态
(S O C )状态，结合发动机运行工况点[4]火车鹤管
，控制48V 起动发电一体机的发电电流，在满足整车行驶过程中用
电需求基础上，依然有富余功率给电池充电㊂
充电逻辑如下：从充电时刻开始23.476s 后,
当电池S O C 低于42.6%,48V 起发电一体机以56.0A 的电流开始给电池充电，在充电结束前的5459.96s
电子档案袋，除了满足整车各种负荷需求之外，电池电量被充到76.6%㊂整个过程用时1.5h 左右，车辆正常行驶，无任何负面影响，并且因为48V 起动发电一体机是安装68
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在整车前部，可以借助于整车的隔音措施，因此整个过程无噪声-振动-平顺性(N V H )
问题㊂房车由于用电负荷比较多，产生的电耗较大，如果不与底盘车的起动电瓶做好隔离，很容易造成基型车起动电瓶损坏，进而导致起动困难等情况发生㊂针对于此，房车智能双发电能管理系统通过48-12
V D C /D C 在发动机起动瞬间，将48V 磷酸铁锂电池的电流进行逆变处理，并传输到12V 起动电瓶里㊂在发动机起动瞬间，逆变电流可以达到132A ，这可以有效解决起动瞬间底盘车的电流冲击㊂
为验证48V 起动发电一体机在发动机全生命运
行周期电平衡的情况，研究人员测试了在循环工况下的发电量㊂将发动机在台架上按照图5的工况运行
800h ，每循环为5个小节，每小节约1h ，共运行160
循环，并统计每循环发电量，循环发电量与运行时间的关系见图6
㊂
图5 发动机每小节循环转速及负荷图
试验结果表明，在5h 循环中,48V 起动发电一体
机单独发电量约为14k W ㊃h ，平均发电量为2.8k W ㊃h ，这与前述的房车用电需求基本一致㊂这也说明大通房车智能双发电能管理系统在保证系统安全性的前提下,
充分满足了用电需求
㊂
辐射取暖器图6 循环发电量与运行时间的关系曲线
3 总结
随着新能源汽车市场的发展，新能源汽车及充电桩的保有量逐渐增多㊂部分充电桩及场地可用于房车用电及停靠，这有利于中国房车租赁市场的发展㊂
很多一线房车制造商已经在开始研究以增程式纯电动车作为底盘车的新能源房车，既能充分利用日益成熟的新能源配套体系，例如充电桩㊁高压驻车空调㊁P T C 加热膜等,
又可以利用增程式新能源汽车电池容量较大的特点，充分实现 去营地化 的目标㊂这可能是未来几年房车市场1个重要的研究方向㊂
参 考 文 献
[1]倪维斗.我国的能源现状与战略对策[J ].山西能源与节能,2008
(2):1-5.
[2]李成学，杨大柱.电动汽车蓄电池组电池管理及其状态检测[J ].电源技术,2010,34(1):80-83.
[3]汪涵.基于混合动力汽车的磷酸铁锂电池管理系统研究[D ].南京林业大学,2011.
[4]苏建徽，余世杰，赵为，等.硅太阳电池工程用数学模型[J ].
太阳能学报,2001,22(4):409-412.69
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