周為余，王傳應，熊趙康，汪陽

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

HFF6700FCEV氫燃料電動客車動力系統(tǒng)設計

周為余，王傳應，熊趙康，汪陽

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

通過對HFF6700FCEV氫燃料電動客車的整車布置設計，簡要分析氫燃料電池動力系統(tǒng)的布置特

點及其控制與管理。氫燃料電動客車必將成為汽車產業(yè)發(fā)展的一種趨勢。

氫燃料；電動客車；電池系統(tǒng)；控制管理

在全球低碳環(huán)保、節(jié)能減排壓力不斷加大的情況下，能夠完全實現零污染、零排放的氫燃料電動客車，被國際公認為“終極新能源客車解決方案”。隨著我國明確以新能源為客車工業(yè)轉型的主要戰(zhàn)略取向[1]，氫燃料電動客車的研發(fā)與應用將會日益受到關注并被提上日程。在新能源汽車發(fā)展的大趨勢下，我公司開發(fā)了HFF6700 FCEV氫燃料電動客車。

1 整車布置設計

HFF6700FCEV是利用我司現有成熟的輕型客車平臺，通過底盤與車身的合理布局研發(fā)的氫燃料電動客車。

底盤采用國內江淮底盤HFC6700EV，該底盤一直被應用在輕型電動客車中，屬于成熟底盤；底架的結構大體分為三段，其中前段和后段是直槽梁結構；中段屬于框架梁結構；前橋2.5 t，后橋4.5 t，前后皆為少片簧（4/4）懸架系統(tǒng)；前盤后鼓氣壓制動和儲能彈簧駐車制動，同時裝有防抱死剎車系統(tǒng)（ABS）和電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）；驅動電機后置采用永磁同步電機TZ289XS，通過AMT變速器實現后橋驅動；車內采用兩只壁掛式電動散熱器和電動大功率帶新風除霜器；使用215/75R17.5子午線輪胎；采用電動內置空調14 000 W[2-5]。

車身采用鈑金沖壓成型[6]，該造型是我公司中高端商務車寶斯通造型，造型美觀、外觀大氣，鈑金沖壓能夠精確控制車身精度以及整車裝配后的整車精度，地板鈑金布置成二級踏步，車內從前到后平地板結構，保留了后四人椅臺階，為后行李艙安裝氫氣瓶提供足夠的空間。

動力電池系統(tǒng)采用CATL電池包，氫燃料電池系統(tǒng)采用FSFCE250FL電池系統(tǒng)。動力電池布置在底盤前段和中段位置，氫燃料電池布置在底盤中段位置，使載荷分布合理，同時便于維護；控制器使用環(huán)境需要隔熱，防電磁干擾，所以控制器布置在后橋上方，車內地板在此處開檢修口，方便安裝與檢修。

2 動力系統(tǒng)控制管理及布置

2.1 整車動力系統(tǒng)控制管理

整車動力系統(tǒng)的控制和管理，通過CAN總線對整車主要環(huán)節(jié)進行合理控制，充分協調和發(fā)揮各部分的優(yōu)勢，獲得客車整體最佳運行狀態(tài)。動力系統(tǒng)控制的工作原理圖如圖1所示。

1）客車驅動控制：根據駕駛需求和車輛狀態(tài)，向電機控制器發(fā)出指令，滿足駕駛工況要求。

2）制動能量回饋控制：根據制動踏板和加速踏板信息、車輛狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)，計算電機制動力距。

圖1 動力系統(tǒng)控制工作原理

3）燃料電池控制方式：燃料電池系統(tǒng)需要整車提供24 V常電和鑰匙IG上電的信號。

4）燃料電池系統(tǒng)通過CAN總線與整車進行通信，接收整車的控制指令，同時將燃料動力系統(tǒng)的參數反饋給整車控制器。

燃料電池系統(tǒng)在起動前需要動力電池的電壓正常，在燃料電池系統(tǒng)關機時，動力電池應保持一段時間的電能以便燃料電池動力系統(tǒng)完成關機控制[7-8]。

由于氫燃料電池不能儲能，確切地講應該稱為氫發(fā)電裝置，所以，通過氫燃料電池的發(fā)電，給動力電池進行充電。

2.2 動力電池組成及布置

動力電池采用國內比較成熟、可靠的磷酸鐵鋰動力電池——CATL電池包，該動力電池采用加熱膜和自然冷卻的熱管理方式，可存儲在-40～+50℃環(huán)境下，動力電池系統(tǒng)的工作溫度在-20～+55℃范圍內，電芯充電溫度在0～+55℃范圍內，電芯放電溫度在-20～+55℃范圍內；該動力電池環(huán)境相對濕度不大于85%，標稱電壓為518.4 V，工作電壓在405～591.3 V之間，比能量大于等于95 W·h/kg，持續(xù)充放電電流為120 A，峰值放電和回饋電流為240 A；單體電壓3.2 V，箱體電壓（填單個箱體的電壓）172.8 V，系統(tǒng)容量120 Ah，系統(tǒng)能量62.2 kW· h，箱體包括三箱C電箱和一個高壓箱：標準C電箱由6個1P9S LFP120Ah電芯組成的帶加熱膜、等電位的模組、6個CSC、1個電箱MSD、若干高低壓連接線束、若干高低壓連接器組成。高壓箱是由1個主正繼電器、2個直流充電繼電器、1個MSD、1個電流傳感器、1個加熱正繼電器、1個加熱負繼電器、1個BMU、1個HVB/1個RDB、若干高低壓連接器、若干高壓連接件及低壓線束等組成，該動力電池絕緣要求大于等于8MΩ，電池箱的IP防護等級為IP67，高壓箱的IP防護等級為IP54，系統(tǒng)總質量在650 kg以內。

三箱電池分別位于前橋上方、中門過道下方和中段框架梁內，采用從下往上的吊裝電池結構固定，以解決在側圍開艙門的局限問題。

2.3 氫燃料電池組成及布置

氫燃料電池系統(tǒng)采用標稱電壓為518.4 V，標稱功率為25 kW的FSFCE250FL燃料電池系統(tǒng)，輸出電壓在405～592 V DC，額定輸出功率為0～25 000 W，系統(tǒng)的電效率≥46%，采用程序控制啟動方式，可在-10～45℃的環(huán)境下工作，且噪聲≤75 dB，符合QC/T 413-2002的抗振等級需求，該系統(tǒng)的絕緣電阻為500 Ω@250 V，采用水冷冷卻方式，冷卻液的冷卻要求小于等于5μS/cm，以乙二醇溶液作為冷卻水防凍液，防護等級為IP55，通過CAN進行通訊，氫氣的供應方式為128 L@35 MPa，系統(tǒng)總質量在110 kg以內（不包含DCDC單元）。氫燃料電池系統(tǒng)由空氣供應單元、水熱管理單元、DCDC單元、控制單元、儲氫單元和燃料電池電堆等組成。各單元組成方式：燃料電池動力系統(tǒng)主箱集成燃料電池電堆、空氣供應單元、DCDC單元、控制單元；水熱管理單元包括水泵、管路、散熱單元等；儲氫單元包含碳纖維儲氫罐、氫氣加注管路、氫氣減壓閥和傳感器等。

安裝動力電池和氫燃料電池要求散熱、通風，還要防水、防塵，因此，艙內封板作密封處理，同時還要注意絕緣防護。在電池箱下方墊酚醛塑料板，同時采用尼龍凸輪型絕緣墊圈作二次絕緣處理。整個電池系統(tǒng)的布置如圖2所示。

3 結束語

圖2 整個電池系統(tǒng)的布置圖

目前我公司開發(fā)的HFF6700FCEV氫燃料電動客車樣車已處于收尾工作，各方面的技術參數都符合設計要求，整車具有效率高、噪聲低、零排放、續(xù)駛里程長等優(yōu)點[9-10]。由于目前我國氫燃料電動客車的制造和使用成本過高，基礎設施建設不完善，制約了氫燃料電動客車的發(fā)展。但是隨著國家政策的支持和保護環(huán)境的需求，氫燃料電動客車必將成為汽車產業(yè)發(fā)展的一種趨勢。

[1]國務院.關于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012 -2020年）的通知：國發(fā)[2012]22號[EB/OL].（2012-07-09）[2016-12-11].http：//www.gov.cn/zwgk/2012-07/09/content_217 9032.htm.

[2]楊書兵.HFF6100G03EV型純電動客車底盤設計[J].客車技術與研究，2009，31（3）：19-21.

[3]沈海燕，蔣季偉.SWB6129FC燃料電池電動客車總體設計[J].客車技術與研究，2011，33（2）：33-35.

[4]趙振宇，高學浴.CLY6110PHEV油電混合城市客車車身設計[J].客車技術與研究，2011，33（2）：49-51.

[5]陳鳴.上海世博園純電動大客車[J].客車技術與研究，2011，33（2）：64-67.

[6]劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社，2001.

[7]何洪文，于曉江，孫逢春.電動車輛設計中的匹配理論研究[J].北京理工大學學報，2002（6）：704-707.

[8]袁銀南，王忠，錢恒榮，等.SIG混合動力汽車控制器的設計[J].汽車工程，2009，31（7）：601-605.

[9]宇寧.磷酸鐵鋰電池的八大優(yōu)勢及缺點[EB/OL].（2016-01-07）[2016-12-11].http：//www.chinabuses.com/buses/2016/0107 /article_68308.html.

[10]催勝民.新能源汽車技術[M].北京：北京大學出版社，2009.

修改稿日期：2017-03-20

Design of Power System for HFF6700FCEV Hydrogen Fuel Electric Bus

Zhou Weiyu,WangChuanying,XiongZhaokang，WangYang
（Anhui Ankai Automobile Coach Co.,Ltd,Hefei 230051,China）

The authors briefly analyze the layout features and control as well as management of the power of system for hydrogen fuel battery through the vehicle arrangement design about the HFF6700FCEV hydrogen fuel electric bus.The hydrogen fuel electric bus surelywill become a trend ofautomobile industrydevelopment.

hydrogen fuel;electric bus;batterysystem;control and management

U469.72；U463.6

B

1006-3331（2017）03-0031-03

周為余（1991-），男；主要從事客車車身和底盤設計工作。