邢真武，羅勇，鄭國(guó)金，張聰炳（江西博能上饒客車(chē)有限公司，江西上饒334000）

SR6 8 0 0 BEV純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

邢真武，羅勇，鄭國(guó)金，張聰炳
（江西博能上饒客車(chē)有限公司，江西上饒334000）

對(duì)SR6800BEV純電動(dòng)客車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制策略、動(dòng)力電池箱的布置、高壓電氣輔助系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行介紹。

純電動(dòng)客車(chē)；SR6800BEV；AMT控制；動(dòng)力系統(tǒng)

針對(duì)國(guó)家的鼓勵(lì)政策，我公司根據(jù)市場(chǎng)需求，開(kāi)發(fā)了一款基于純電動(dòng)系統(tǒng)的8 m團(tuán)體商用客車(chē)。整車(chē)的長(zhǎng)×寬×高為8 040 mm×2 280 mm×2 990 mm；軸距4 500 mm；前懸1 180 mm；接近角23°；離去角12°；最高車(chē)速99 km/h；廠定最大總質(zhì)量9 400 kg；整備質(zhì)量6 150 kg；0～50 km/h加速時(shí)間≤25 s；最大爬坡度＞15%。該車(chē)采用CAN總線通信，CAN通信屬于總線式串行通信網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)據(jù)傳輸方面具有可靠性高、實(shí)時(shí)和靈活的特點(diǎn)。整車(chē)采用346 VDC電壓平臺(tái)、永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)和AMT變速控制系統(tǒng)，電機(jī)的高效運(yùn)行區(qū)間寬，動(dòng)力性及節(jié)能效果良好，具有很好的市場(chǎng)前景[1-2]，動(dòng)力系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方案如下。

1 電池電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置

1.1 動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車(chē)電池工作是以較長(zhǎng)時(shí)間的中等電流持續(xù)放電為主，車(chē)輛啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)要求電池輸出較大功率，此時(shí)主要以較大電流運(yùn)行。由于目前聚合物鋰離子電池在功率密度和能量密度以及循環(huán)壽命方面的綜合性能優(yōu)于其他蓄電池體系，因此采用安全性高、容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子電池。

按照當(dāng)前的國(guó)家政策及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，電池箱均采用模塊形式，做成標(biāo)準(zhǔn)箱，方便整車(chē)廠根據(jù)自身的要求靈活搭配。整車(chē)裝配5個(gè)電池箱，電池冷卻采用自然通風(fēng)冷卻方式。寒冷地區(qū)冬天氣溫較低，電池低溫充電倍率小，采用電池高壓加熱方式，在保證安全性能的同時(shí)解決了低溫狀態(tài)下電池充電慢的難題[3]。

動(dòng)力電池的電芯采用磷酸鐵鋰材料，單體規(guī)格86 Ah/3.2 V；能量密度119.2 Wh/kg，大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的115 Wh/kg；電池組電壓工作范圍為275～395 V，電池單體數(shù)324個(gè)；電池最大持續(xù)充電電流129 A，最大持續(xù)放電電流258 A。儲(chǔ)能裝量總儲(chǔ)電量為89 kW·h。

1.2 電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制器組成。電機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，同時(shí)在制動(dòng)時(shí)回收制動(dòng)能量；電機(jī)控制器用于接收AMT控制器指令，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用永磁同步電機(jī)，額定/峰值功率為60 kW/100 kW；額定/峰值轉(zhuǎn)矩為250 Nm/450 Nm；額定/峰值轉(zhuǎn)速為1 900 r/min//5 000 r/min；防護(hù)等級(jí)為IP67；電機(jī)電壓高效區(qū)間較寬，利用率高，損耗小。

電機(jī)控制器采用矢量控制算法，通過(guò)逆變把動(dòng)力電池的直流高壓轉(zhuǎn)換成電機(jī)的三相交流電壓，控制器的電壓逆變效率高；電機(jī)控制器工作電壓為300～410 V；持續(xù)工作電流可達(dá)272 A；防護(hù)等級(jí)為IP67；冷卻方式為水冷。

1.3 電池電機(jī)系統(tǒng)的布置

根據(jù)整車(chē)的動(dòng)力性要求及整車(chē)的配重情況，電機(jī)系統(tǒng)采用后置方式，電池系統(tǒng)布置在車(chē)身中部?jī)蓚?cè)，使整車(chē)載荷匹配合理，電池電機(jī)系統(tǒng)的布置如圖1所示。

圖1 電池電機(jī)系統(tǒng)的布置

2 AMT控制方案設(shè)計(jì)

AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)為整車(chē)實(shí)時(shí)變換擋位，調(diào)整車(chē)速。AMT控制系統(tǒng)包括整車(chē)控制器、氣動(dòng)系統(tǒng)、電轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車(chē)踏板、換擋面板等，控制器用于采集整車(chē)相關(guān)信息，并根據(jù)整車(chē)的控制策略與相應(yīng)的單元發(fā)送指令，滿足整車(chē)的駕駛要求。AMT整車(chē)控制器在AMT控制系統(tǒng)中起到大腦作用，統(tǒng)籌各種反饋信息，在Matlab控制邏輯中，主要工作是計(jì)算電機(jī)功率需求與計(jì)算當(dāng)前目標(biāo)擋位。該控制系統(tǒng)采用C語(yǔ)言和Matlab混合編程的方式，其中C語(yǔ)言部分的代碼為程序的“底層構(gòu)架”，它負(fù)責(zé)程序的底層調(diào)用、任務(wù)輪轉(zhuǎn)及與Matlab的接口；而Matlab為程序的“高層邏輯運(yùn)算”，負(fù)責(zé)整個(gè)控制程序的邏輯控制，并將計(jì)算結(jié)果通過(guò)接口送至C語(yǔ)言代碼執(zhí)行[4-5]。系統(tǒng)采用5擋變速器，5擋為5.67，2.97，1.67，1.0，0.76；主減速比采用4.875。

2.1 AMT控制系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

AMT系統(tǒng)控制框圖如圖2所示，AMT控制器負(fù)責(zé)能量管理與分配以及執(zhí)行擋位控制，電機(jī)負(fù)責(zé)動(dòng)力輸出與制動(dòng)。

AMT控制器在換擋過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)反饋擋位信息清零電機(jī)目標(biāo)扭矩來(lái)控制電機(jī)輸出模式；同時(shí)電機(jī)控制器會(huì)執(zhí)行AMT控制器發(fā)出的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制指令。而直驅(qū)系統(tǒng)無(wú)換擋指令，直接由控制器發(fā)送電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)擋位命令，同時(shí)，電機(jī)控制器會(huì)執(zhí)行AMT控制器轉(zhuǎn)發(fā)的控制指令。

AMT控制器是純電動(dòng)車(chē)輛的控制核心，其主要功能為：駕駛員駕駛意圖解析；系統(tǒng)工作模式控制；車(chē)輛能量管理及優(yōu)化；車(chē)輛網(wǎng)絡(luò)管理；車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)控、自診斷及保護(hù)；控制AMT變速器自動(dòng)換擋。

圖2 系統(tǒng)控制框圖

AMT工作模式如下：

1）停車(chē)模式。換擋桿在N擋時(shí)，整車(chē)進(jìn)入停車(chē)模式，該模式下電機(jī)目標(biāo)扭矩清零，目標(biāo)擋位回到空擋狀態(tài)。

2）前進(jìn)模式。換擋桿在D擋時(shí)，整車(chē)進(jìn)入前進(jìn)模式，該模式包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)，該模式下，根據(jù)油門(mén)狀態(tài)與車(chē)速信息來(lái)確定目標(biāo)擋位與電機(jī)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)扭矩，根據(jù)剎車(chē)百分比來(lái)確定目標(biāo)制動(dòng)扭矩。

3）倒擋模式。換擋桿在R擋時(shí)，整車(chē)進(jìn)入倒擋模式，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)目標(biāo)扭矩進(jìn)行功率限制，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛慢速平穩(wěn)倒車(chē)功能。

4）故障模式。AMT控制器檢測(cè)到零部件有故障時(shí)進(jìn)入該模式，其故障控制有四級(jí)限功控制：一級(jí)限功基本上停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)；二級(jí)限功取極小功率輸出；三級(jí)限功取二級(jí)限功的2倍；四級(jí)限功考慮電機(jī)功率限制與BMS功率限制，取限制值最小值。

2.2 AMT控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。AMT控制器通過(guò)CAN總線接收各部件的狀態(tài)反饋報(bào)文，根據(jù)各部件狀態(tài)及整車(chē)運(yùn)行工況確定控制策略，并對(duì)各部件進(jìn)行保護(hù)。在換擋過(guò)程中，AMT控制器控制電機(jī)控制器及選換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換擋。

3 高壓輔助動(dòng)力系統(tǒng)

高壓輔助動(dòng)力系統(tǒng)是動(dòng)力系統(tǒng)不可分割的部分，由三合一控制器、高壓配電箱等組成。

輔助動(dòng)力系統(tǒng)中三合一控制器集成了1路DC-DC控制器，及2路DC-AC控制器。三合一控制器可以根據(jù)控制要求為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵、整車(chē)打氣泵及蓄電池充電，滿足整車(chē)對(duì)動(dòng)力轉(zhuǎn)向、剎車(chē)系統(tǒng)氣源及整車(chē)低壓24 V電源的要求[6-8]。

高壓配電箱為整車(chē)各部分分配高壓電源，包括為電機(jī)控制器母線提供電壓、為三合一控制器提供母線電壓、為電動(dòng)空調(diào)機(jī)高壓電源、為電除霜機(jī)高壓電源等。高壓箱電氣后部端口布置如圖4所示。

圖4 高壓箱后部端口布置

三合一輔助動(dòng)力控制器集成兩路DCAC和DCDC三大部件，能為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向油泵和電動(dòng)空壓機(jī)提供電源；同時(shí)為整車(chē)低壓24 V蓄電池充電。

4 結(jié)論

該6800BEV車(chē)型主要用于公司通勤班車(chē)及旅游班線，整車(chē)采用純電驅(qū)動(dòng)方式，搭載綠控整車(chē)控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及電機(jī)控制器，采用CAN通信技術(shù)對(duì)整車(chē)實(shí)時(shí)絕緣檢測(cè)，提高了車(chē)輛的安全性。實(shí)車(chē)測(cè)試證明，續(xù)航里程滿足用戶通勤車(chē)的要求，同時(shí)該車(chē)在滿足傳統(tǒng)公路車(chē)性能要求的基礎(chǔ)上，還具備純電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)，綠色環(huán)保，適應(yīng)國(guó)家汽車(chē)行業(yè)的政策發(fā)展方向，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

[1]康龍?jiān)?電動(dòng)汽車(chē)最新技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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修改稿日期：2017-05-02

Design Scheme of Power System for SR6800BEV Pure Electric Bus

Xing Zhenwu,Luo Yong,Zheng Guojin,Zhang Congbing
（JiangxiB-Energy Shangrao Coach Co.,Ltd,Shangrao 334000,China）

The authors introduce the design scheme ofthe power system structure,the controlstrategy,the power battery pack arrangement,and the high voltage auxiliary electric system ofSR6800BEVpure electric bus.

pure electric bus;SR6800BEV;AMTcontrol;powersystem

U469.72；U463.212

B

1006-3331（2017）04-0016-03

邢真武（1976-），男，電氣工程師；主要負(fù)責(zé)傳統(tǒng)及新能源團(tuán)體車(chē)等整車(chē)高低壓電氣設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。