秦海峰

摘 要：GL6810EV純電動(dòng)公交客車的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電池箱及高壓控制柜布置、控制策略介紹。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車;驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);動(dòng)力電池;電控系統(tǒng);布置設(shè)計(jì)

受國(guó)家新能源政策（國(guó)補(bǔ)及地方營(yíng)運(yùn)補(bǔ)貼政策）趨動(dòng)，公交客車電動(dòng)化趨勢(shì)明顯，根據(jù)城郊公交及鄉(xiāng)鎮(zhèn)公交的需求，我司全新研發(fā)了一款8米純電動(dòng)公交客車。整車長(zhǎng)×寬×高為8145mm×2360mm×3110mm;廠定最大總質(zhì)量11500kg;整備質(zhì)量7050kg;額定載客60人。通過(guò)對(duì)目標(biāo)需求市場(chǎng)的調(diào)研，在滿足客戶往返行駛里程及充電時(shí)間前提下，綜合考慮國(guó)家補(bǔ)貼政策及車輛售價(jià)，確定目標(biāo)續(xù)航里程≥250KM（工況法），0～50km/h加速時(shí)間≤25s，最大爬坡度≥18%，根據(jù)上述輸入條件，動(dòng)力系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方案如下：

1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

目前電動(dòng)客車常用的驅(qū)動(dòng)方式有電機(jī)直驅(qū)及電機(jī)加AMT自動(dòng)變速箱驅(qū)動(dòng)，直驅(qū)的優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，缺點(diǎn)是滿足需要的電機(jī)體積重量大，成本高。使用多檔位AMT變速箱可以減少所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩，但多檔位的AMT存在控制復(fù)雜，故障率較高的缺點(diǎn)。

根據(jù)輕量化、低電耗的原則，此車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用新研發(fā)的小扭矩高轉(zhuǎn)速永磁同步電機(jī)加2檔AMT方案，驅(qū)動(dòng)方案說(shuō)明如圖1。驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)：額定功率/峰值功率75/120kW，額定轉(zhuǎn)矩/最大轉(zhuǎn)矩：350/750N.m;額定轉(zhuǎn)速/最大轉(zhuǎn)速2000/5000rpm/min。變速箱一檔速比為1：2.73，二擋為1：1。通過(guò)AMT調(diào)節(jié)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩需求從原來(lái)的2000Nm降低為750Nm，全鋁合金殼體的驅(qū)動(dòng)電機(jī)加AMT的重量?jī)H為145KG，總成質(zhì)量比同級(jí)直驅(qū)產(chǎn)品最高輕50%，使電機(jī)及電機(jī)控制器成本也大幅下降。

此2檔AMT具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高優(yōu)點(diǎn)。AMT自動(dòng)變速器與電機(jī)同軸連接，利用變速器調(diào)速增扭的特性，實(shí)現(xiàn)匹配較小電機(jī)達(dá)到直驅(qū)大電機(jī)的效果;較少的換擋次數(shù)和較低的換擋時(shí)間，使得AMT系統(tǒng)在平順性方面更接近于直驅(qū)系統(tǒng)。通過(guò)變速箱及后橋速比的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)更多地工作在高效區(qū)（見圖2），通過(guò)測(cè)試，綜合工況（開空調(diào)、加載70%）百公里電耗32.5Kwh，綜合電耗較同級(jí)直驅(qū)降低4.6%;客車最大爬坡度大幅提升，達(dá)25%。

2 動(dòng)力電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置

公交客車動(dòng)力電池設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮因素較多：

1）需要調(diào)研目標(biāo)客戶的實(shí)際運(yùn)營(yíng)單趟里程、全天總里程，對(duì)線路擁堵情況調(diào)研，堵車、超載、高溫時(shí)開啟空調(diào)等耗電因素充分考慮，計(jì)算所需配置總電量。

2）目標(biāo)客戶允許的補(bǔ)電時(shí)間及其使用的充電樁功率，確定電池采用快充還是慢充方案，確定電池的充電倍率。

3）國(guó)家新能源補(bǔ)貼政策對(duì)電池相關(guān)參數(shù)的要求，例如單位載質(zhì)量能量消耗量（Ekg）不高于0.17Wh/km·kg，電池系統(tǒng)能量密度≥135Wh/kg等等，以便客戶能夠獲得盡可能多的財(cái)政補(bǔ)貼。

4）電池箱體體積、安全性是否適于公交車輛布置，比如公交車地板較低，電池的防水性能必須達(dá)到IP67。

通過(guò)上述因素及車輛實(shí)際情況計(jì)算，確定采用慢充型磷酸鐵鋰電池，總儲(chǔ)電量為109.27Kwh，最大充電倍率1.5C，4個(gè)電池標(biāo)準(zhǔn)箱體，防水等級(jí)IP67。

因?yàn)閯?dòng)力電池質(zhì)量較大，在車輛上布置電池時(shí)需考慮其對(duì)車輛前后軸重的影響，若將4個(gè)電箱全部布置在前后軸之間，導(dǎo)致前軸超重，影響制動(dòng)安全性，通過(guò)設(shè)計(jì)模擬，4個(gè)電池布置采用圖3方案，加大軸距，減少后懸，3個(gè)電池箱置于前后軸之間偏后位置，一個(gè)箱體置于后軸后方，增加后軸重量，使前后軸重比滿足國(guó)家法規(guī)要求。

考慮環(huán)境溫度對(duì)動(dòng)力電池的充放電性影響較大，電池倉(cāng)增加通風(fēng)散熱，車身兩側(cè)電池倉(cāng)門開通風(fēng)格柵，電池倉(cāng)內(nèi)增加溫控自動(dòng)強(qiáng)制散熱風(fēng)機(jī)，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)溫度≥40℃時(shí)自動(dòng)開啟，根據(jù)車輛行駛區(qū)域，北方地域使用車輛電池倉(cāng)選裝水暖加熱裝置。同時(shí)考慮到安全性要求，電池倉(cāng)安裝了煙霧傳感器及專用電池滅火裝置，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，駕駛室會(huì)有聲光報(bào)警，滅火器自動(dòng)啟動(dòng)，也可駕駛員手動(dòng)啟動(dòng)。

3 高壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

高壓控制系統(tǒng)由電池管理BMS、電機(jī)控制器、DC＼DC、2路DC＼AC、高壓配電盒及保險(xiǎn)組成。整車高壓系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)需要從高壓各零部件在車輛上布置位置的可行性、接線的合理性、維修性等方面來(lái)考慮?，F(xiàn)在的高壓系統(tǒng)的趨勢(shì)是采用集成化高的控制箱，如市面上有的五合一控制箱，達(dá)到減少高壓繼電器、高壓連接器、高壓動(dòng)力電纜用量的目的，增加整車高壓系統(tǒng)的可靠性，降低發(fā)生高壓安全問(wèn)題，同時(shí)能降低成本。但高度集成的控制盒存在散熱性、維修性差，某一個(gè)控制器發(fā)生問(wèn)題只能更換整個(gè)總成，影響出車率。綜合考慮，采用BMS+電機(jī)控制器+三合一控制器（DC＼DC、2路DC＼AC、高壓配電）的方案，三合一控制器可以根據(jù)控制要求為動(dòng)力轉(zhuǎn)向油泵、電動(dòng)打氣泵機(jī)及24V蓄電池充電。控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

所有高壓控制器外殼采用鋁合金壓鑄成型，重量輕散熱性好，防水等級(jí)達(dá)到IP67。

4 整車控制與管理

本車的整車控制器和管理系統(tǒng)，通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)對(duì)車輛各部件進(jìn)行控制，如圖5。

VCU充分協(xié)調(diào)和發(fā)揮各部分優(yōu)勢(shì)，使車輛獲得最佳運(yùn)行狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)的功能有：

1）汽車驅(qū)動(dòng)控制。根據(jù)駕駛員的駕駛要求和車輛狀態(tài)，向電機(jī)控制器發(fā)出指令，滿足駕駛工況要求。

2）制動(dòng)能量回饋控制。根據(jù)制動(dòng)踏板和加速踏板信息、車輛狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)，計(jì)算電機(jī)制動(dòng)力矩，回收能量。

3）故障診斷及保護(hù)。連續(xù)監(jiān)測(cè)整車各個(gè)系統(tǒng)是否正常工作，對(duì)故障進(jìn)行診斷并必要的處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我公司開發(fā)的GL6810EV已經(jīng)通過(guò)國(guó)家試驗(yàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢驗(yàn)，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家相關(guān)法規(guī)要求及設(shè)計(jì)目標(biāo)，車輛具有電耗低、行駛噪音低、零排放、續(xù)駛里程長(zhǎng)、防水等級(jí)高等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著動(dòng)力電池性能的逐漸提升，成本逐漸降低，阻礙純電動(dòng)車發(fā)展的車輛成本過(guò)高、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后等問(wèn)題得到解決，加上國(guó)家新能源政策的推動(dòng)，相信此純電動(dòng)公交車具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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