朱正禮

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司商用車(chē)技術(shù)中心，上海 200438）

新能源公交車(chē)車(chē)型繁多，按照動(dòng)力類型分，有混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池車(chē)型；按照充電速率分，有快充和慢充；按照米段，6～18m均有相應(yīng)的車(chē)型。因此在新能源客車(chē)高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮整車(chē)功能、安全、成本、裝配、維保等各個(gè)方面的影響［1-4］。相較于傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)，本文提出了一種新的平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)方案。

1 公交車(chē)平臺(tái)化高壓電氣系統(tǒng)功能需求

高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨最大的挑戰(zhàn)是滿足功能的需求［5］，在此基礎(chǔ)上要保證整車(chē)高壓安全，優(yōu)化高壓部件的集成設(shè)計(jì)及在整車(chē)上的布置，以實(shí)現(xiàn)整車(chē)成本的最優(yōu)。公交車(chē)高壓電氣架構(gòu)的功能主要是保證電能的輸出與輸入，確保駕乘人員和汽車(chē)部件的安全運(yùn)行。與乘用車(chē)不同，公交車(chē)所需的電池電量比較高，動(dòng)力電池通常采用標(biāo)準(zhǔn)箱，多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱通過(guò)串、并聯(lián)方式連接后給整車(chē)供電。整車(chē)上連接的高壓模塊主要有：動(dòng)力電池、慢充接口、快充接口、BDU（電池高壓盒）、PDU （高壓配電盒）、MCU （電機(jī)控制器）、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DCDC、轉(zhuǎn)向DC／AC、轉(zhuǎn)向泵、空壓機(jī)DC／AC、空壓機(jī)、空調(diào)、除霜器、燃料電池堆 （Fuel Cell）。公交車(chē)充電時(shí)間較長(zhǎng)，由專人負(fù)責(zé)，只需要DCDC工作，為電池系統(tǒng)及遠(yuǎn)程監(jiān)控終端提供低壓電能，表1是公交車(chē)高壓部件工況分析。

2 高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 公交車(chē)高壓電氣架構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

新能源公交車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)單一，如都是后驅(qū)，區(qū)別主要在于功率、配置、儲(chǔ)能系統(tǒng)的布置位置。但是作為公共交通工具，充電是在專門(mén)的停車(chē)場(chǎng)由專人負(fù)責(zé)，維保的頻率更頻繁，對(duì)安全性、可靠性的要求更高。因此，除了電動(dòng)車(chē)高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)需要共同遵循的一些設(shè)計(jì)原則［2］及安全標(biāo)準(zhǔn)外［6-7］，公交車(chē)平臺(tái)化的高壓電氣架構(gòu)需要滿足：①能夠涵蓋6～18m不同米段的功率和配置需求；②能夠滿足純電動(dòng)、混合動(dòng)力及燃料電池車(chē)型的配置需求；③需要滿足能源部件不同安裝位置的要求，如動(dòng)力電池頂置、底置、后艙布置等；④盡可能減少高壓電氣接口的數(shù)量；⑤在滿足充電安全的前提下，盡可能減少專業(yè)充電人員的操作；⑥高壓部件的檢修及更換需要便于維修人員操作。

表1 公交車(chē)高壓零件工況

2.2 公交車(chē)傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)分析

圖1是公交車(chē)傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)，動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)箱通過(guò)串、并聯(lián)方式連接到BDU（電池高壓盒）后，電能通過(guò)PDU（高壓配電盒）分配到各個(gè)用電部件。優(yōu)點(diǎn)是：高壓部件都采用獨(dú)立的部件，布置非常靈活，并可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的診斷和控制。缺點(diǎn)是：①每次充電時(shí)，主接觸器和預(yù)充電路都需要工作，需要工作的低壓控制模塊更多，如整車(chē)控制器等，功耗更高，同時(shí)，主接觸器和預(yù)充電路壽命受到影響；②獨(dú)立部件占用的空間更大、高壓接口更多、高壓線束布置更復(fù)雜，裝配、維修更不方便，故障點(diǎn)更多，整車(chē)質(zhì)量更大；③成本高，各獨(dú)立部件都需要熔斷絲保護(hù)，高壓連接器及高壓線束更多。

圖1 公交車(chē)傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)

2.3 公交車(chē)平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 為平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)，與傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)的主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)。

圖2 公交車(chē)平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)

1）獨(dú)立的充電控制策略。電能從BDU出來(lái)后，一路通過(guò)PDU分配給各個(gè)高壓部件，另一路連接到DCDC。整車(chē)充電時(shí)，DCDC接觸器和預(yù)充電路工作，DCDC給能源管理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端供電，整車(chē)上其他的電氣部件不工作，提高了主接觸器和預(yù)充電路壽命及整車(chē)充電安全性，降低了能耗。同時(shí)，充電工充電時(shí)，不需要閉合整車(chē)低壓電源總開(kāi)關(guān)，減少了充電操作步驟，并避免了充電后遺忘斷開(kāi)電源總開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致蓄電池虧電的風(fēng)險(xiǎn)。

2）高壓附件集成控制策略。PDU、DCDC、轉(zhuǎn)向DCAC和空壓DCAC集成為一個(gè)高壓部件ACU：占用空間更小、高壓接口更少、高壓線束布置更簡(jiǎn)單，故障點(diǎn)更少，裝配、維修更方便，整車(chē)質(zhì)量更輕，成本更低。

3）統(tǒng)一的安全監(jiān)控策略。ACU采用一塊控制板加多塊功率板的方式集成設(shè)計(jì)，對(duì)外作為一個(gè)通信及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度；ACU控制主接觸器及預(yù)充電路、DCDC接觸器及預(yù)充電路，統(tǒng)一管理整車(chē)高壓電氣的上、下電流程，監(jiān)控所有部件的主動(dòng)放電過(guò)程。

圖3是采用平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)后的整車(chē)后艙布置圖，主要高壓部件ACU、BDU和MCU布置在后艙，非常便于維護(hù)。ACU布置空間減小50%，高壓接點(diǎn)減少15個(gè)，減重40% （集成前獨(dú)立部件總質(zhì)量為45kg左右，而ACU的質(zhì)量為28kg），降本4300多元。同時(shí)，從原來(lái)裝配多個(gè)零件變?yōu)橹恍枰b配一個(gè)零部件，提升生產(chǎn)裝配效率300%。

圖3 優(yōu)化后整車(chē)后艙布置圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)新能源公交車(chē)電氣架構(gòu)的功能需求及高壓部件的運(yùn)行工況，分析了公交車(chē)傳統(tǒng)高壓電氣架構(gòu)存在的問(wèn)題。通過(guò)獨(dú)立充電、高壓部件集成及統(tǒng)一安全監(jiān)控等策略，設(shè)計(jì)了一種公交車(chē)平臺(tái)化高壓電氣架構(gòu)。研究結(jié)果表明，該電氣架構(gòu)從占用空間、質(zhì)量、故障點(diǎn)、能耗、安全性、成本等方面都有很大的優(yōu)點(diǎn)，非常適用于公交車(chē)平臺(tái)化推廣。