GL6810EV純電動公交客車動力系統設計

秦海峰

摘 要：GL6810EV純電動公交客車的動力系統結構、電池箱及高壓控制柜布置、控制策略介紹。

關鍵詞：純電動客車;驅動系統;動力電池;電控系統;布置設計

受國家新能源政策（國補及地方營運補貼政策）趨動，公交客車電動化趨勢明顯，根據城郊公交及鄉鎮公交的需求，我司全新研發了一款8米純電動公交客車。整車長×寬×高為8145mm×2360mm×3110mm;廠定最大總質量11500kg;整備質量7050kg;額定載客60人。通過對目標需求市場的調研，在滿足客戶往返行駛里程及充電時間前提下，綜合考慮國家補貼政策及車輛售價，確定目標續航里程≥250KM（工況法），0～50km/h加速時間≤25s，最大爬坡度≥18%，根據上述輸入條件，動力系統的主要設計方案如下：

1 驅動系統設計方案

目前電動客車常用的驅動方式有電機直驅及電機加AMT自動變速箱驅動，直驅的優勢是結構簡單，可靠性高，缺點是滿足需要的電機體積重量大，成本高。使用多檔位AMT變速箱可以減少所需驅動電機扭矩，但多檔位的AMT存在控制復雜，故障率較高的缺點。

根據輕量化、低電耗的原則，此車驅動系統采用新研發的小扭矩高轉速永磁同步電機加2檔AMT方案，驅動方案說明如圖1。驅動電機參數：額定功率/峰值功率75/120kW，額定轉矩/最大轉矩：350/750N.m;額定轉速/最大轉速2000/5000rpm/min。變速箱一檔速比為1：2.73，二擋為1：1。通過AMT調節，驅動電機的扭矩需求從原來的2000Nm降低為750Nm，全鋁合金殼體的驅動電機加AMT的重量僅為145KG，總成質量比同級直驅產品最高輕50%，使電機及電機控制器成本也大幅下降。

此2檔AMT具有結構簡單，可靠性高優點。AMT自動變速器與電機同軸連接，利用變速器調速增扭的特性，實現匹配較小電機達到直驅大電機的效果;較少的換擋次數和較低的換擋時間，使得AMT系統在平順性方面更接近于直驅系統。通過變速箱及后橋速比的調節，實現電機更多地工作在高效區（見圖2），通過測試，綜合工況（開空調、加載70%）百公里電耗32.5Kwh，綜合電耗較同級直驅降低4.6%;客車最大爬坡度大幅提升，達25%。

2 動力電池系統設計布置

公交客車動力電池設計時需要考慮因素較多：

1）需要調研目標客戶的實際運營單趟里程、全天總里程，對線路擁堵情況調研，堵車、超載、高溫時開啟空調等耗電因素充分考慮，計算所需配置總電量。

2）目標客戶允許的補電時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）國家新能源補貼政策對電池相關參數的要求，例如單位載質量能量消耗量（Ekg）不高于0.17Wh/km·kg，電池系統能量密度≥135Wh/kg等等，以便客戶能夠獲得盡可能多的財政補貼。

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到IP67。

通過上述因素及車輛實際情況計算，確定采用慢充型磷酸鐵鋰電池，總儲電量為109.27Kwh，最大充電倍率1.5C，4個電池標準箱體，防水等級IP67。

因為動力電池質量較大，在車輛上布置電池時需考慮其對車輛前后軸重的影響，若將4個電箱全部布置在前后軸之間，導致前軸超重，影響制動安全性，通過設計模擬，4個電池布置采用圖3方案，加大軸距，減少后懸，3個電池箱置于前后軸之間偏后位置，一個箱體置于后軸后方，增加后軸重量，使前后軸重比滿足國家法規要求。

考慮環境溫度對動力電池的充放電性影響較大，電池倉增加通風散熱，車身兩側電池倉門開通風格柵，電池倉內增加溫控自動強制散熱風機，當倉內溫度≥40℃時自動開啟，根據車輛行駛區域，北方地域使用車輛電池倉選裝水暖加熱裝置。同時考慮到安全性要求，電池倉安裝了煙霧傳感器及專用電池滅火裝置，發生火災時，駕駛室會有聲光報警，滅火器自動啟動，也可駕駛員手動啟動。

3 高壓控制系統設計方案

高壓控制系統由電池管理BMS、電機控制器、DC＼DC、2路DC＼AC、高壓配電盒及保險組成。整車高壓系統的構架設計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、維修性等方面來考慮。現在的高壓系統的趨勢是采用集成化高的控制箱，如市面上有的五合一控制箱，達到減少高壓繼電器、高壓連接器、高壓動力電纜用量的目的，增加整車高壓系統的可靠性，降低發生高壓安全問題，同時能降低成本。但高度集成的控制盒存在散熱性、維修性差，某一個控制器發生問題只能更換整個總成，影響出車率。綜合考慮，采用BMS+電機控制器+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控制要求為動力轉向油泵、電動打氣泵機及24V蓄電池充電。控制系統網絡如圖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，防水等級達到IP67。

4 整車控制與管理

本車的整車控制器和管理系統，通過CAN網絡對車輛各部件進行控制，如圖5。

VCU充分協調和發揮各部分優勢，使車輛獲得最佳運行狀態，能實現的功能有：

1）汽車驅動控制。根據駕駛員的駕駛要求和車輛狀態，向電機控制器發出指令，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、蓄電池狀態，計算電機制動力矩，回收能量。

3）故障診斷及保護。連續監測整車各個系統是否正常工作，對故障進行診斷并必要的處理。

5 結束語

目前我公司開發的GL6810EV已經通過國家試驗場各項檢驗，技術指標達到國家相關法規要求及設計目標，車輛具有電耗低、行駛噪音低、零排放、續駛里程長、防水等級高等優點。近年來，隨著動力電池性能的逐漸提升，成本逐漸降低，阻礙純電動車發展的車輛成本過高、基礎設施建設滯后等問題得到解決，加上國家新能源政策的推動，相信此純電動公交車具有廣闊的市場前景。

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