一款純電動(dòng)城市客車整車電功耗測(cè)試

陳彥雷（上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心，上?！?00438）

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一款純電動(dòng)城市客車整車電功耗測(cè)試

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

摘要：設(shè)計(jì)了一款純電動(dòng)城市客車整車電功耗測(cè)試技術(shù)方案，并測(cè)試分析了在中國(guó)典型城市公交工況下的整車電功耗。通過整車電功耗測(cè)試來評(píng)估整車能耗量，預(yù)估純電動(dòng)客車整車?yán)m(xù)駛里程，為合理安排純電動(dòng)客車運(yùn)營(yíng)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車；電功耗測(cè)試；續(xù)駛里程

隨著中國(guó)新能源汽車的大力推廣，尤其是新能源電動(dòng)公交客車的批量使用，純電動(dòng)城市公交客車在解決城市機(jī)動(dòng)車污染排放、提供城市公共交通綠色出行解決方案、調(diào)節(jié)城市電能峰谷電量方面受到青睞［1］。動(dòng)力電池為整車高低壓系統(tǒng)提供能量消耗，而且是電動(dòng)客車?yán)m(xù)駛里程的一個(gè)關(guān)鍵性因素。所以，相對(duì)精準(zhǔn)的整車能量消耗數(shù)據(jù)對(duì)純電動(dòng)客車新產(chǎn)品開發(fā)極其重要。

本文設(shè)計(jì)了一款純電動(dòng)城市公交客車高壓電功耗技術(shù)方案，并做了該車基于中國(guó)典型城市公交工況下整車高壓系統(tǒng)用電功耗的測(cè)量分析工作，加上傳統(tǒng)低壓用電功耗得出該款純電動(dòng)客車在該工況下的總電功耗，依據(jù)總功耗可預(yù)估該款純電動(dòng)客車在一定工況下的續(xù)駛里程。

1　測(cè)試方案及過程

本文研究的一款純電動(dòng)城市公交客車選用錳酸鋰動(dòng)力電池組，主要參數(shù)：額定能量120～130 kWh，額定電壓494V；驅(qū)動(dòng)電機(jī)為雙交流感應(yīng)電機(jī)，主要參數(shù)見表1。

圖1為該純電動(dòng)客車的簡(jiǎn)易高壓原理圖，該圖省略了部分與功耗測(cè)量無關(guān)的控制器件。該高壓系統(tǒng)主要包括動(dòng)力電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)、高壓附件系統(tǒng)。高壓附件系統(tǒng)包括DC／DC、油泵控制器及電機(jī)、空壓機(jī)控制器及電機(jī)、電動(dòng)空調(diào)、除霜除霧等。

表1　　電機(jī)及控制器主要參數(shù)表

圖1　　純電動(dòng)客車簡(jiǎn)易高壓原理圖

為了采集高壓系統(tǒng)功耗，讓純電動(dòng)客車在不同載荷情況下根據(jù) 《GB／T 19754—2005重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 能量消耗量 試驗(yàn)方法》［2］規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，圖2即為規(guī)定的 “中國(guó)典型城市公交循

圖2　　中國(guó)典型城市公交循環(huán)

圖3FLUKE鉗形表

圖4 太航功耗儀PM6000

測(cè)試時(shí)分別在兩種整車載荷為100%、65%時(shí)采集主回路MP1測(cè)量點(diǎn)和電機(jī)回路MP2測(cè)量點(diǎn)的電壓U、電流I和采集時(shí)間t，根據(jù)式 （1）即能計(jì)算主電路和電機(jī)回路的功耗［3］。兩者的功耗差值即為高壓附件系統(tǒng)的功耗。本文功耗測(cè)量為平均每小時(shí)功耗。

在圖1的MP1和MP2測(cè)量點(diǎn)處放置FLUKE鉗形表，分別測(cè)量主回路和電機(jī)回路的電壓和電流，在車輛標(biāo)準(zhǔn)工況行駛時(shí)，太航功耗儀同步輸出主電路和電機(jī)回路的電壓、電流數(shù)據(jù)。

2　采集測(cè)試結(jié)果分析

2.1100%載荷功耗測(cè)試

試驗(yàn)時(shí)，車輛100%載荷，空調(diào)、除霜等電器件全部打開，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)路譜行駛的時(shí)間 （1314s）和里程（5.8km），主回路總功耗9.5kWh，每公里功耗1.6kWh；電機(jī)回路總功耗5.1kWh，每公里功耗0.88kWh。整個(gè)路譜采集的功耗隨時(shí)間的變化曲線見圖5。

圖5　100%載荷下功耗變化曲線

2.265%載荷功耗測(cè)試

試驗(yàn)時(shí)，車輛65%載荷，電器附件未全部打開，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)路譜行駛的時(shí)間和公里，主回路總功耗5.3kWh，每公里功耗0.91kWh；電機(jī)回路總功耗4.1kWh，每公里功耗0.71kWh。整個(gè)路譜采集的功耗隨時(shí)間的變化曲線見圖6。

圖665%載荷下功耗變化曲線

從上述兩種載荷功耗對(duì)比可以得出以下結(jié)論。

1）當(dāng)空調(diào)、除霜等電器件全開，100%載荷下，主回路功耗與電機(jī)功耗曲線差值較大，兩者的差值4.4kWh為附件系統(tǒng)功耗，即：附件系統(tǒng)功耗較大。

2）當(dāng)電器件未全部打開，65%載荷下，主回路功耗與電機(jī)回路功耗曲線非常接近，差值1.2kWh較小，即：附件系統(tǒng)的功耗較小。

3）100%載荷下，電機(jī)回路功耗為0.88kWh；65%載荷下，電機(jī)回路功耗為0.71kWh。

3　續(xù)駛里程預(yù)估

以65%載荷為例，續(xù)駛里程預(yù)估：該電動(dòng)車傳統(tǒng)低壓用電器功耗約為1.6kWh，則整車高低壓總功耗約為6.9 kWh。動(dòng)力電池額定容量為120～130 kWh，按SOC截止值20%計(jì)算，則整車動(dòng)力電池可行駛14.9個(gè)城市典型工況，續(xù)駛里程約為80～85km，符合原車設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

［1]杜建福.國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力客車發(fā)展現(xiàn)狀及分析［J］.商業(yè)汽車，2010（6）：60-61.

［2]GB／T 19754—2005，重型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 能量消耗量 試驗(yàn)方法［S］.北京：標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［3]李康，孫紅，周輝，等.CA6127URE31純電動(dòng)城市客車性能計(jì)算［J］.客車技術(shù)與研究，2011（2）：42-44.

附：純電動(dòng)公交車使用的 “雙交流感應(yīng)電機(jī)”驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

該系統(tǒng)采用了2個(gè)體積相同、尺寸較小的交流電機(jī)，通過動(dòng)力耦合箱和減速機(jī)構(gòu)耦合到法蘭輸出。2個(gè)同樣的驅(qū)動(dòng)電機(jī)M1和M2通過齒輪耦合箱實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力耦合和動(dòng)力傳遞，并實(shí)現(xiàn)降速增扭的功效。雙交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意框圖如附圖1所示，其系統(tǒng)框圖和實(shí)物照片如附圖2、附圖3所示。

附圖1　　雙交流感應(yīng)電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)方案框圖

附圖2　　雙交流感應(yīng)電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成 （接線狀態(tài)）

附圖3　　雙交流感應(yīng)電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成裝配狀態(tài)

其主要目的是解決純電動(dòng)客車電驅(qū)系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，解決公交車直驅(qū)電機(jī)效率低、體積笨重、制作成本較高、低速扭矩大、最大車速不能滿足的矛盾。該系統(tǒng)通過采用高速水冷電機(jī)，提高效率來提高純電動(dòng)公交車的續(xù)駛里程，并降低整車的成本。

1）可靠性：雙電機(jī)方案運(yùn)行冗余，2臺(tái)電機(jī)可分別由獨(dú)立的逆變器控制。在一臺(tái)電機(jī)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，或者2個(gè)電源系統(tǒng) （如發(fā)電機(jī)和電池）中的某一個(gè)出現(xiàn)故障的時(shí)候，車輛仍然可以用單臺(tái)電機(jī)、單個(gè)電源系統(tǒng)行駛。從而提高電氣系統(tǒng)可靠性；提高車輛可用性，最大程度避免因電氣系統(tǒng)各種原因 （故障、環(huán)境、意外等）導(dǎo)致的拋錨情況；提高客車安全性，故障情況下可快速撤離可能的危險(xiǎn)地點(diǎn)。

提高配合可靠性，減速箱為針對(duì)此方案專門設(shè)計(jì)，和電機(jī)的配合經(jīng)過專門測(cè)試，在系統(tǒng)中可視為一個(gè)整體，提高了可靠性。

2）經(jīng)濟(jì)性：?jiǎn)我划惒诫姍C(jī)，尺寸較大，制造成本高，精度難以達(dá)到，笨重。且難以兼顧扭矩和最高車速的矛盾 （低速扭矩大，滿足爬坡性能要求，卻難以滿足最高車速的要求。高壓大體積電機(jī)高速的動(dòng)平衡，磁間隙和效率間的矛盾比較突出）。

公司簡(jiǎn)介：上海汽車集團(tuán)股份有限公司商用車技術(shù)中心是上海汽車集團(tuán)股份有限公司的分支機(jī)構(gòu)，是上海汽車商用車的研發(fā)基地，其主要承擔(dān)上海汽車自主品牌和新能源商用車的研發(fā)任務(wù)，是上汽重點(diǎn)發(fā)展商用車業(yè)務(wù)的核心技術(shù)平臺(tái)。

（編輯文珍）

中圖分類號(hào)：U467.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003－8639（2016）01－0062－03

收稿日期：2015-11-13；修回日期：2015-12-02

作者簡(jiǎn)介：陳彥雷 （1980-），男，上海人，工程師，碩士，主要從事新能源汽車整車及高壓電安全及配電系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)工作，chenyanlei@saicmotor.com。環(huán)”路譜。數(shù)據(jù)采集需用到設(shè)備有FLUKE鉗形表 （圖3）、太航功耗儀PM6000（圖4）。

Power Consumption Test for A Pure EV City Bus

CHEN Yan-lei
（Commercial Vehicle Technical Center of SAIC Motor Co.，Ltd.，Shanghai 200438，China）

Abstract：A vehicle power consumption test plan for a pure electric city bus is designed and the vehicle power consumption under the typical urban public traffic condition in China is tested and analyzed.The vehicle power consumption can be evaluated through this test and the driving range of this city bus can be estimated to present data for reasonable arrangement of bus operation.

Key words：pure electric bus；power consumption test；driving range