SR6 8 0 0 BEV純電動客車動力系統(tǒng)設計方案

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

SR6 8 0 0 BEV純電動客車動力系統(tǒng)設計方案

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

對SR6800BEV純電動客車的動力系統(tǒng)結構、控制策略、動力電池箱的布置、高壓電氣輔助系統(tǒng)等的設計方案進行介紹。

純電動客車；SR6800BEV；AMT控制；動力系統(tǒng)

針對國家的鼓勵政策，我公司根據(jù)市場需求，開發(fā)了一款基于純電動系統(tǒng)的8 m團體商用客車。整車的長×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加速時間≤25 s；最大爬坡度＞15%。該車采用CAN總線通信，CAN通信屬于總線式串行通信網(wǎng)絡，在數(shù)據(jù)傳輸方面具有可靠性高、實時和靈活的特點。整車采用346 VDC電壓平臺、永磁同步電機驅(qū)動和AMT變速控制系統(tǒng)，電機的高效運行區(qū)間寬，動力性及節(jié)能效果良好，具有很好的市場前景[1-2]，動力系統(tǒng)的主要設計方案如下。

1 電池電機系統(tǒng)的設計及布置

1.1 動力電池系統(tǒng)設計

電動汽車電池工作是以較長時間的中等電流持續(xù)放電為主，車輛啟動、加速或爬坡時要求電池輸出較大功率，此時主要以較大電流運行。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)壽命長的鋰離子電池。

按照當前的國家政策及相應標準，電池箱均采用模塊形式，做成標準箱，方便整車廠根據(jù)自身的要求靈活搭配。整車裝配5個電池箱，電池冷卻采用自然通風冷卻方式。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解決了低溫狀態(tài)下電池充電慢的難題[3]。

動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，大于國家標準要求的115 Wh/kg；電池組電壓工作范圍為275～395 V，電池單體數(shù)324個；電池最大持續(xù)充電電流129 A，最大持續(xù)放電電流258 A。儲能裝量總儲電量為89 kW·h。

1.2 電機系統(tǒng)設計

電機系統(tǒng)由驅(qū)動電機及電機控制器組成。電機用來驅(qū)動車輛行駛，同時在制動時回收制動能量；電機控制器用于接收AMT控制器指令，控制電機轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動電機采用永磁同步電機，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；防護等級為IP67；電機電壓高效區(qū)間較寬，利用率高，損耗小。

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

1.3 電池電機系統(tǒng)的布置

根據(jù)整車的動力性要求及整車的配重情況，電機系統(tǒng)采用后置方式，電池系統(tǒng)布置在車身中部兩側(cè)，使整車載荷匹配合理，電池電機系統(tǒng)的布置如圖1所示。

圖1 電池電機系統(tǒng)的布置

2 AMT控制方案設計

AMT自動變速系統(tǒng)為整車實時變換擋位，調(diào)整車速。AMT控制系統(tǒng)包括整車控制器、氣動系統(tǒng)、電轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、剎車踏板、換擋面板等，控制器用于采集整車相關信息，并根據(jù)整車的控制策略與相應的單元發(fā)送指令，滿足整車的駕駛要求。AMT整車控制器在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，主要工作是計算電機功率需求與計算當前目標擋位。該控制系統(tǒng)采用C語言和Matlab混合編程的方式，其中C語言部分的代碼為程序的“底層構架”，它負責程序的底層調(diào)用、任務輪轉(zhuǎn)及與Matlab的接口；而Matlab為程序的“高層邏輯運算”，負責整個控制程序的邏輯控制，并將計算結果通過接口送至C語言代碼執(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)流程設計

AMT系統(tǒng)控制框圖如圖2所示，AMT控制器負責能量管理與分配以及執(zhí)行擋位控制，電機負責動力輸出與制動。

AMT控制器在換擋過程中，系統(tǒng)會根據(jù)反饋擋位信息清零電機目標扭矩來控制電機輸出模式；同時電機控制器會執(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)無換擋指令，直接由控制器發(fā)送電機目標轉(zhuǎn)矩和目標擋位命令，同時，電機控制器會執(zhí)行AMT控制器轉(zhuǎn)發(fā)的控制指令。

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

圖2 系統(tǒng)控制框圖

AMT工作模式如下：

1）停車模式。換擋桿在N擋時，整車進入停車模式，該模式下電機目標扭矩清零，目標擋位回到空擋狀態(tài)。

2）前進模式。換擋桿在D擋時，整車進入前進模式，該模式包含電機驅(qū)動與制動，該模式下，根據(jù)油門狀態(tài)與車速信息來確定目標擋位與電機目標驅(qū)動扭矩，根據(jù)剎車百分比來確定目標制動扭矩。

3）倒擋模式。換擋桿在R擋時，整車進入倒擋模式，對電機驅(qū)動目標扭矩進行功率限制，實現(xiàn)車輛慢速平穩(wěn)倒車功能。

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

2.2 AMT控制系統(tǒng)網(wǎng)絡設計

系統(tǒng)網(wǎng)絡如圖3所示。AMT控制器通過CAN總線接收各部件的狀態(tài)反饋報文，根據(jù)各部件狀態(tài)及整車運行工況確定控制策略，并對各部件進行保護。在換擋過程中，AMT控制器控制電機控制器及選換擋機構實現(xiàn)換擋。

3 高壓輔助動力系統(tǒng)

高壓輔助動力系統(tǒng)是動力系統(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)動轉(zhuǎn)向油泵、整車打氣泵及蓄電池充電，滿足整車對動力轉(zhuǎn)向、剎車系統(tǒng)氣源及整車低壓24 V電源的要求[6-8]。

高壓配電箱為整車各部分分配高壓電源，包括為電機控制器母線提供電壓、為三合一控制器提供母線電壓、為電動空調(diào)機高壓電源、為電除霜機高壓電源等。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

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

4 結論

該6800BEV車型主要用于公司通勤班車及旅游班線，整車采用純電驅(qū)動方式，搭載綠控整車控制器、驅(qū)動電機及電機控制器，采用CAN通信技術對整車實時絕緣檢測，提高了車輛的安全性。實車測試證明，續(xù)航里程滿足用戶通勤車的要求，同時該車在滿足傳統(tǒng)公路車性能要求的基礎上，還具備純電動汽車的優(yōu)勢，綠色環(huán)保，適應國家汽車行業(yè)的政策發(fā)展方向，具有廣闊的市場前景。

[1]康龍云.電動汽車最新技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]鄒國堂，程明.電動汽車的新型驅(qū)動技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3]熊剛.車用鋰離子電池SOC和電池容量估算研究[D].長沙：中南大學，2014：6.

[4]周飛鯤.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究[D].長春：吉林大學，2013.

[5]劉力楠，孫紅，黃俊杰.CA6127URE31純電動客車總體設計[J].客車技術與研究，2013，35（5）：18-19.

[6]陳敏，王振國.某A級純電動汽車動力系統(tǒng)匹配及仿真[J].公路與汽運，2014（4）：16-21.

[7]王兆安，李進軍.電力電子技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[8]王澤平，李兵.動力鋰電池充放電的保護電路研究[J].客車技術與研究，2015，37（4）：31-33.

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；主要負責傳統(tǒng)及新能源團體車等整車高低壓電氣設計與開發(fā)。