HFF6700FCEV氫燃料電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周為余，王傳應(yīng)，熊趙康，汪陽(yáng)

（安徽安凱汽車(chē)股份有限公司，合肥230051）

HFF6700FCEV氫燃料電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周為余，王傳應(yīng)，熊趙康，汪陽(yáng)

（安徽安凱汽車(chē)股份有限公司，合肥230051）

通過(guò)對(duì)HFF6700FCEV氫燃料電動(dòng)客車(chē)的整車(chē)布置設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)要分析氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的布置特

點(diǎn)及其控制與管理。氫燃料電動(dòng)客車(chē)必將成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

氫燃料；電動(dòng)客車(chē)；電池系統(tǒng)；控制管理

在全球低碳環(huán)保、節(jié)能減排壓力不斷加大的情況下，能夠完全實(shí)現(xiàn)零污染、零排放的氫燃料電動(dòng)客車(chē)，被國(guó)際公認(rèn)為“終極新能源客車(chē)解決方案”。隨著我國(guó)明確以新能源為客車(chē)工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向[1]，氫燃料電動(dòng)客車(chē)的研發(fā)與應(yīng)用將會(huì)日益受到關(guān)注并被提上日程。在新能源汽車(chē)發(fā)展的大趨勢(shì)下，我公司開(kāi)發(fā)了HFF6700 FCEV氫燃料電動(dòng)客車(chē)。

1 整車(chē)布置設(shè)計(jì)

HFF6700FCEV是利用我司現(xiàn)有成熟的輕型客車(chē)平臺(tái)，通過(guò)底盤(pán)與車(chē)身的合理布局研發(fā)的氫燃料電動(dòng)客車(chē)。

底盤(pán)采用國(guó)內(nèi)江淮底盤(pán)HFC6700EV，該底盤(pán)一直被應(yīng)用在輕型電動(dòng)客車(chē)中，屬于成熟底盤(pán)；底架的結(jié)構(gòu)大體分為三段，其中前段和后段是直槽梁結(jié)構(gòu)；中段屬于框架梁結(jié)構(gòu)；前橋2.5 t，后橋4.5 t，前后皆為少片簧（4/4）懸架系統(tǒng)；前盤(pán)后鼓氣壓制動(dòng)和儲(chǔ)能彈簧駐車(chē)制動(dòng)，同時(shí)裝有防抱死剎車(chē)系統(tǒng)（ABS）和電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）；驅(qū)動(dòng)電機(jī)后置采用永磁同步電機(jī)TZ289XS，通過(guò)AMT變速器實(shí)現(xiàn)后橋驅(qū)動(dòng)；車(chē)內(nèi)采用兩只壁掛式電動(dòng)散熱器和電動(dòng)大功率帶新風(fēng)除霜器；使用215/75R17.5子午線輪胎；采用電動(dòng)內(nèi)置空調(diào)14 000 W[2-5]。

車(chē)身采用鈑金沖壓成型[6]，該造型是我公司中高端商務(wù)車(chē)寶斯通造型，造型美觀、外觀大氣，鈑金沖壓能夠精確控制車(chē)身精度以及整車(chē)裝配后的整車(chē)精度，地板鈑金布置成二級(jí)踏步，車(chē)內(nèi)從前到后平地板結(jié)構(gòu)，保留了后四人椅臺(tái)階，為后行李艙安裝氫氣瓶提供足夠的空間。

動(dòng)力電池系統(tǒng)采用CATL電池包，氫燃料電池系統(tǒng)采用FSFCE250FL電池系統(tǒng)。動(dòng)力電池布置在底盤(pán)前段和中段位置，氫燃料電池布置在底盤(pán)中段位置，使載荷分布合理，同時(shí)便于維護(hù)；控制器使用環(huán)境需要隔熱，防電磁干擾，所以控制器布置在后橋上方，車(chē)內(nèi)地板在此處開(kāi)檢修口，方便安裝與檢修。

2 動(dòng)力系統(tǒng)控制管理及布置

2.1 整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)控制管理

整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的控制和管理，通過(guò)CAN總線對(duì)整車(chē)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行合理控制，充分協(xié)調(diào)和發(fā)揮各部分的優(yōu)勢(shì)，獲得客車(chē)整體最佳運(yùn)行狀態(tài)。動(dòng)力系統(tǒng)控制的工作原理圖如圖1所示。

1）客車(chē)驅(qū)動(dòng)控制：根據(jù)駕駛需求和車(chē)輛狀態(tài)，向電機(jī)控制器發(fā)出指令，滿(mǎn)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(chē)輛狀態(tài)、蓄電池狀態(tài)，計(jì)算電機(jī)制動(dòng)力距。

圖1 動(dòng)力系統(tǒng)控制工作原理

3）燃料電池控制方式：燃料電池系統(tǒng)需要整車(chē)提供24 V常電和鑰匙IG上電的信號(hào)。

4）燃料電池系統(tǒng)通過(guò)CAN總線與整車(chē)進(jìn)行通信，接收整車(chē)的控制指令，同時(shí)將燃料動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)反饋給整車(chē)控制器。

燃料電池系統(tǒng)在起動(dòng)前需要?jiǎng)恿﹄姵氐碾妷赫?，在燃料電池系統(tǒng)關(guān)機(jī)時(shí)，動(dòng)力電池應(yīng)保持一段時(shí)間的電能以便燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)完成關(guān)機(jī)控制[7-8]。

由于氫燃料電池不能儲(chǔ)能，確切地講應(yīng)該稱(chēng)為氫發(fā)電裝置，所以，通過(guò)氫燃料電池的發(fā)電，給動(dòng)力電池進(jìn)行充電。

2.2 動(dòng)力電池組成及布置

動(dòng)力電池采用國(guó)內(nèi)比較成熟、可靠的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池——CATL電池包，該動(dòng)力電池采用加熱膜和自然冷卻的熱管理方式，可存儲(chǔ)在-40～+50℃環(huán)境下，動(dòng)力電池系統(tǒng)的工作溫度在-20～+55℃范圍內(nèi)，電芯充電溫度在0～+55℃范圍內(nèi)，電芯放電溫度在-20～+55℃范圍內(nèi)；該動(dòng)力電池環(huán)境相對(duì)濕度不大于85%，標(biāo)稱(chēng)電壓為518.4 V，工作電壓在405～591.3 V之間，比能量大于等于95 W·h/kg，持續(xù)充放電電流為120 A，峰值放電和回饋電流為240 A；單體電壓3.2 V，箱體電壓（填單個(gè)箱體的電壓）172.8 V，系統(tǒng)容量120 Ah，系統(tǒng)能量62.2 kW· h，箱體包括三箱C電箱和一個(gè)高壓箱：標(biāo)準(zhǔn)C電箱由6個(gè)1P9S LFP120Ah電芯組成的帶加熱膜、等電位的模組、6個(gè)CSC、1個(gè)電箱MSD、若干高低壓連接線束、若干高低壓連接器組成。高壓箱是由1個(gè)主正繼電器、2個(gè)直流充電繼電器、1個(gè)MSD、1個(gè)電流傳感器、1個(gè)加熱正繼電器、1個(gè)加熱負(fù)繼電器、1個(gè)BMU、1個(gè)HVB/1個(gè)RDB、若干高低壓連接器、若干高壓連接件及低壓線束等組成，該動(dòng)力電池絕緣要求大于等于8MΩ，電池箱的IP防護(hù)等級(jí)為IP67，高壓箱的IP防護(hù)等級(jí)為IP54，系統(tǒng)總質(zhì)量在650 kg以?xún)?nèi)。

三箱電池分別位于前橋上方、中門(mén)過(guò)道下方和中段框架梁內(nèi)，采用從下往上的吊裝電池結(jié)構(gòu)固定，以解決在側(cè)圍開(kāi)艙門(mén)的局限問(wèn)題。

2.3 氫燃料電池組成及布置

氫燃料電池系統(tǒng)采用標(biāo)稱(chēng)電壓為518.4 V，標(biāo)稱(chēng)功率為25 kW的FSFCE250FL燃料電池系統(tǒng)，輸出電壓在405～592 V DC，額定輸出功率為0～25 000 W，系統(tǒng)的電效率≥46%，采用程序控制啟動(dòng)方式，可在-10～45℃的環(huán)境下工作，且噪聲≤75 dB，符合QC/T 413-2002的抗振等級(jí)需求，該系統(tǒng)的絕緣電阻為500 Ω@250 V，采用水冷冷卻方式，冷卻液的冷卻要求小于等于5μS/cm，以乙二醇溶液作為冷卻水防凍液，防護(hù)等級(jí)為IP55，通過(guò)CAN進(jìn)行通訊，氫氣的供應(yīng)方式為128 L@35 MPa，系統(tǒng)總質(zhì)量在110 kg以?xún)?nèi)（不包含DCDC單元）。氫燃料電池系統(tǒng)由空氣供應(yīng)單元、水熱管理單元、DCDC單元、控制單元、儲(chǔ)氫單元和燃料電池電堆等組成。各單元組成方式：燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)主箱集成燃料電池電堆、空氣供應(yīng)單元、DCDC單元、控制單元；水熱管理單元包括水泵、管路、散熱單元等；儲(chǔ)氫單元包含碳纖維儲(chǔ)氫罐、氫氣加注管路、氫氣減壓閥和傳感器等。

安裝動(dòng)力電池和氫燃料電池要求散熱、通風(fēng)，還要防水、防塵，因此，艙內(nèi)封板作密封處理，同時(shí)還要注意絕緣防護(hù)。在電池箱下方墊酚醛塑料板，同時(shí)采用尼龍凸輪型絕緣墊圈作二次絕緣處理。整個(gè)電池系統(tǒng)的布置如圖2所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖2 整個(gè)電池系統(tǒng)的布置圖

目前我公司開(kāi)發(fā)的HFF6700FCEV氫燃料電動(dòng)客車(chē)樣車(chē)已處于收尾工作，各方面的技術(shù)參數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求，整車(chē)具有效率高、噪聲低、零排放、續(xù)駛里程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[9-10]。由于目前我國(guó)氫燃料電動(dòng)客車(chē)的制造和使用成本過(guò)高，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，制約了氫燃料電動(dòng)客車(chē)的發(fā)展。但是隨著國(guó)家政策的支持和保護(hù)環(huán)境的需求，氫燃料電動(dòng)客車(chē)必將成為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種趨勢(shì)。

[1]國(guó)務(wù)院.關(guān)于印發(fā)節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012 -2020年）的通知：國(guó)發(fā)[2012]22號(hào)[EB/OL].（2012-07-09）[2016-12-11].http：//www.gov.cn/zwgk/2012-07/09/content_217 9032.htm.

[2]楊書(shū)兵.HFF6100G03EV型純電動(dòng)客車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)[J].客車(chē)技術(shù)與研究，2009，31（3）：19-21.

[3]沈海燕，蔣季偉.SWB6129FC燃料電池電動(dòng)客車(chē)總體設(shè)計(jì)[J].客車(chē)技術(shù)與研究，2011，33（2）：33-35.

[4]趙振宇，高學(xué)浴.CLY6110PHEV油電混合城市客車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)[J].客車(chē)技術(shù)與研究，2011，33（2）：49-51.

[5]陳鳴.上海世博園純電動(dòng)大客車(chē)[J].客車(chē)技術(shù)與研究，2011，33（2）：64-67.

[6]劉惟信.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.

[7]何洪文，于曉江，孫逢春.電動(dòng)車(chē)輛設(shè)計(jì)中的匹配理論研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002（6）：704-707.

[8]袁銀南，王忠，錢(qián)恒榮，等.SIG混合動(dòng)力汽車(chē)控制器的設(shè)計(jì)[J].汽車(chē)工程，2009，31（7）：601-605.

[9]宇寧.磷酸鐵鋰電池的八大優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)[EB/OL].（2016-01-07）[2016-12-11].http：//www.chinabuses.com/buses/2016/0107 /article_68308.html.

[10]催勝民.新能源汽車(chē)技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2009.

修改稿日期：2017-03-20

Design of Power System for HFF6700FCEV Hydrogen Fuel Electric Bus

Zhou Weiyu,WangChuanying,XiongZhaokang，WangYang
（Anhui Ankai Automobile Coach Co.,Ltd,Hefei 230051,China）

The authors briefly analyze the layout features and control as well as management of the power of system for hydrogen fuel battery through the vehicle arrangement design about the HFF6700FCEV hydrogen fuel electric bus.The hydrogen fuel electric bus surelywill become a trend ofautomobile industrydevelopment.

hydrogen fuel;electric bus;batterysystem;control and management

U469.72；U463.6

B

1006-3331（2017）03-0031-03

周為余（1991-），男；主要從事客車(chē)車(chē)身和底盤(pán)設(shè)計(jì)工作。