純電動客車的發(fā)展及其關(guān)鍵技術(shù)

齊洪磊 劉兆鑫

摘要：純電動客車（battery electric vehicles，BEV）是完全由可充電的電池（通常為磷酸鐵鋰電池）提供動力源，以電機作為驅(qū)動系統(tǒng)的新能源客車。由于使用電能，純電動客車在行駛過程中沒有廢氣排出，不污染環(huán)境，可實現(xiàn)零排放。

關(guān)鍵詞：純電動客車;發(fā)展;關(guān)鍵技術(shù)

1純電動客車的結(jié)構(gòu)與原理

1.1純電動客車結(jié)構(gòu)

純電動客車由電力驅(qū)動主模塊、車載電源模塊、輔助模塊等構(gòu)成。

電力驅(qū)動主模塊包括整車控制器VCU、驅(qū)動電機控制器、驅(qū)動電機、機械傳動裝置和車輪等，功能是將存儲在動力電池（蓄電池）中的電能轉(zhuǎn)化為車輪的動能，并在客車減速制動時將車輪的動能轉(zhuǎn)化為電能充入動力電池。

車載電源模塊包括動力電池（蓄電池）電源、能源管理系統(tǒng)BMS和充電控制器等，功能是向電機提供電能、監(jiān)測動力電池電源使用情況以及控制充電器向動力電池充電。

輔助模塊包括氣泵DCAC、油泵DCAC、低壓DCDC等，氣泵DCAC、油泵DCAC將整車高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?80V交流電，提供空壓機氣源和助力轉(zhuǎn)向功能。低壓DCDC將整車高壓直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?4V直流電，給低壓蓄電池充電。

1.2純電動客車原理

整車控制器VCU根據(jù)加速踏板和制動踏板的輸入信號，向驅(qū)動電機控制器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，對電機實行啟動、加速、減速、制動控制。驅(qū)動電機控制器按照整車控制器VCU的指令和電機的速度及電流反饋信號，對電機的速度、轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向進行控制。機械傳動裝置將電機的轉(zhuǎn)矩傳輸給客車的驅(qū)動軸，帶動客車車輪行駛。

2純電動客車關(guān)鍵技術(shù)

2.1電池及其管理系統(tǒng)

電池即車載電源，又稱為電動客車的動力源，純電動客車用動力電池的性能對新能源汽車的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，是制約電動客車發(fā)展的關(guān)鍵因素之一?，F(xiàn)在的電動客車電池技術(shù)有了較大的發(fā)展。

電池管理系統(tǒng)BMS的主要功能有電池參數(shù)監(jiān)測、電池狀態(tài)估計、在線故障診斷、充電控制、自動均衡、熱管理等。單體電池性能的變化能夠影響動力電池組的整體性能，所以電池管理系統(tǒng)監(jiān)控整個電池組的同時還要兼顧單體電池的溫度、電量等性能，從而保持單體電池的一致性和均衡性。

2.2電動機驅(qū)動及其控制技術(shù)

電動機驅(qū)動控制技術(shù)是電動客車的關(guān)鍵核心技術(shù)，是電動客車動力電池的電能轉(zhuǎn)化為機械能的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu)，其特性決定了電動客車的主要性能指標，直接影響車輛動力性、經(jīng)濟性和用戶駕乘感受。電動客車良好的使用性能需要驅(qū)動電機具有高轉(zhuǎn)速、大啟動轉(zhuǎn)矩、寬調(diào)速范圍等特性，同時還要體積小、重量輕、效率高、動態(tài)制動強和高效能量回收等特點。

電動客車用電機主要有直流電動機、三相異步電動機、永磁同步電機、開關(guān)磁阻電機和輪轂電機等。目前，電動客車使用的電機以永磁同步電機為主。永磁同步電機的勵磁磁場是由磁鐵提供的，沒有勵磁電流，功率因數(shù)高，工作效率高，可在很大范圍內(nèi)調(diào)整電機的功率和轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，質(zhì)量輕。隨著電動機與驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)也朝著智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展，結(jié)合采用變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自適應(yīng)控制等技術(shù)。

2.3純電動客車輕量化技術(shù)

電動客車車身的輕量化技術(shù)主要包括三個方面：選用輕量化材料，采用輕量化設(shè)計和輕量化的制造工藝。采用輕質(zhì)材料優(yōu)化結(jié)構(gòu)，比如車身板件和結(jié)構(gòu)件使用優(yōu)質(zhì)高強度鋼材或輕質(zhì)鋁鎂鈦合金材料，能夠使整車整備質(zhì)量降低10%到20%，保證車身質(zhì)量的同時可以顯著降低車身質(zhì)量;輕量化設(shè)計是針對車身的優(yōu)化設(shè)計方法，通過CAE強度分析的手段對結(jié)構(gòu)尺寸、形狀等方面的優(yōu)化，保證車身結(jié)構(gòu)性能要求的同時減少多余材料。

2.4純電動客車節(jié)能化技術(shù)

進入到后補貼時代，純電動客車能量消耗率已經(jīng)成為評價新能源車輛的最重要性能指標之一，是提升車輛市場競爭力的重要手段，同時也是困擾新能源車輛的行業(yè)難題。如何從技術(shù)手段降低百公里能量消耗，解決用戶的用電焦慮，也是各主機廠目前正積極研究的核心技術(shù)。

同時結(jié)合目前整車智能化發(fā)展水平，可針對插電式混合動力客車、純電動客車等新能源客車的運行特性，制定了相關(guān)控制系統(tǒng)功能構(gòu)架，開發(fā)分模塊通用化控制策略模型;開展面向復(fù)雜城市公交循環(huán)的大數(shù)據(jù)深度學習方法研究，開發(fā)駕駛員意圖量化、車輛載荷與坡道估算、交通流聚類識別技術(shù)，對城市公交工況的深度分析與量化，搭建AI控制算法，實現(xiàn)“人-車-路”三維度完美匹配，車輛越跑越節(jié)能。

2.5智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)

隨著AI人工智能，無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨發(fā)展，汽車越來越朝著“智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化、共享化”新四化方向發(fā)展。自主電池、自主驅(qū)動系統(tǒng)、自主控制器等一大批國產(chǎn)技術(shù)的成熟，已打破原來內(nèi)燃機客車核心控制技術(shù)被國外供應(yīng)商壟斷的狀況，也為車輛的新四化發(fā)展提供了契機。高級輔助駕駛、自動駕駛、OTA遠程升級已成為汽車發(fā)展的主要趨勢，未來具有廣闊的發(fā)展空間。我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)該逐步適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的實際需求，朝著智能化、現(xiàn)代化的方向邁進。

結(jié)束語

純電動客車無內(nèi)燃機產(chǎn)生的噪聲、排放，電機噪聲也比較小，因此整體噪聲低、排放零污染，有利于降低城市噪音污染，打造宜居城市目前，隨著純電動客車技術(shù)日趨成熟，鋰離子電池的安全性、能量密度等越來越高，車輛續(xù)航里程越來越長，車輛使用成本越來越低，充電基礎(chǔ)設(shè)施越來越完善。新能源客車畢竟逐步替代傳統(tǒng)能源客車。

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