中通LCK6663EVG公交客车纯电动技术解析

董海萍，刘华

（威海职业学院工业技术系，山东威海 264210）

中通LCK6663EVG公交客车纯电动技术解析

董海萍，刘华

（威海职业学院工业技术系，山东威海 264210）

介绍中通LCK6663EVG公交客车纯电驱动系统的组成、零部件、工作模式以及控制策略。

驱动系统；工作模式；控制策略

近年来，在国家相关鼓励政策的大力支持下，纯电动公交客车已开始大量进入市场。据公安部交通管理局统计数字显示，2015年中国纯电动客车上牌量为9.25万辆（2014年仅为6 050辆），上牌量实现了超过15倍的巨幅增长。其中，6～8 m纯电动客车2015年销量同比增长了22倍。本文以中通LCK6663EVG纯电动公交客车为例，详细分析该车应用的纯电动技术。

1 中通LCK6663EVG公交客车纯电驱动系统的组成

纯电动公交客车是完全依靠储能动力源（动力电池）为整车提供能量的一种电动客车。LCK6663EVG纯电动公交客车采用了驱动电机直接驱动的结构布置形式，该车纯电驱动系统主要由电驱动子系统、能源子系统以及辅助子系统等3部分组成，见图1。

图1 LCK6663EVG纯电动公交客车纯电驱动系统组成示意图

LCK6663EVG纯电动公交客车的高压系统电气连接如图2所示。

图2 LCK6663EVG纯电动公交客车高压系统电气连接示意图

2 中通LCK6663EVG公交客车纯电驱动系统主要零部件

2.1 动力电池

动力电池是纯电动汽车行驶的能量来源。该型纯电动公交客车采用合肥国轩高科动力能源有限公司生产的动力电池，类型为磷酸铁锂电池，额定电压为518.4V，额定容量为107.5Ah，总电能55.728kWh。动力电池外观见图3。

动力电池系统主要由电池模块组、箱体、电池管理系统BMS（Battery Management System）及高低压线束等4部分组成。

动力电池模块组由若干个单体电芯通过串联或并联的方式组装而成，串联用于提高电压，并联用于增加能量；单体电芯的型号为IFP20100140，额定电压为3.2V，额定容量为21.5Ah；动力电池由2箱串联而成，每箱由81个电池模块组串联而成（5并81串）。

图3 动力电池

电池管理系统包括从机和主机两个模块。从机模块安装在动力电池的箱体内，用于采集各个箱体中电池模块组的电压、温度等信号；主机模块集成在高压配电箱内，是动力电池系统的控制中心，其主要作用是接收从机模块发送的信息，采样总电流、电压，计算荷电状态SOC（State of Charge，俗称剩余电量），向整车控制器发送动力电池信息，同时根据电池信息对电池进行充放电管理。

高压线束主要用于连接箱体中的电池模块组，并与整车的高压部件连接。低压线束主要用于传输动力电池的电压、电流、温度等信号，以及为电池管理系统提供电源连接。

2.2 高压配电箱

高压配电箱的作用是将来自动力电池的直流高压电分配给各高压部件，连接暖风、加热及除霜，连接充电座，实现通信功能（整车通信、充电通信及主从机通信），并连接程序调试。高压配电箱外观图见图4。

图4 电机控制器、高压配电箱及辅助电源控制器

高压配电箱主要由高压接触器（继电器）、熔断器、低压控制线路等组成。该型纯电动公交客车采用合肥国轩高科动力能源有限公司生产的高压配电箱，型号为DK1537，动力电池参数为518.4V、107.5 Ah，控制电压为24V。电池管理系统BMS的主机模块集成在高压配电箱内。

2.3 驱动电机及电机控制器

1）驱动电机该型纯电动公交客车采用上海大郡动力控制技术有限公司生产的驱动电机，型号为ZTM60-350。该驱动电机为三相永磁同步电机，额定功率为60kW，峰值功率为100 kW，额定转速为1 910 r／min，最高转速为3200r／min，额定转矩350Nm，绝缘等级为H，防护等级为IP55，冷却方式为液冷（≥14 L／min）。驱动电机上有U、V、W三相高压线接头（来自于电机控制器）以及用于散热的冷却液进、出管接头，并集成了旋变器及负温度系数的温度传感器。旋变器的作用是精确测量驱动电机转子的位置及转速，并将信号提供给电机控制器，用于对驱动电机的相序进行精确控制，实现对驱动电机的转速、转矩控制以及电机驱动及发电的转换。旋变器安装在驱动电机的后端，由转子及3组定子线圈组成，其转子随电机轴同步旋转，3组定子线圈分别为励磁绕组、正弦绕组及余弦绕组。温度传感器的作用是实时监测电机的温度，并将信号提供给电机控制器。

2）驱动电机控制器该型纯电动公交客车采用上海大郡动力控制技术有限公司生产的电机控制器，型号为ZTM60-90，额定输入电压为380V，额定输出电压为147V，额定输入电流为136 A，额定输出电流为200A，额定输出容量为90kW，最大输出容量为150 kW，最高输出频率为320Hz，防护等级IP67，冷却方式为液冷（≥14L／min）。电机控制器的主要作用是接收整车控制器的指令，将直流高压电转化为交流高压电，控制驱动电机的扭矩输出；制动时，接受整车控制器的指令，控制驱动电机发电，实现制动能量回馈给动力电池；将驱动电机及电机控制器的状态信息反馈给整车控制器。电机控制器外观图见图4。

3）驱动电机及电机控制器的冷却为了维持驱动电机及电机控制器的正常工作温度，采用了独立的冷却系统。冷却系统主要由储液罐、散热器（带风扇）、电动液泵、驱动电机及驱动电机控制器等组成。

2.4 三合一型辅助电源控制器

该型纯电动公交客车采用武汉合康动力技术有限公司生产的辅助电源控制器，型号为H1EG384-3YQD-0F-2T，采用风冷。该辅助电源控制器为三合一型，一个箱体内集成了DC／DC控制器、DC／AC电动液压助力转向油泵电机控制器、DC／AC打气泵电机控制器等3个控制器。DC／DC控制器主要为整车24V铅酸蓄电池充电，满足整车24V低压电器的正常工作。辅助电源控制器外观见图4。

2.5 整车控制器

整车控制器VCU（Vehicle Control U-nit）的型号为HKVCU0N1－03，输入电源为8～32V DC，防护等级为IP65，散热方式为自然冷却。整车控制器外观见图5。

图5 整车控制器

整车控制器是纯电动汽车的控制核心，通过采集油门踏板位置、制动踏板位置、电机转速和换挡面板的挡位等信号，判断驾驶员的驾驶意图，并计算出目标牵引力矩，以电机耗电量最小为原则，同时参考电机外特性和储能系统的各项边界条件，对驱动电机的力矩进行控制，最终实现驱动电机按照驾驶意图驱动整车运行。整车控制器具有驾驶员驾驶意图解析、系统工作模式控制、车辆能量管理及优化、智能化的整车故障识别和处理、车辆网络管理、车辆状态监控、自诊断及保护等多项功能。整车控制器外部端口基本接线示意图见图6。

图6 整车控制器外部端口基本接线示意图

2.6 电动打气泵

纯电动公交客车当采用气压制动时，必须安装电动打气泵（液压制动的纯电动公交客车，需安装电动真空泵，以实现制动真空助力）。该型纯电动公交客车采用耐力股份有限公司生产的电动打气泵，型号为AZE1.5H，公称容积流量为0.16 m3／min，公称排气压力为1.0MPa。电机为三相异步电动机，其功率为1.5kW、转速为1410r／min、电压为220V、频率为50Hz，最高工作温度110℃，专用润滑油加注量为1.35L。电动打气泵外观见图7。

图7 电动打气泵

AZE1.5H电动打气泵总成主要由空气压缩机、电机、冷却器及固定底盘支架等4大部件组成。空气压缩机为滑片式（叶片式）。

2.7 电动液压助力转向油泵

该型纯电动公交客车采用全兴精工集团有限公司生产的电动液压助力转向油泵，型号为EHPS－1010R 1.5／16，电机的额定电压为220V，额定电流6.86 A，额定功率1.5 kW，额定转速为1 440 r／min；油泵的最大压力为10 MPa，进油口直径为M27×1.5，出油口直径为M18×1.5。电动液压助力转向油泵的电机为三相异步电机，电动液压助力转向油泵外观见图8。

图8 电动液压助力转向油泵

2.8 选挡面板

该型纯电动公交客车的按钮式选挡面板上有4个挡位按钮，D（前进挡）、N（空挡）、R（倒挡）及S（低速挡，未使用）。选挡面板的挡位信号（开关信号）通过整车CAN总线传递给整车控制器，选挡面板见图9。

图9 选挡面板

2.9 仪表

该型纯电动公交客车采用了纯电动车专用仪表（带CAN总线），可显示总电压、总电流、SOC（剩余电量）、单体电芯的最高电压、最低电压、最高温度、最低温度、气压（柱状，2个）、挡位等参数以及相关的报警信号。仪表见图10。

图10 仪表

2.10 电动除霜器

电动除霜器用于前挡风玻璃除霜（属于高压部件），利用直流高压电来加热，然后利用24V的风机将暖风吹出，以达到除霜目的。电动除霜器的一挡为高速吹自然风，二挡为高速吹热风。

2.11 充电插座

该型纯电动公交客车的充电插座位于车辆右侧最后方的设备舱内，充电插座接口共9针（国标，图11），其针脚定义见表1。

图11 充电插座

3 中通LCK6663EVG纯电动公交客车的工作模式

中通LCK6663EVG纯电动公交客车有纯电驱动、制动能量回馈及外接充电等3种工作模式。

1）纯电驱动整车控制器通过接收反映驾驶意图的油门踏板输出信号（0～5V电压信号）、挡位信号以及相应的其它传感器信号，经过标定程序转换为油门踏板开度比例，经过一定函数运算，向电机控制器输出油门踏板对应的加速力矩。综合考虑动力系统状态信息，对驾驶员期望转矩进行控制，最后由驱动电机转化为真实的转矩输出。驱动电机输出的转矩通过后桥传递至轮胎，驱动车辆行驶。

2）制动能量回馈车辆制动时，整车控制器根据制动踏板和油门踏板信息、车辆状态、电池工作状态和蓄电池电量状态等信息，计算制动减速度及电机制动力矩并向电机控制器输出指令，电机控制器根据上述指令控制驱动电机发电，电机通过制动过程中产生电流回收到动力电池中，从而实现制动能量回馈。

3）外接充电当动力电池系统能量不足时，需要利用外部电源进行充电，充电时整车高压零部件停止工作。

表1 充电插座接口针脚定义

4 中通LCK6663EVG纯电动公交客车的控制策略

4.1 电池管理系统BMS高压上电控制

BMS上高压电需要电机控制器允许上高压请求，再通过仪表CAN数据通信检测到钥匙Start信号，整车控制器得到仪表启动信号后，发送上高压指令给BMS，BMS再根据自身逻辑判断当前是否能上高压电，整车控制器等待BMS反馈高压接触器状态后，进入主程序运行。

4.2 电池管理系统BMS高压下电控制

电池管理系统BMS下高压电控制有2种控制方式。第1种是当驾驶员将点火开关从ON挡关闭后，整车控制器立即向三合一辅助电源控制器发送指令，然后延时200ms发送BMS高压下电指令；第2种是当电池管理系统BMS或电机控制器出现最高级故障，此时整车控制器向电机控制器发送0扭矩指令，控制驱动电机无输出扭矩，并发送BMS高压下电指令。

4.3 驱动电机控制

整车控制器通过电机控制器对驱动电机进行控制。若电机反馈状态为准备就绪，整车控制器控制电机运行；若电机反馈状态为未准备好，整车将停止电机驱动。在BMS功率上限范围内，通过采集加速踏板与车速等信息来计算当前电机所需的扭矩并用来驱动车辆运行，同时，通过采集制动踏板与车速等信息来计算电机制动扭矩并用来对车辆进行制动。

4.4 三合一型辅助电源控制器控制

三合一型辅助电源控制器供电部件有电动气泵、电动液压助力转向油泵以及蓄电池。在整车控制过程中，需要电池管理系统BMS反馈高压接触器状态，若为吸合状态，电动液压助力转向泵与蓄电池控制电路开始处于工作状态。当储气筒气压低于0.65 MPa时仪表输出高电平信号，电动打气泵工作；在达到0.8MPa时仪表输出低电平信号，电动打气泵停止工作。

4.5 电动液泵控制

电动液泵主要作用是给驱动电机、电机控制器提供冷却液循环，给驱动电机以及电机控制器提供良好的散热环境。电动液泵控制策略：只要检测到点火开关位于ON挡位置，电动液泵将开始工作；若检测不到ON挡位置信号，电动液泵将关闭。

4.6 散热风扇控制

散热风扇主要作用是控制驱动电机与电机控制器在一定的温度范围内工作。当电机控制器温度大于50℃或驱动电机温度大于110℃，风扇将开启；当电机控制器温度小于46℃并且驱动电机温度小于105℃时，风扇停止工作。

4.7 车辆停止行驶控制

当车辆处于驻车制动、充电、仪表未显示READY、仪表显示严重故障以及电机运行中出现过流状态时，车辆无法行驶。

4.8 能量控制

在冬季寒冷地区由于气温的下降，根据磷酸铁锂动力电池的特性，在电池电量低的情况下，如果驱动电机大功率工作，将会导致电池的单体电压瞬间大幅下降到保护电压，从而导致车辆急加速断电，车辆不能正常行驶。为解决上述问题并适当延长行驶里程，中通公司对驱动电机的功率采用的控制策略为：①当动力电池电量＞50%时，驱动电机功率不受限制；②当电池电量≤50%时，电机功率为60 kW；③当电池电量≤40%时，电机功率为55kW；④当电池电量≤30%时，电机功率为45kW；⑤当电池电量≤20%时，电机功率为30kW。

控制功率时扭矩不会受到影响，直接影响表现为车辆油门响应慢，车辆加速度较原来迟缓，但不影响车辆爬坡能力。

4.9 失效保护控制

①当车辆出现一级故障时，只报警不限功率；②当出现二级故障时，限制电机功率为50%；③当出现三级故障时，根据车辆运行状态，车辆未停止时，限制电机功率为20%，待车辆停止后，再将停止电机输出，但高压保持闭合；④当出现四级故障时，整车控制器发送CAN指令控制电机停止输出扭矩，待车辆静止后，整车控制器先停止三合一型辅助电源控制器使能输出，然后发送断开高压接触器指令。如果上电时存在四级故障，则不允许下发上电指令。

（编辑 陈程）

Technical Analysis to Zhong Tong Pure-electrical Bus LCK6663EVG

DONG Hai-ping，LIU Hua（Department of Industrial Technology，WeihaiVocational College，Weihai 264210，China）

Focusing on Zhong Tong Bus LCK6663EVG，this article the mainly introduces pure－electrical driving system，including its components，spare parts，working mode and control strategies.

driving system；working mode；control strategy

U469.72

A

1003－8639（2016）11－0006－05

2016－03－09

董海萍，女，副教授；刘华，男，教授，高级工程师，研究方向为汽车电子控制技术。