GL6810EV纯电动公交客车动力系统设计

秦海峰

摘 要：GL6810EV纯电动公交客车的动力系统结构、电池箱及高压控制柜布置、控制策略介绍。

关键词：纯电动客车;驱动系统;动力电池;电控系统;布置设计

受国家新能源政策（国补及地方营运补贴政策）趋动，公交客车电动化趋势明显，根据城郊公交及乡镇公交的需求，我司全新研发了一款8米纯电动公交客车。整车长×宽×高为8145mm×2360mm×3110mm;厂定最大总质量11500kg;整备质量7050kg;额定载客60人。通过对目标需求市场的调研，在满足客户往返行驶里程及充电时间前提下，综合考虑国家补贴政策及车辆售价，确定目标续航里程≥250KM（工况法），0～50km/h加速时间≤25s，最大爬坡度≥18%，根据上述输入条件，动力系统的主要设计方案如下：

1 驱动系统设计方案

目前电动客车常用的驱动方式有电机直驱及电机加AMT自动变速箱驱动，直驱的优势是结构简单，可靠性高，缺点是满足需要的电机体积重量大，成本高。使用多档位AMT变速箱可以减少所需驱动电机扭矩，但多档位的AMT存在控制复杂，故障率较高的缺点。

根据轻量化、低电耗的原则，此车驱动系统采用新研发的小扭矩高转速永磁同步电机加2档AMT方案，驱动方案说明如图1。驱动电机参数：额定功率/峰值功率75/120kW，额定转矩/最大转矩：350/750N.m;额定转速/最大转速2000/5000rpm/min。变速箱一档速比为1：2.73，二挡为1：1。通过AMT调节，驱动电机的扭矩需求从原来的2000Nm降低为750Nm，全铝合金壳体的驱动电机加AMT的重量仅为145KG，总成质量比同级直驱产品最高轻50%，使电机及电机控制器成本也大幅下降。

此2档AMT具有结构简单，可靠性高优点。AMT自动变速器与电机同轴连接，利用变速器调速增扭的特性，实现匹配较小电机达到直驱大电机的效果;较少的换挡次数和较低的换挡时间，使得AMT系统在平顺性方面更接近于直驱系统。通过变速箱及后桥速比的调节，实现电机更多地工作在高效区（见图2），通过测试，综合工况（开空调、加载70%）百公里电耗32.5Kwh，综合电耗较同级直驱降低4.6%;客车最大爬坡度大幅提升，达25%。

2 動力电池系统设计布置

公交客车动力电池设计时需要考虑因素较多：

1）需要调研目标客户的实际运营单趟里程、全天总里程，对线路拥堵情况调研，堵车、超载、高温时开启空调等耗电因素充分考虑，计算所需配置总电量。

2）目标客户允许的补电时间及其使用的充电桩功率，确定电池采用快充还是慢充方案，确定电池的充电倍率。

3）国家新能源补贴政策对电池相关参数的要求，例如单位载质量能量消耗量（Ekg）不高于0.17Wh/km·kg，电池系统能量密度≥135Wh/kg等等，以便客户能够获得尽可能多的财政补贴。

4）电池箱体体积、安全性是否适于公交车辆布置，比如公交车地板较低，电池的防水性能必须达到IP67。

通过上述因素及车辆实际情况计算，确定采用慢充型磷酸铁锂电池，总储电量为109.27Kwh，最大充电倍率1.5C，4个电池标准箱体，防水等级IP67。

因为动力电池质量较大，在车辆上布置电池时需考虑其对车辆前后轴重的影响，若将4个电箱全部布置在前后轴之间，导致前轴超重，影响制动安全性，通过设计模拟，4个电池布置采用图3方案，加大轴距，减少后悬，3个电池箱置于前后轴之间偏后位置，一个箱体置于后轴后方，增加后轴重量，使前后轴重比满足国家法规要求。

考虑环境温度对动力电池的充放电性影响较大，电池仓增加通风散热，车身两侧电池仓门开通风格栅，电池仓内增加温控自动强制散热风机，当仓内温度≥40℃时自动开启，根据车辆行驶区域，北方地域使用车辆电池仓选装水暖加热装置。同时考虑到安全性要求，电池仓安装了烟雾传感器及专用电池灭火装置，发生火灾时，驾驶室会有声光报警，灭火器自动启动，也可驾驶员手动启动。

3 高压控制系统设计方案

高压控制系统由电池管理BMS、电机控制器、DC＼DC、2路DC＼AC、高压配电盒及保险组成。整车高压系统的构架设计需要从高压各零部件在车辆上布置位置的可行性、接线的合理性、维修性等方面来考虑。现在的高压系统的趋势是采用集成化高的控制箱，如市面上有的五合一控制箱，达到减少高压继电器、高压连接器、高压动力电缆用量的目的，增加整车高压系统的可靠性，降低发生高压安全问题，同时能降低成本。但高度集成的控制盒存在散热性、维修性差，某一个控制器发生问题只能更换整个总成，影响出车率。综合考虑，采用BMS+电机控制器+三合一控制器（DC＼DC、2路DC＼AC、高压配电）的方案，三合一控制器可以根据控制要求为动力转向油泵、电动打气泵机及24V蓄电池充电。控制系统网络如图4所示。

所有高压控制器外壳采用铝合金压铸成型，重量轻散热性好，防水等级达到IP67。

4 整车控制与管理

本车的整车控制器和管理系统，通过CAN网络对车辆各部件进行控制，如图5。

VCU充分协调和发挥各部分优势，使车辆获得最佳运行状态，能实现的功能有：

1）汽车驱动控制。根据驾驶员的驾驶要求和车辆状态，向电机控制器发出指令，满足驾驶工况要求。

2）制动能量回馈控制。根据制动踏板和加速踏板信息、车辆状态、蓄电池状态，计算电机制动力矩，回收能量。

3）故障诊断及保护。连续监测整车各个系统是否正常工作，对故障进行诊断并必要的处理。

5 结束语

目前我公司开发的GL6810EV已经通过国家试验场各项检验，技术指标达到国家相关法规要求及设计目标，车辆具有电耗低、行驶噪音低、零排放、续驶里程长、防水等级高等优点。近年来，随着动力电池性能的逐渐提升，成本逐渐降低，阻碍纯电动车发展的车辆成本过高、基础设施建设滞后等问题得到解决，加上国家新能源政策的推动，相信此纯电动公交车具有广阔的市场前景。

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