HFF6700FCEV氢燃料电动客车动力系统设计

周为余，王传应，熊赵康，汪阳

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

HFF6700FCEV氢燃料电动客车动力系统设计

周为余，王传应，熊赵康，汪阳

（安徽安凯汽车股份有限公司，合肥230051）

通过对HFF6700FCEV氢燃料电动客车的整车布置设计，简要分析氢燃料电池动力系统的布置特

点及其控制与管理。氢燃料电动客车必将成为汽车产业发展的一种趋势。

氢燃料；电动客车；电池系统；控制管理

在全球低碳环保、节能减排压力不断加大的情况下，能够完全实现零污染、零排放的氢燃料电动客车，被国际公认为“终极新能源客车解决方案”。随着我国明确以新能源为客车工业转型的主要战略取向[1]，氢燃料电动客车的研发与应用将会日益受到关注并被提上日程。在新能源汽车发展的大趋势下，我公司开发了HFF6700 FCEV氢燃料电动客车。

1 整车布置设计

HFF6700FCEV是利用我司现有成熟的轻型客车平台，通过底盘与车身的合理布局研发的氢燃料电动客车。

底盘采用国内江淮底盘HFC6700EV，该底盘一直被应用在轻型电动客车中，属于成熟底盘；底架的结构大体分为三段，其中前段和后段是直槽梁结构；中段属于框架梁结构；前桥2.5 t，后桥4.5 t，前后皆为少片簧（4/4）悬架系统；前盘后鼓气压制动和储能弹簧驻车制动，同时装有防抱死刹车系统（ABS）和电子制动力分配系统（EBD）；驱动电机后置采用永磁同步电机TZ289XS，通过AMT变速器实现后桥驱动；车内采用两只壁挂式电动散热器和电动大功率带新风除霜器；使用215/75R17.5子午线轮胎；采用电动内置空调14 000 W[2-5]。

车身采用钣金冲压成型[6]，该造型是我公司中高端商务车宝斯通造型，造型美观、外观大气，钣金冲压能够精确控制车身精度以及整车装配后的整车精度，地板钣金布置成二级踏步，车内从前到后平地板结构，保留了后四人椅台阶，为后行李舱安装氢气瓶提供足够的空间。

动力电池系统采用CATL电池包，氢燃料电池系统采用FSFCE250FL电池系统。动力电池布置在底盘前段和中段位置，氢燃料电池布置在底盘中段位置，使载荷分布合理，同时便于维护；控制器使用环境需要隔热，防电磁干扰，所以控制器布置在后桥上方，车内地板在此处开检修口，方便安装与检修。

2 动力系统控制管理及布置

2.1 整车动力系统控制管理

整车动力系统的控制和管理，通过CAN总线对整车主要环节进行合理控制，充分协调和发挥各部分的优势，获得客车整体最佳运行状态。动力系统控制的工作原理图如图1所示。

1）客车驱动控制：根据驾驶需求和车辆状态，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，计算电机制动力距。

图1 动力系统控制工作原理

3）燃料电池控制方式：燃料电池系统需要整车提供24 V常电和钥匙IG上电的信号。

4）燃料电池系统通过CAN总线与整车进行通信，接收整车的控制指令，同时将燃料动力系统的参数反馈给整车控制器。

燃料电池系统在起动前需要动力电池的电压正常，在燃料电池系统关机时，动力电池应保持一段时间的电能以便燃料电池动力系统完成关机控制[7-8]。

由于氢燃料电池不能储能，确切地讲应该称为氢发电装置，所以，通过氢燃料电池的发电，给动力电池进行充电。

2.2 动力电池组成及布置

动力电池采用国内比较成熟、可靠的磷酸铁锂动力电池——CATL电池包，该动力电池采用加热膜和自然冷却的热管理方式，可存储在-40～+50℃环境下，动力电池系统的工作温度在-20～+55℃范围内，电芯充电温度在0～+55℃范围内，电芯放电温度在-20～+55℃范围内；该动力电池环境相对湿度不大于85%，标称电压为518.4 V，工作电压在405～591.3 V之间，比能量大于等于95 W·h/kg，持续充放电电流为120 A，峰值放电和回馈电流为240 A；单体电压3.2 V，箱体电压（填单个箱体的电压）172.8 V，系统容量120 Ah，系统能量62.2 kW· h，箱体包括三箱C电箱和一个高压箱：标准C电箱由6个1P9S LFP120Ah电芯组成的带加热膜、等电位的模组、6个CSC、1个电箱MSD、若干高低压连接线束、若干高低压连接器组成。高压箱是由1个主正继电器、2个直流充电继电器、1个MSD、1个电流传感器、1个加热正继电器、1个加热负继电器、1个BMU、1个HVB/1个RDB、若干高低压连接器、若干高压连接件及低压线束等组成，该动力电池绝缘要求大于等于8MΩ，电池箱的IP防护等级为IP67，高压箱的IP防护等级为IP54，系统总质量在650 kg以内。

三箱电池分别位于前桥上方、中门过道下方和中段框架梁内，采用从下往上的吊装电池结构固定，以解决在侧围开舱门的局限问题。

2.3 氢燃料电池组成及布置

氢燃料电池系统采用标称电压为518.4 V，标称功率为25 kW的FSFCE250FL燃料电池系统，输出电压在405～592 V DC，额定输出功率为0～25 000 W，系统的电效率≥46%，采用程序控制启动方式，可在-10～45℃的环境下工作，且噪声≤75 dB，符合QC/T 413-2002的抗振等级需求，该系统的绝缘电阻为500 Ω@250 V，采用水冷冷却方式，冷却液的冷却要求小于等于5μS/cm，以乙二醇溶液作为冷却水防冻液，防护等级为IP55，通过CAN进行通讯，氢气的供应方式为128 L@35 MPa，系统总质量在110 kg以内（不包含DCDC单元）。氢燃料电池系统由空气供应单元、水热管理单元、DCDC单元、控制单元、储氢单元和燃料电池电堆等组成。各单元组成方式：燃料电池动力系统主箱集成燃料电池电堆、空气供应单元、DCDC单元、控制单元；水热管理单元包括水泵、管路、散热单元等；储氢单元包含碳纤维储氢罐、氢气加注管路、氢气减压阀和传感器等。

安装动力电池和氢燃料电池要求散热、通风，还要防水、防尘，因此，舱内封板作密封处理，同时还要注意绝缘防护。在电池箱下方垫酚醛塑料板，同时采用尼龙凸轮型绝缘垫圈作二次绝缘处理。整个电池系统的布置如图2所示。

3 结束语

图2 整个电池系统的布置图

目前我公司开发的HFF6700FCEV氢燃料电动客车样车已处于收尾工作，各方面的技术参数都符合设计要求，整车具有效率高、噪声低、零排放、续驶里程长等优点[9-10]。由于目前我国氢燃料电动客车的制造和使用成本过高，基础设施建设不完善，制约了氢燃料电动客车的发展。但是随着国家政策的支持和保护环境的需求，氢燃料电动客车必将成为汽车产业发展的一种趋势。

[1]国务院.关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012 -2020年）的通知：国发[2012]22号[EB/OL].（2012-07-09）[2016-12-11].http：//www.gov.cn/zwgk/2012-07/09/content_217 9032.htm.

[2]杨书兵.HFF6100G03EV型纯电动客车底盘设计[J].客车技术与研究，2009，31（3）：19-21.

[3]沈海燕，蒋季伟.SWB6129FC燃料电池电动客车总体设计[J].客车技术与研究，2011，33（2）：33-35.

[4]赵振宇，高学浴.CLY6110PHEV油电混合城市客车车身设计[J].客车技术与研究，2011，33（2）：49-51.

[5]陈鸣.上海世博园纯电动大客车[J].客车技术与研究，2011，33（2）：64-67.

[6]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[7]何洪文，于晓江，孙逢春.电动车辆设计中的匹配理论研究[J].北京理工大学学报，2002（6）：704-707.

[8]袁银南，王忠，钱恒荣，等.SIG混合动力汽车控制器的设计[J].汽车工程，2009，31（7）：601-605.

[9]宇宁.磷酸铁锂电池的八大优势及缺点[EB/OL].（2016-01-07）[2016-12-11].http：//www.chinabuses.com/buses/2016/0107 /article_68308.html.

[10]催胜民.新能源汽车技术[M].北京：北京大学出版社，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

周为余（1991-），男；主要从事客车车身和底盘设计工作。