SR6 8 0 0 BEV纯电动客车动力系统设计方案

邢真武，罗勇，郑国金，张聪炳（江西博能上饶客车有限公司，江西上饶334000）

SR6 8 0 0 BEV纯电动客车动力系统设计方案

邢真武，罗勇，郑国金，张聪炳
（江西博能上饶客车有限公司，江西上饶334000）

对SR6800BEV纯电动客车的动力系统结构、控制策略、动力电池箱的布置、高压电气辅助系统等的设计方案进行介绍。

纯电动客车；SR6800BEV；AMT控制；动力系统

针对国家的鼓励政策，我公司根据市场需求，开发了一款基于纯电动系统的8 m团体商用客车。整车的长×宽×高为8 040 mm×2 280 mm×2 990 mm；轴距4 500 mm；前悬1 180 mm；接近角23°；离去角12°；最高车速99 km/h；厂定最大总质量9 400 kg；整备质量6 150 kg；0～50 km/h加速时间≤25 s；最大爬坡度＞15%。该车采用CAN总线通信，CAN通信属于总线式串行通信网络，在数据传输方面具有可靠性高、实时和灵活的特点。整车采用346 VDC电压平台、永磁同步电机驱动和AMT变速控制系统，电机的高效运行区间宽，动力性及节能效果良好，具有很好的市场前景[1-2]，动力系统的主要设计方案如下。

1 电池电机系统的设计及布置

1.1 动力电池系统设计

电动汽车电池工作是以较长时间的中等电流持续放电为主，车辆启动、加速或爬坡时要求电池输出较大功率，此时主要以较大电流运行。由于目前聚合物锂离子电池在功率密度和能量密度以及循环寿命方面的综合性能优于其他蓄电池体系，因此采用安全性高、容量大、循环寿命长的锂离子电池。

按照当前的国家政策及相应标准，电池箱均采用模块形式，做成标准箱，方便整车厂根据自身的要求灵活搭配。整车装配5个电池箱，电池冷却采用自然通风冷却方式。寒冷地区冬天气温较低，电池低温充电倍率小，采用电池高压加热方式，在保证安全性能的同时解决了低温状态下电池充电慢的难题[3]。

动力电池的电芯采用磷酸铁锂材料，单体规格86 Ah/3.2 V；能量密度119.2 Wh/kg，大于国家标准要求的115 Wh/kg；电池组电压工作范围为275～395 V，电池单体数324个；电池最大持续充电电流129 A，最大持续放电电流258 A。储能装量总储电量为89 kW·h。

1.2 电机系统设计

电机系统由驱动电机及电机控制器组成。电机用来驱动车辆行驶，同时在制动时回收制动能量；电机控制器用于接收AMT控制器指令，控制电机转速及输出转矩。驱动电机采用永磁同步电机，额定/峰值功率为60 kW/100 kW；额定/峰值转矩为250 Nm/450 Nm；额定/峰值转速为1 900 r/min//5 000 r/min；防护等级为IP67；电机电压高效区间较宽，利用率高，损耗小。

电机控制器采用矢量控制算法，通过逆变把动力电池的直流高压转换成电机的三相交流电压，控制器的电压逆变效率高；电机控制器工作电压为300～410 V；持续工作电流可达272 A；防护等级为IP67；冷却方式为水冷。

1.3 电池电机系统的布置

根据整车的动力性要求及整车的配重情况，电机系统采用后置方式，电池系统布置在车身中部两侧，使整车载荷匹配合理，电池电机系统的布置如图1所示。

图1 电池电机系统的布置

2 AMT控制方案设计

AMT自动变速系统为整车实时变换挡位，调整车速。AMT控制系统包括整车控制器、气动系统、电转向系统、刹车踏板、换挡面板等，控制器用于采集整车相关信息，并根据整车的控制策略与相应的单元发送指令，满足整车的驾驶要求。AMT整车控制器在AMT控制系统中起到大脑作用，统筹各种反馈信息，在Matlab控制逻辑中，主要工作是计算电机功率需求与计算当前目标挡位。该控制系统采用C语言和Matlab混合编程的方式，其中C语言部分的代码为程序的“底层构架”，它负责程序的底层调用、任务轮转及与Matlab的接口；而Matlab为程序的“高层逻辑运算”，负责整个控制程序的逻辑控制，并将计算结果通过接口送至C语言代码执行[4-5]。系统采用5挡变速器，5挡为5.67，2.97，1.67，1.0，0.76；主减速比采用4.875。

2.1 AMT控制系统流程设计

AMT系统控制框图如图2所示，AMT控制器负责能量管理与分配以及执行挡位控制，电机负责动力输出与制动。

AMT控制器在换挡过程中，系统会根据反馈挡位信息清零电机目标扭矩来控制电机输出模式；同时电机控制器会执行AMT控制器发出的转矩转速控制指令。而直驱系统无换挡指令，直接由控制器发送电机目标转矩和目标挡位命令，同时，电机控制器会执行AMT控制器转发的控制指令。

AMT控制器是纯电动车辆的控制核心，其主要功能为：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；车辆网络管理；车辆状态监控、自诊断及保护；控制AMT变速器自动换挡。

图2 系统控制框图

AMT工作模式如下：

1）停车模式。换挡杆在N挡时，整车进入停车模式，该模式下电机目标扭矩清零，目标挡位回到空挡状态。

2）前进模式。换挡杆在D挡时，整车进入前进模式，该模式包含电机驱动与制动，该模式下，根据油门状态与车速信息来确定目标挡位与电机目标驱动扭矩，根据刹车百分比来确定目标制动扭矩。

3）倒挡模式。换挡杆在R挡时，整车进入倒挡模式，对电机驱动目标扭矩进行功率限制，实现车辆慢速平稳倒车功能。

4）故障模式。AMT控制器检测到零部件有故障时进入该模式，其故障控制有四级限功控制：一级限功基本上停止电机驱动；二级限功取极小功率输出；三级限功取二级限功的2倍；四级限功考虑电机功率限制与BMS功率限制，取限制值最小值。

2.2 AMT控制系统网络设计

系统网络如图3所示。AMT控制器通过CAN总线接收各部件的状态反馈报文，根据各部件状态及整车运行工况确定控制策略，并对各部件进行保护。在换挡过程中，AMT控制器控制电机控制器及选换挡机构实现换挡。

3 高压辅助动力系统

高压辅助动力系统是动力系统不可分割的部分，由三合一控制器、高压配电箱等组成。

辅助动力系统中三合一控制器集成了1路DC-DC控制器，及2路DC-AC控制器。三合一控制器可以根据控制要求为驱动转向油泵、整车打气泵及蓄电池充电，满足整车对动力转向、刹车系统气源及整车低压24 V电源的要求[6-8]。

高压配电箱为整车各部分分配高压电源，包括为电机控制器母线提供电压、为三合一控制器提供母线电压、为电动空调机高压电源、为电除霜机高压电源等。高压箱电气后部端口布置如图4所示。

图4 高压箱后部端口布置

三合一辅助动力控制器集成两路DCAC和DCDC三大部件，能为电动助力转向油泵和电动空压机提供电源；同时为整车低压24 V蓄电池充电。

4 结论

该6800BEV车型主要用于公司通勤班车及旅游班线，整车采用纯电驱动方式，搭载绿控整车控制器、驱动电机及电机控制器，采用CAN通信技术对整车实时绝缘检测，提高了车辆的安全性。实车测试证明，续航里程满足用户通勤车的要求，同时该车在满足传统公路车性能要求的基础上，还具备纯电动汽车的优势，绿色环保，适应国家汽车行业的政策发展方向，具有广阔的市场前景。

[1]康龙云.电动汽车最新技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]邹国堂，程明.电动汽车的新型驱动技术[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]熊刚.车用锂离子电池SOC和电池容量估算研究[D].长沙：中南大学，2014：6.

[4]周飞鲲.纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究[D].长春：吉林大学，2013.

[5]刘力楠，孙红，黄俊杰.CA6127URE31纯电动客车总体设计[J].客车技术与研究，2013，35（5）：18-19.

[6]陈敏，王振国.某A级纯电动汽车动力系统匹配及仿真[J].公路与汽运，2014（4）：16-21.

[7]王兆安，李进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2008.

[8]王泽平，李兵.动力锂电池充放电的保护电路研究[J].客车技术与研究，2015，37（4）：31-33.

修改稿日期：2017-05-02

Design Scheme of Power System for SR6800BEV Pure Electric Bus

Xing Zhenwu,Luo Yong,Zheng Guojin,Zhang Congbing
（JiangxiB-Energy Shangrao Coach Co.,Ltd,Shangrao 334000,China）

The authors introduce the design scheme ofthe power system structure,the controlstrategy,the power battery pack arrangement,and the high voltage auxiliary electric system ofSR6800BEVpure electric bus.

pure electric bus;SR6800BEV;AMTcontrol;powersystem

U469.72；U463.212

B

1006-3331（2017）04-0016-03

邢真武（1976-），男，电气工程师；主要负责传统及新能源团体车等整车高低压电气设计与开发。