丁梓涵, 姜琦菲, 李 韌, 袁 明

(安徽安凱汽車(chē)股份有限公司，合肥 230051)

隨著國(guó)家城市化建設(shè)進(jìn)程的加快及旅游市場(chǎng)的發(fā)展，對(duì)城市通勤、短途旅游用車(chē)的需求進(jìn)一步加大。所需的環(huán)保型、經(jīng)濟(jì)性、產(chǎn)品適用性等與電動(dòng)客車(chē)領(lǐng)域相互契合[1]。HFF6113KEV2正是在這樣的市場(chǎng)環(huán)境下專(zhuān)為團(tuán)體通勤、短途旅游租賃市場(chǎng)量身定制的。本文主要介紹該車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

1 整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)方案

1.1 整車(chē)性能簡(jiǎn)介

該車(chē)主要技術(shù)參數(shù)如下：長(zhǎng)、寬、高分別為11 300 mm、2 500 mm、3 450 mm, 最大載客人數(shù)50人，最高車(chē)速90 km/h,軸距5 700 mm，輪胎規(guī)格295/80R22.5，前/后輪距2 055 mm/1 860 mm,總質(zhì)量 18 000 kg，接近角/離去角9°/8°，前/后懸2 320 mm/3 280 mm，最小離地間隙240 mm,最小轉(zhuǎn)彎直徑22 m[2]。

通過(guò)整車(chē)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、能量管理以及控制策略的精確優(yōu)化，整車(chē)加速度在0.5g～1.0g之間均衡變化，使動(dòng)力性與乘坐舒適性達(dá)到最佳平衡[3]。整車(chē)配備高效永磁同步電機(jī)和磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，單位載質(zhì)量能量消耗量≤0.24 Wh/km·kg。在高壓系統(tǒng)方面，實(shí)行集成化、模塊化平臺(tái)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)高壓零部件IP67的防護(hù)等級(jí)。

1.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

HFF6113KEV2采用額定功率100 kW，峰值功率200 kW，峰值扭矩2 800 Nm的永磁同步電機(jī)。電機(jī)定子鐵芯采用整圓沖片，槽數(shù)72槽，極數(shù)12極，雙層疊繞組，槽滿(mǎn)率大于80%。轉(zhuǎn)子采用高牌號(hào)永磁體，成“V”型分布，可有效增加氣隙磁通，減少漏磁，提高效率；轉(zhuǎn)子鐵芯錯(cuò)開(kāi)成斜極，每段轉(zhuǎn)子間錯(cuò)開(kāi)一定機(jī)械角度，可有效降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，降低電機(jī)振動(dòng)和噪聲。機(jī)殼為多通道“Z”型水道，可提高散熱能力。電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度14.9 Nm/kg,最高效率達(dá)96%[4]。經(jīng)檢測(cè)，整車(chē)0～50 km/h加速時(shí)間9.7 s，最大爬坡度20%。

1.3 電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，電池容量604 Ah，560.28 V，共338.4 kWh。10箱電池組合方式為5箱電池串聯(lián)后再2路并聯(lián)。串聯(lián)的5箱電池中，有4箱由36個(gè)單體電池串聯(lián)而成，有1箱由30個(gè)單體電池串聯(lián)而成。

應(yīng)用輕量化電池PACK技術(shù)，減輕整車(chē)重量：采用高分子樹(shù)脂材料作電池箱體；電池在箱體內(nèi)固定時(shí)采用膠粘方式，不采用壓板；取消插件，采用接線(xiàn)端子連接[5]。配備雙直流充電插座，以滿(mǎn)足旅游景區(qū)快速補(bǔ)電功能需求。最大充電允許電流400 A,最快1.5 h補(bǔ)滿(mǎn)100%電量，續(xù)駛里程約560 km。由于旅游景區(qū)人員過(guò)多，為避免充電時(shí)出現(xiàn)行車(chē)現(xiàn)象，車(chē)輛充電時(shí)需具備防移動(dòng)的安全防護(hù)措施：當(dāng)有連續(xù)的充電電流或VCU接收到BMS發(fā)送的充電標(biāo)志位信號(hào)后，整車(chē)不發(fā)送驅(qū)動(dòng)扭矩，避免安全事故發(fā)生。

1.4 驅(qū)動(dòng)橋選型

2 安全性及可靠性

2.1 動(dòng)力系統(tǒng)安全性保障措施

HFF6113KEV2整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)安全保障措施有：

1) 高壓過(guò)流三級(jí)降功率保護(hù)。當(dāng)充放電電流>I允許×105%時(shí)，整車(chē)報(bào)警；>I允許×120%時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率降至50%；>I允許×125%時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率降至25%。

2) 動(dòng)力系統(tǒng)過(guò)壓自保護(hù)。當(dāng)單體電池最高電壓≥3.85 V時(shí)，整車(chē)報(bào)警；>4.1 V時(shí)，整車(chē)斷開(kāi)高壓接觸器。

3) 多級(jí)絕緣及絕緣檢測(cè)主動(dòng)安全防護(hù)。絕緣電阻值<500 kΩ時(shí)，整車(chē)二級(jí)保護(hù)，驅(qū)動(dòng)功率降至50%；絕緣電阻值<100 kΩ時(shí)，整車(chē)一級(jí)保護(hù)，斷開(kāi)高壓接觸器。

4) CAN信息丟失保護(hù)。當(dāng)BMS、電機(jī)控制器、一體化配電柜等重要高壓部件CAN信息丟失超過(guò)5 s時(shí)，整車(chē)進(jìn)行下高壓保護(hù)處理。在信息丟失的5 s期間，按獲取的最后一幀報(bào)文信息進(jìn)行處理，避免整車(chē)失控[6]。

5) 高壓繼電器粘連保護(hù)。若VCU未發(fā)送請(qǐng)求閉合的CAN報(bào)文指令，而對(duì)應(yīng)高壓繼電器已反饋閉合，則判斷繼電器粘連，整車(chē)不響應(yīng)所有上高壓的指令，并通過(guò)儀表進(jìn)行報(bào)警。

6) 整車(chē)保護(hù)自恢復(fù)。當(dāng)整車(chē)觸發(fā)了除斷高壓外的安全保護(hù)后，若在保護(hù)過(guò)程中故障源已恢復(fù)正常，則整車(chē)恢復(fù)正常行駛模式，并將故障狀態(tài)錄入VCU。

7) 驅(qū)動(dòng)扭矩禁止保護(hù)。在原有氣制動(dòng)基礎(chǔ)上,以制動(dòng)能量回收產(chǎn)生的電制動(dòng)作為輔助手段,制動(dòng)效果比同類(lèi)燃油車(chē)輛表現(xiàn)更好。在制動(dòng)踏板和油門(mén)同時(shí)踩下時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)制動(dòng)邏輯，且VCU不發(fā)送驅(qū)動(dòng)扭矩。

2.2 動(dòng)力系統(tǒng)熱安全管理

1) 電機(jī)熱安全措施。選取電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在正常行駛工況和峰值工況下的溫度峰值點(diǎn)處和溫度上升梯度峰值點(diǎn)處布置溫度傳感器。電機(jī)控制器根據(jù)實(shí)時(shí)采集流經(jīng)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的循環(huán)冷卻液溫度以及布置的溫度傳感器反饋的溫度測(cè)量值，選擇加熱或冷卻運(yùn)行模式。根據(jù)加熱或冷卻后的溫度場(chǎng)特性，調(diào)節(jié)加熱或冷卻介質(zhì)的輸送流量或速度，將電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的溫度控制在合適范圍內(nèi)。

在極限情況下，若電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)量的峰值溫度或溫度上升速率超過(guò)設(shè)定的報(bào)警閾值，則進(jìn)行電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)熱失控報(bào)警，并停止電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，啟動(dòng)熱失控的保護(hù)措施[7-8]。

2) 電池?zé)岚踩源胧?。選取正常行駛工況和峰值工況下的電池組溫度峰值點(diǎn)處和溫度上升梯度峰值點(diǎn)處布置溫度傳感器。根據(jù)布置的溫度傳感器反饋的溫度測(cè)點(diǎn)的溫度測(cè)量值，并依據(jù)電池組熱管理控制策略，選擇加熱或冷卻運(yùn)行模式。根據(jù)加熱或冷卻后的溫度場(chǎng)特性，調(diào)節(jié)加熱或冷卻介質(zhì)的輸送流量或速度，將動(dòng)力電池組的溫度控制在合適范圍內(nèi)，防止電池?zé)崾Э厍闆r發(fā)生[9-10]。

2.3 動(dòng)力系統(tǒng)可靠性

因考慮不同環(huán)境、區(qū)域、氣候的影響，應(yīng)將高壓系統(tǒng)零部件的可靠性納入設(shè)計(jì)范疇，從多方位進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，保證高壓系統(tǒng)零部件的可靠性。

1) 整車(chē)控制器作為整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的重要部件，應(yīng)進(jìn)行電磁兼容性、振動(dòng)、高低溫、不同濕度、鹽霧的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，保證其在-20 ℃到40 ℃下、在干燥和高濕度的氣候環(huán)境下以及在沿?？諝鈼l件下有良好的適應(yīng)性和可靠性。

2) 電池箱防護(hù)等級(jí)應(yīng)達(dá)IP67，滿(mǎn)足各種工況使用要求；電池箱的連接器應(yīng)采用導(dǎo)線(xiàn)環(huán)形密封和連接器外圍密封，使連接器實(shí)現(xiàn)真正密封，確保濕氣無(wú)法進(jìn)入，不會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱或火花出現(xiàn)。

3) 電機(jī)前后端蓋等結(jié)構(gòu)件，由打膠密封改成密封圈組合裝配密封，提高電機(jī)整體的水道氣密性。將電機(jī)后端蓋、接線(xiàn)盒、旋變腔等集成一體化，以減少多個(gè)單部件互相之間不匹配的可能性，同時(shí)減少緊固件數(shù)量，降低電機(jī)整體強(qiáng)度弱化的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高電機(jī)本體可靠性。

4) 采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的CAN2.0B標(biāo)準(zhǔn)CAN總線(xiàn)，利用差分電路傳輸信號(hào)，以提高容錯(cuò)能力和抗干擾能力，提高數(shù)據(jù)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性[11-12]。CAN網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 CAN網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)原理圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了HFF6113KEV2純電動(dòng)客車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)方案，以及保證其安全性、可靠性等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出了保障整車(chē)動(dòng)力、分級(jí)高壓安全保護(hù)、熱安全管理等具體措施。