HFF6113KEV2纯电动客车动力系统开发
2020-11-03丁梓涵姜琦菲
丁梓涵, 姜琦菲, 李 韧, 袁 明
(安徽安凯汽车股份有限公司，合肥 230051)
随着国家城市化建设进程的加快及旅游市场的发展，对城市通勤、短途旅游用车的需求进一步加大。所需的环保型、经济性、产品适用性等与电动客车领域相互契合[1]。HFF6113KEV2正是在这样的市场环境下专为团体通勤、短途旅游租赁市场量身定制的。本文主要介绍该车动力系统开发。
1 整车动力系统技术方案
1.1 整车性能简介
该车主要技术参数如下：长、宽、高分别为11 300 mm、2 500 mm、3 450 mm, 最大载客人数50人，最高车速90 km/h,轴距5 700 mm，轮胎规格295/80R22.5，前/后轮距2 055 mm/1 860 mm,总质量 18 000 kg，接近角/离去角9°/8°，前/后悬2 320 mm/3 280 mm，最小离地间隙240 mm,最小转弯直径22 m[2]。
通过整车控制、电机驱动、能量管理以及控制策略的精确优化，整车加速度在0.5g～1.0g之间均衡变化，使动力性与乘坐舒适性达到最佳平衡[3]。整车配备高效永磁同步电机和磷酸铁锂动力电池，单位载质量能量消耗量≤0.24 Wh/km·kg。在高压系统方面，实行集成化、模块化平台开发，实现高压零部件IP67的防护等级。
1.2 驱动系统设计
HFF6113KEV2采用额定功率100 kW，峰值功率200 kW，峰值扭矩2 800 Nm的永磁同步电机。电机定子铁芯采用整圆冲片，槽数72槽，极数12极，双层叠绕组，槽满率大于80%。转子采用高牌号永磁体，成“V”型分布，可有效增加气隙磁通，减少漏磁，提高效率；转子铁芯错开成斜极，每段转子间错开一定机械角度，可有效降低转矩脉动，降低电机振动和噪声。机壳为多通道“Z”型水道，可提高散热能力。电机转矩密度14.9 Nm/kg,最高效率达96%[4]。经检测，整车0～50 km/h加速时间9.7 s，最大爬坡度20%。
1.3 电池系统设计
采用磷酸铁锂动力电池，电池容量604 Ah，560.28 V，共338.4 kWh。10箱电池组合方式为5箱电池串联后再2路并联。串联的5箱电池中，有4箱由36个单体电池串联而成，有1箱由30个单体电池串联而成。
应用轻量化电池PACK技术，减轻整车重量：采用高分子树脂材料作电池箱体；电池在箱体内固定时采用胶粘方式，不采用压板；取消插件，采用接线端子连接[5]。配备双直流充电插座，以满足旅游景区快速补电功能需求。最大充电允许电流400 A,最快1.5 h补满100%电量，续驶里程约560 km。由于旅游景区人员过多，为避免充电时出现行车现象，车辆充电时需具备防移动的安全防护措施：当有连续的充电电流或VCU接收到BMS发送的充电标志位信号后，整车不发送驱动扭矩，避免安全事故发生。
1.4 驱动桥选型
2 安全性及可靠性
2.1 动力系统安全性保障措施
HFF6113KEV2整车动力系统安全保障措施有：
1) 高压过流三级降功率保护。当充放电电流>I允许×105%时，整车报警；>I允许×120%时，驱动功率降至50%；>I允许×125%时，驱动功率降至25%。
2) 动力系统过压自保护。当单体电池最高电压≥3.85 V时，整车报警；>4.1 V时，整车断开高压接触器。
3) 多级绝缘及绝缘检测主动安全防护。绝缘电阻值<500 kΩ时，整车二级保护，驱动功率降至50%；绝缘电阻值<100 kΩ时，整车一级保护，断开高压接触器。
4) CAN信息丢失保护。当BMS、电机控制器、一体化配电柜等重要高压部件CAN信息丢失超过5 s时，整车进行下高压保护处理。在信息丢失的5 s期间，按获取的最后一帧报文信息进行处理，避免整车失控[6]。
5) 高压继电器粘连保护。若VCU未发送请求闭合的CAN报文指令，而对应高压继电器已反馈闭合，则判断继电器粘连，整车不响应所有上高压的指令，并通过仪表进行报警。
6) 整车保护自恢复。当整车触发了除断高压外的安全保护后，若在保护过程中故障源已恢复正常，则整车恢复正常行驶模式，并将故障状态录入VCU。
7) 驱动扭矩禁止保护。在原有气制动基础上,以制动能量回收产生的电制动作为辅助手段,制动效果比同类燃油车辆表现更好。在制动踏板和油门同时踩下时，优先响应制动逻辑，且VCU不发送驱动扭矩。
2.2 动力系统热安全管理
1) 电机热安全措施。选取电驱动系统在正常行驶工况和峰值工况下的温度峰值点处和温度上升梯度峰值点处布置温度传感器。电机控制器根据实时采集流经电机控制器和驱动电机的循环冷却液温度以及布置的温度传感器反馈的温度测量值，选择加热或冷却运行模式。根据加热或冷却后的温度场特性，调节加热或冷却介质的输送流量或速度，将电驱动系统的温度控制在合适范围内。
在极限情况下，若电驱动系统测量的峰值温度或温度上升速率超过设定的报警阈值，则进行电驱动系统热失控报警，并停止电驱动系统工作，启动热失控的保护措施[7-8]。
2) 电池热安全性措施。选取正常行驶工况和峰值工况下的电池组温度峰值点处和温度上升梯度峰值点处布置温度传感器。根据布置的温度传感器反馈的温度测点的温度测量值，并依据电池组热管理控制策略，选择加热或冷却运行模式。根据加热或冷却后的温度场特性，调节加热或冷却介质的输送流量或速度，将动力电池组的温度控制在合适范围内，防止电池热失控情况发生[9-10]。
2.3 动力系统可靠性
因考虑不同环境、区域、气候的影响，应将高压系统零部件的可靠性纳入设计范畴，从多方位进行试验验证，保证高压系统零部件的可靠性。
1) 整车控制器作为整车动力系统的重要部件，应进行电磁兼容性、振动、高低温、不同湿度、盐雾的设计和验证，保证其在-20 ℃到40 ℃下、在干燥和高湿度的气候环境下以及在沿海空气条件下有良好的适应性和可靠性。
2) 电池箱防护等级应达IP67，满足各种工况使用要求；电池箱的连接器应采用导线环形密封和连接器外围密封，使连接器实现真正密封，确保湿气无法进入，不会导致过热或火花出现。
3) 电机前后端盖等结构件，由打胶密封改成密封圈组合装配密封，提高电机整体的水道气密性。将电机后端盖、接线盒、旋变腔等集成一体化，以减少多个单部件互相之间不匹配的可能性，同时减少紧固件数量，降低电机整体强度弱化的风险，从而提高电机本体可靠性。
4) 采用国际标准化的CAN2.0B标准CAN总线，利用差分电路传输信号，以提高容错能力和抗干扰能力，提高数据通信的可靠性、实时性和灵活性[11-12]。CAN网络通信技术原理如图1所示。
图1 CAN网络通信技术原理图
3 结束语
本文阐述了HFF6113KEV2纯电动客车动力系统的技术方案，以及保证其安全性、可靠性等方面的设计内容，提出了保障整车动力、分级高压安全保护、热安全管理等具体措施。
