在国家和地方财政补贴及减免车辆购置税等相关鼓励政策的大力支持下,近年来纯电动公交车已开始在国内很多城市大规模运营。本文以中通LCK6663EVG型纯电动公交车为例,详细分析其安装的纯电驱动系统的布置、主要零部件和车辆的运行模式。
中通LCK6663EVG型纯电动公交车动力电池的额定电压
为518.4 V、额定容量为107.5 A·h、总电能为55.728 kW·h,驱动电动机的额定功率为60 kW、峰值功率为100 kW,乘坐人数为3认,总质量为7 500 kg,最高车速为69 km/h。
1 纯电驱动系统的整体布置
目前,纯电驱动系统的布置形式有单电动机直接驱动(图1)、双电动机匹配减速器驱动(图2)、单电动机匹配AMT变速器驱动(图3)和轮边电动机匹配减速机构驱动(图4)等4种类型。
中通LCK6663EVG型纯电动公交车采用了单电动机直接驱动的结构布置(图5,该车型未安装空调),其高压系统连接如图6所示。
2 纯电驱动系统的主要零部件
中通LCK6663EVG型公交车纯电驱动系统主要由动力电池、高压配电箱、驱动电动机及电动机控制器、辅助电源控制器、整车控制器、电动打气泵、电动液压助力转向油泵、操纵面板、仪表、CAN总线及充电插座等组成。
2.1动力电池
中通LCK6663EVG型纯电动公交车的动力电池分别安装在左、右两侧后轮前方的电池舱内,电池类型为磷酸铁铿电池。
动力电池主要由电池模块组、箱体、电池管理系统(BMS)及高、低压线束等组成。
(1)电池模块组。电池模块组由若干个单体电芯通过串联或并联的方式组装而成,串联用于提高电压,并联用于增加能量。
中通LCK6663EVG型纯电动公交车采用的国轩磷酸铁锉电池的单体电芯型号为IFP20100140,额定电压为3.2 V,额定容量为21.5 A - h。基于安全考虑,每个电芯上端面有防爆阀。
每5个单体电芯并联组成一个电池模块组,每个电池模块组的电压为3.2 V,容量为21.5A-hx5=107.5A-h。
(2)箱体。箱体用于装载电池模块组,并与车身固定。中通LCK6663EVG型纯电动公交车有左、右2个电池箱体,每个箱体由81个电池模块组串联而成。
(3)电池管理系统。电池管理系统(BMS)包括从机和主机2个模块。从机模块安装在动力电池的箱体内,用于采集各个箱体中电池模块组的电压、温度等信号。有4个硬件接口,T1接口、T2接口主要用于内部CAN信号、24 V电源、风扇控制信号、加热控制等信号的连接传输,A接口、B接口主要用于传输采集到的电压、温度等信号。
主机模块集成在高压配电箱内,是动力电池系统的控制中心。其主要作用是接收从机模块发送的信息,采样总电流、电压,计算SOC(荷电状态,又称剩余电量),向整车控制器发送电池信息,同时根据电池信息对电池进行充放电管理;实现与整车控制器(VCU)、仪表、充电机等部件的通信。主机模块有A、B 、C1、C2等4个硬件接口。
2.2高压配电箱
中通LCK6663EVG型纯电动公交车的高压配电箱安装在车辆后方高压设备舱内的中间位置(图7),用4个绝缘减振垫支撑并通过螺栓固定在车身上。
高压配电箱的主要作用是将来自动力电池的直流高压电分配给各高压部件(电动机控制器、辅助电源控制器等),切断与动力电池的连接(维修开关),连接暖风加热及除霜等,连接充电座,实现通信功能(整车通信、充电通信及主从机模块通信)及程序调试。
高压配电箱上的接口定义如图8所示。电池正负接口与动力电池连接,充电正负接口与充电座连接,电动机正负接口与电动机控制器连接,辅助正负接口与辅助电源控制器连接,整车通信接口与整车控制器连接,主从机通信接口与动力电池连接。