纯电动客车系统产品状况简述

PAGECRMB151029-01产品状况简述<秘密级>编制：校对：审核：审定：会签：标准化：批准：XX商用车有限公司目录1、纯电动客车系统的构型2、驱动电机及电机控制器选型及技术特点说明3、动力电池系统技术特点说明4、整车控制系统技术特点说明5、五合一控制系统技术特点说明1、纯电动客车系统的构型浙江吉利控股集团作为世界500强企业，汽车行业的中坚力量，拥有独立自主创新能力的汽车制造商，一直以来就把“新能源的研发与应用”作为企业发展的重要战略。吉利四川商用车有限公司作为浙江吉利控股集团成员公司，坚持“快乐人生，吉利相伴”的核心价值理念，奋力承载新能源汽车重任，整合资源，发挥特色优势，持续致力于新能源商用汽车的研发和应用，以提供更安全、更环保、更节能的汽车及动力产品为目标。DNC6120BEVG1纯电动客车为吉利四川商用车有限公司通过比较当前典型电动汽车技术路线的优缺点，结合计划开发的纯电动客车使用环境、特点要求，选择了轴距为6000mm的平台开发，根据营销需求与法规要求开发动力电池、驱动电机、电子电器、车身、附件、底盘系统。采用磷酸铁锂动力电池输出电能。驱动系统采用了直驱式永磁同步电机，在整个车速范围内实现无级调速，乘坐舒适性好。整个动力系统结构简单，传动效率高，系统可靠性高。图1纯电动客车2、驱动电机及电机控制器选型及技术特点说明电机驱动系统是纯电动汽车核心部件，与传统工业电机相比，在转速转矩动态控制性能、过载能力、工作效率、功率密度和可靠性方面具有更高的要求，尤其要满足电动车辆低速大转矩、宽调速范围的牵引特性需求。应用于电动汽车的电机驱动系统一般有直流电机驱动系统、永磁同步电机驱动系统和交流异步电机驱动系统。其中直流电机驱动系统由于电机需要换相器和电刷，使得可靠性降低、体积和重量大，不适合免维护和高速运转。吉利四川商用车有限公司所开发纯电动客车所选用电机驱动系统包括驱动电机和电机控制器。驱动电机为水冷永磁同步电机。永磁同步电机驱动系统由于采用永磁体替代传统同步电机励磁绕组，降低了铜损，结构简单，免维护，固有的高功率密度和高效率特点，并随着高速弱磁控制技术的突破，已经被国内外公认为电动汽车用最具备竞争力和发展潜力的电机驱动型式。图2水冷直驱永磁同步电机及控制器DNC6120BEVG1纯电动客车配套水冷永磁同步电机基本参数：电机基本参数形式水冷永磁同步电机额定功率/最大功率100kw/150kw额定扭矩/最大扭矩1057Nm/2500Nm额定转速/最大转速900rpm/3000rpm电机效率≥95%表1永磁同步电机基本参数表电机控制器基本参数额定峰值功率与电机匹配额定输入电压540VDC额定输入电流222ADC工作电压范围250～720VDC额定效率>97％外壳防护等级IP67表2永磁同步电机控制器基本参数表图3外特性曲线图4效率MAP曲线该型号电机为三相水冷永磁同步电机，针对纯电动物流车的运行工况设计，系统具有峰值及堵转转矩大、恒功率范围宽等特点，过载能力强等特点：1. MCU把电池的高压直流电能转换为三相交流电，从而驱动TM电机运转。通常受整车控制器指令控制，控制TM电机运行于前进、后退、空挡下的电动、发电等模式，同时可实现驻车、制动、能量回馈、故障报警与处理等功能。2. 高效、高可靠电机的设计a. 选用高性能、高稳定性稀土永磁体，保证了电机的高效率，系统效率≥80%的高效工作区面积大于85%，最高系统效率≥95%。b. 高性能永磁体的使用，提高了电机的功率密度，电机的体积、重量与异步电机相比大幅降低；c. 特殊的转子结构，提高了电机工作的可靠性；d. 高强度、耐电晕的绝缘结构，保障了调速电机的可靠工作；e. 高可靠性的轴承系统，保障电机的长寿命。3. 强化的防护等级设计电机与控制器的防护等级均按IP67设计,满足整车运行环境的要求。3、动力电池系统技术特点说明3.1动力电池组选型及技术特点说明电动汽车用动力电池包括传统铅酸蓄电池、镍氢电池、锂离子电池等。其中以第二代锂离子电池为代表的车用锂离子动力电池具有以下特点：单体电池工作电压高达3.2V，是镍镉电池,镍氢电池的3倍，铅酸电池的近2倍，因此组成动力电池组时，锂离子动力电池使用的串联数目会大大少于铅酸电池和镍氢电池，因而电池组的可靠性相对提高。重量轻，比能量大，从这个角度讲锂电消耗的资源就少，而且由于锰酸锂和磷酸铁锂电池中所用元素的储量比较多，因此相对铅酸、镍氢电池，锂离子动力电池成本反而是进一步降低的。另外，电池组重量降低，有利于降低整车整备质量，提高整车质量利用系数，降低整车能耗。循环寿命长，循环次数可达2000次，使用年限可达10年,。随着技术的革新，设备的提高，电池的寿命会越来越长，性价比会越来越高。自放电率低，每月不到5%。允许工作温度范围宽，低温性能好，锂离子动力电池可在-20℃～+55℃之间工作。无记忆效应，每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电，可以随时随地的进行充电。电池充放电深度，对电池的寿命影响不大，可以全充全放，另外还可以快速充电。无污染，锂离子动力电池中不存在有毒物质，因此被称为“绿色电池”，国家重点扶持。而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物质铅和镉，国家必然会加强监管和治理（铅酸电池出口退税的取消，铅资源税的增加，铅酸电动自行车出口的受限），相应企业的成本也会增加。虽然锂电池没有污染，但从资源节约的角度考虑。锂离子动力电池的回收，回收中的安全性，回收的成本也都需要考虑。安全性。对于新一代车用锂离子蓄电池（特别是磷酸铁锂离子电池），其电池单体通过精选安全电极的化学材料、使用不易燃的电解液及其添加剂、电池内部隔膜的关断保护、减压开关和内部释放阀等措施，以及锂离子动力电池组的保护板能够对每一个单体电池进行高精度监测，低功耗智能管理，具有完善的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复功能以及可靠的均衡充电功能，使锂离子电池在高温高热环境下工作性能良好，过充、过放不损坏，即使在电池内部或外部受到破坏时，电池也不燃烧、不爆炸，有较高的安全性。为满足整车需求和国家政策的要求，选择磷酸铁锂电池系统，磷酸铁锂相比三元材料具有相对高的安全性。结合整车提供的电池包络数模，对各个厂家的电芯进行排布，从排布结果来看，最终采用亿纬锂能90Ah磷酸铁锂电芯。考虑到模块化平台化的发展趋势，特选择标准箱体的串联组合成系统。纯电动客车选用的电池系统基本参数：序号项目12米1额定电量（kWh）193.52额定电压（DCV）537.63电压使用范围（DCV）420～613.24瞬时最大放电功率（kW30s,SOC50%）193.55持续放电功率（kW）976瞬时最大充电功率（kW30s,SOC50%）193.57标准充电最大功率（kW）978加热需求具备加热功能9冷却方式需求（风冷、液冷、自然冷却….）自然冷却10防护等级IP6711工作温度（℃）（-20～55）12安全性通过国家强制性检测13质保时间8年3.2动力电池管理系统技术特点说明电池管理系统(BMS)负责对电池组工作状态的监测和控制，并与整车通信网络进行信息交互，是动力电池系统的控制核心。关键技术需符合QC/T897-2011要求，其应至少实现基本功能有：具备检测电池电压、电流、温度等状态的采集监控管理功能；能够估算电池系统的荷电状态（SOC）、健康状态（SOH）、能量状态（SOE）；能够估算最大充放电电流或功率等进行实时估算；能够对电池系统进行热管理，控制冷却系统和加热系统；能够控制高压接触器，完成高压上下电；能够对电池系统的状态进行监控，并执行相关诊断；能够进行故障分析存储、分析、处理；具备绝缘监测；能与车载充电机或充电桩进行通信，完成充电管理功能；能够与整车控制器进行CAN通信；具备电池均衡控制功能；停车状态下，具备动力电池低压报警功能。3.2.1BMS功能需求提供高压采集、电流采集、单体电压采集、温度采集等功能；具备继电器控制驱动功能，本项目至少需控制继电器：总负继电器，加热继电器；支持Bootloader功能，能够进行FLASH刷写；具备诊断和标定功能；支持UDS协议，支持OBD诊断口刷写程序。具备至少3路CAN总线，满足SAE-J1939协议；具备多种激活模式，至少能够On电激活和充电激活；满足直流充电功能，检测符合充电国标的充电控制信号CC1/CC2确认，直流充电方式按照GB/T20234.3，与非车载充电桩之间的通信协议按照GB/T27930；具备热管理功能，能够控制加热系统；具备电池均衡控制功能，支持被动均衡；具备正/负接触器状态监控功能，通过BMS集成电路采集继电器前后电压判断方式确认状态；具备绝缘检测功能，按照GB/T18384进行，绝缘电阻计算精度≤5%；具备电池SOC、SOH、SOE估算功能，精度≤5%；具备高压采集功能，精度≤±0.5%FSR；具备电流采集功能，精度≤±0.5%FSR；具备单体电压采集功能，精度≤±10mV；具备温度采集功能，精度≤±2℃；具备电池故障状态实时诊断功能。具备故障诊断及保护功能，能够实现在线报警，实时故障处理，故障存储、历史故障记录等；具备电池最大充放电能力估算功能，能够实时估计电池的最大充放电电流/功率；4、整车控制系统技术特点说明4.1整车控制策略构型VCU综合管理整个电力驱动系统。整车同驾驶员接口由VCU来完成。VCU通过驾驶员操纵加速踏板、制动踏板、档位等来判断驾驶员驾驶意图，并根据相关零部件反馈的信息，计算出整车运行需要的驱动、制动扭矩、可用功率等，通过CAN总线及硬线连接对相关零部件进行控制，以及将需要警示驾驶员的信息显示在仪表上来显示整车状态。同时整车控制器会在车辆运行中实时监测整车及各零部件的状态，根据故障等级进行相应的处理，保证车辆及驾驶人员的安全。图11整车控制系统构型图整车控制器实现以下功能：上下电控制：根据驾驶员的不同输入条件、车辆状态及零部件状态，对高压电池系统进行上电、下电管理。驱动控制：根据驾驶员的驾驶需求、车辆状态等进行分析和处理，控制电机的工作状态，满足各种工况的要求，包括前进、倒车、再生制动等。再生制动：当档位处于D挡、未踩加速踏板、高压电池连接、车速/转速高于一定值，SOC低于一定值，并且无系统故障时，则满足能量回馈条件；有制动信号为制动回馈；无制动信号则为滑行回馈。车速限制：根据驾驶员的设置，控制车辆最大行驶车速。倒车限速：车辆后退时，限制车辆最高车速。起步蠕行：车辆起步时，未踩油门和刹车，车辆保持一定速度的低速蠕行。跛行回家：当车辆出现故障，车辆进入跛行功能，对驱动部件进行限制，如功率、扭矩等，让车辆能够在出现故障后继续行驶一段路程。电机模式控制：电机模式控制模块根据当前车辆状态、转矩请求等信号，对电机的模式进行控制，并输出相应的转矩/转速请求。档位管理：档位管理模块根据档位请求、当前车辆状态等信号，判断是否允许换挡，并输出最终档位状态。系统能力估算：系统能力估算根据电池状态、电机效率等因素，对电池最大许用功率、电机最大驱动/回馈力矩进行估算，并经过比较计算，输出最终的系统最大能力。附件控制：附件控制模块根据车辆状态和驾驶员请求信号，对空调、DCDC、制动DCAC、转向DCAC等附件进行控制。故障诊断及处理：故障诊断及处理模块根据各控制器发送的故障信息，以及VCU自己诊断的故障，通过分级处理，输出最终的故障等级和处理方式。整车控制器的硬件接口图如下：图12整车控制器硬件接口图4.2输入信号处理策略◆模拟输入信号处理（1）加速踏板信号的处理AD采样值转换VCU解析加速踏板信号AD采样值，将其转化为0～100%的无量纲工程量。两路加速踏板信号同步校验VCU需判断两路加速踏板采样信号是否同步，并分析故障类型（瞬时故障或确认故障）。加速踏板信号失效检测VCU需要对两路信号进行失效模式检测，包括断路、与地短路和电源短路，并分析故障类型（脉冲故障和确认故障）。制动优先当检测到同时有加速踏板信号和制动踏板信号，如制动踏板开度大于一定值，则加速踏板信号输出应为零。滤波处理最终输出的加速踏板开度信号使用一阶惯性滤波。加速踏板开度应进行限幅处理应限制在0-100%之间。（2）KL30信号的处理KL30电压信号处理KL30电压ADC值直接通过硬件信号得到，VCU应解析KL30电压的ADC值，将其转化为电压值。KL30电压需要进行限幅处理VCU需要对该电压值进行限幅处理，范围在[0，40]之间，幅值应可标定。最终输出的KL30电压信号需要进行滤波处理VCU需要对该电压值进行一阶惯性滤波，滤波时间常数应可标定。（3）制动踏板信号的处理AD采样值转换VCU解析制动踏板信号AD采样值，将其转化为0～100%的无量纲工程量。制动踏板信号失效检测VCU需要对制动踏板信号进行失效模式检测，包括断路、与地短路和电源短路，并分析故障类型（脉冲故障和确认故障）。滤波处理最终输出的制动踏板开度信号使用一阶惯性滤波。制动踏板开度应进行限幅处理应限制在0-100%之间。◆数字输入信号处理（1）将数字输入信号的AD采样值转换为布尔量；（2）对AD采样值进行滞回和debounce处理，以确保开关量输入的可靠性。其中，底层采样的开关量包括：档位信号（P/R/N/D/L）充电唤醒KL15信号KL50信号制动开关手刹开关PTC鼓风机高速控制开关PTC鼓风机低速控制开关气压开关模式开关◆CAN输入信号处理CAN信号解包处理对从其他控制器（MCU、BMS等）传来的CAN信号进行解包处理（分辨率，偏移量），得到实际物理值，供其它功能模块使用。对关键的信号滤波处理对关键的信号进行一阶滤波处理。其中，关键信号包括电池电压、电池电流、电池允许输出的功率、电机转速、转矩和电机允许的转矩范围。对关键的信号限幅处理对关键的信号进行限幅处理。其中，关键信号包括电池电压、电流、电池温度、电池允许输出的功率、电机转速、转矩、电机温度、电机控制器温度和电机允许的转矩范围。4.3输出信号处理策略◆数字输出信号处理整车控制器需处理得到硬件的驱动信号值，包括DCDC使能、转向泵使能、气泵使能、VCU延时下电继电器控制、水泵上电继电器控制、冷却风扇继电器控制、空调电源上电继电器控制、无合一电源上电继电器控制、MCU电源上电继电器控制、PTC鼓风机低速驱动控制、PTC鼓风机高速驱动控制。◆CAN输出信号处理对CAN信号进行打包处理对通过CAN输出的信号进行打包处理（分辨率，偏移量），输出CAN总线需求的信号。对关键输出信号的处理对关键信号进行限幅，保证不输出超限的数据。关键信号包括：给电机的转矩指令、转速指令等。5、五合一控制系统技术特点说明五合一集成控制器是纯电动客车的核心部件，纯电动客车由于大容量的动力电池需占用更多的布置空间，且电压平台更高，故需要高压附件系统满足更紧凑，更高的防护等级、更高的可靠性、更高的高压安全性等要求。名称规格参数备注集成控制器系统要求模块组成助力转向DCAC、制动气泵DCAC、DCDC、高压控制模块、高压配电器件等级所有元器件，包括CPU、电容、接插件等需采用汽车等级。需保证整车10年寿命供电电压范围额定576VDC，范围400-750VDC控制器辅助电源18～32VDC额定24V冷却方式液冷通讯方式CAN2.0，按照吉利通信协议终端电阻可选择工作温度范围-40～85℃65℃以上可降额输出工作湿度范围5%-95%最大工作海拔3000m防护等级IP67机械强度壳体应能承受不低于10kPa的压强，不发生明显的塑性变形耐压≥2500V，漏电流低于10mA绝缘≥10MΩ试验电压为直流1000V时，供电正负极与外壳接地之间的阻值高压防护内部带电部分，如铜排，应做到加强绝缘；壳体总成内表面贴绝缘塑料层。材料壳体材料为铝合金外观具备良好的工业设计外形、按照吉利的要求设计安装高压安全、铭牌等标识。包装采用硬木箱、缓冲泡沫等措施，保证产品不会在运输过程中发生损伤。MTBF>5000h助力转向DCAC功能和性能要求额定容量5.5kW/5.5kW输出额定电压380VAC输出额定电流13A输出峰值电流19.5A过载系数1.5倍过载时间30S保护功能过欠压、过流、过温、反接、短路、输出缺相等故障时停机，消除后自动恢复输出制动气泵DCAC功能和性能要求额定容量5.5kW/5.5kW输出额定电压380VAC输出额定电流13A输出峰值电流19.5A过载系数1.5倍过载时间30S保护功能过欠压、过流、过温、反接、短路、输出缺相等故障时停机，消除后自动恢复输出DCDC功能和性能要求额定功率3kW峰值功率3.6KW持续6min输出电压27.5V输出电流额定最大110A,峰值最大131A稳压精度≤±1%稳流精度≤3A输出纹波＜500mV额定工况下保护功能过欠压、过流、过温、反接、短路等故障时停机，消除后自动恢复输出高压配电功能和性能要求正极主接触器上海西埃电气EV350预充接触器泰科电子LEV100快充接触器泰科电子EV200PTC接触器泰科电子LEV100预充电电阻泰科电子HSC150150Ω/150WPTC熔断器BussmannFWP-30B制动熔断器BussmannFWP-30B助力转向熔断器BussmannFWP-30BDC