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【摘要】 本文简要介绍12米纯电动客车的整车技术参数、纯电动系统的技术方案、纯电动客车的BMS控制策略、动力电池布置技术方案。
【关键词】 纯电动客车；控制系统；技术方案；动力电池；
目前，世界汽车保有量约8亿辆，预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆，国际能源机构（IEA）的统计数据表明，全球57%的石油消费在交通领域。预计到2020年交通用油占全球总消耗的62%以上。虽然天然气比石油储量丰富[1]，但其仍然属于不可再生能源，也必须尽量节省。在这种情况下，电动汽车是节能环保的很好方案。经过市场分析调研，我们开发了一款12米快换式纯电动客车。
一、整车动力系统技术方案
（一）动力电池箱体方案
动力电池箱体分为两种规格尺寸，分别为大箱和小箱，其中大箱为6箱，小箱3箱。箱体内部加装有BMS系统下位机，用于收集电池箱内每块单体温度、电压等数据，并实时传输数据至上位机。箱体内还有热管理系统，会根据单体电池温度情况，调整风扇开启及转速。动力电池箱由定位托架、电池箱体两个部分组成。定位托架主要作用是方便电池箱体装卸，并配有定位安装孔，托架底部有滑动滚轮。电池箱体配有定位插销。
（二）驱动系统技术方案
驱动电机采用额定功率100KW、峰值功率为250KW的高效永磁同步电机[2]作为的动力驱动设备。通过矢量控制方式，调整电机转速、转向等参数，达到控制车辆行驶的目的。动力总成运用直驱控制技术，满足在公交工况下的爬坡能力和最高车速等指标[3]。
（三）储能装置技术方案
动力电池采用磷酸铁锂材料，是一种新型锂离子电池电极材料，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特点是放电深度大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染。世界各国正竞相实现产业化生产。磷酸铁锂动力电池作为储能装置，单体电压为3.2V。电池系统成组后额定电压540V，容量300AH，总电量为162KW.H。动力电池系统由方形电池单体并联成电池模组，每块单体电池都加装有压力保护阀，再由单个模组封装成一体化动力电池箱。
（四）辅助电器系统方案
辅助电器系统由电动助力转向、电压空气压缩机、DC＼DC三部分组成[4]。DC＼DC为直流变压装置，为整车低压系统提供电源，转向电机与气泵电机共同接受一个控制器管理，并通过控制器提供逆变高压电源，以保证整车行驶安全可靠。
二、整车总体参数及技术方案
（一）底盘及结构选择
采用五洲龙公司新能源客车专用底盘，整车采用半承载式结构，制动系统选择前桥盘式后桥鼓式制，配有ABS安全系统，最大载荷达到18T，前桥承载力6.5T，后桥承载力11.5T，能够满足大中型城市公交公司需求，运用底入口底盘技术，整车按一级踏步设计，更加方便老幼病残人员上下客车，整车动力电池分布在左右两侧，电动助力转向及电动空压机采用前后布置，驱动电机安装在后悬部位，运用后置后驱技术方案。有利于降低整车噪声，为乘客提供畅快乘车新体验。
（二）车身外形方案
整车为曲面方形，设计造型以曲面为主，有效降低行车风阻，其外形醇厚饱满、线条硬朗。驾驶区人体学最大舒适度布置，操控简洁明了，增添驾驶乐趣二级踏步、双自动内摆门、后门区域的单排座椅布置，极大地方便了乘客流。内外监视器的配备，使得驾驶员操控随心。方柔并济的后围设计，电动空压机舱排风口斜内设置，换气排风的同时，最大限度地避免了雨水灰尘的侵入舱内。在车身左右侧均衡排布了牛脚支架电池舱，达成车身最优平衡的同时，最大化增大车厢内部空间。两侧配备外推式逃生窗，以应对紧急情况。
（三）动力电池布置方案
动力电池大、小箱分别布置在车身左右及后桥左右两侧，采用前4箱后5箱方案。BMS系统布置在左后轮前舱内。每箱电池采用串联系方式连接至电池管理系统处。电池仓的防护等级可达IP45，电池仓门合页位置和仓门两侧位置采取密封或遮挡措施，防止雨水及洗车水溅入电池箱面板内，如图1所示。
三、整车通信控制
（一）系统通信网络
整车采用CAN总线通信网络，CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称[5]，执行三级总线标准。整个系统由开关、前控、中控、后控、顶控、前灯控、后灯控、总线仪表、胎压接收等模块以及总线管理器等组成。总线系统可采用近200个数据量，并能实现对驱动电机油门信号、正向反向信号、灯光、照明等设备进行管理及控制，总线仪表为液晶触摸显示，可根据显示整车运行状态近200个数据量[6]。
（二）BMS内部通信
1. 主控制单元是整个电池管理系统的核心，它要通过CAN总线从各个测控单元提取每块电池的压、电池箱体的温度、电池组充放流等信息；并统计出管理系所需的各种参数，如平均电压、单块最高电压、单块最低电压、最高温度和最低温度等。上位机对这些参数进行分析后，按各种保护门限值做出相应的动作，及时响应其他设备的要求。
2.从控单元的主要功能是采集对应电池箱中各单节电池的电压信息和箱体中电池的温度，每个从控单元可采集50块以上电池的电压和20个温度探头的温度信息，从控单元数量可根据电池组实际情况进行配置。电池均衡功能在从控单元执行[8]，均衡的控制策略是通过 CAN 总线由上位机进行控制。
（三）能量控制策略
续驶里程是纯电动汽车的关键指标[9]，能量控制方法直接影响到行驶能力的高低。整车具有多种控制模式，车辆在下坡、减速、制动时，控制系统会吸收惯性力，并转换为电量存储到动力电池内。在行驶到坡道时，坡度传感器会实时传输坡度值给主控制器，通过控制程序高速计算后，判断是否关停电空调。在转向系统中增加位移感应器，司机在正常直行时，电动助力转向系统停止工作，转动方向系统时，电动助力转向系统开启工作。通过多种能量管控手段，使得车辆续驶里程更长。 （四）BMS故障分级
BMS（电池管理系统）系统故障，分为四级报警：一级报警为轻微故障，二级报警为一般故障，三级报警为严重故障，四级报警为非常严重故障。电池管理系统会根据不同报警信号，通过CAN总线网络传输给整车控制器，对故障信号进行诊断和处理。通过数据采集，实时监测电池组的性能，并实现故障诊断和报警功能。电池管理系统通过数据汇总，及时对数据进行处理，还可以根据整车提出要求，及时做出相应判断处理，有效地保护了车辆高、低压电器设备正常运行，保障驾乘人员的生命财产安全[10]。
四、结语
该款12米纯电动客车，零排放、噪声小，在行驶中无废气排出[11]，对环境无污染。配有GPS车载数据终端，驱动电机扭矩大，整车动力性能好、续驶能力长，行驶安全可靠。驱动电机功率大，直接驱动传动轴。起步非常平稳，驾乘非常舒适。提高了传动效率，使驾驶更加实用、简便、车辆行驶更加平顺、舒适、且噪音更低，深得终端客户喜爱。
参考文献
[1] 王震坡，贾永轩.电动汽车蓝图[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2] 倪光正，倪培宏，熊素铭.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车-基本原理、理论和设计[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 余志生. 汽车理论（第5版）[M]. 2010
[4] 林程，王砚生，孟祥峰. 奥运纯电动大客车技术与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
[5] 罗峰，小泽昌. 汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2011.
[6] 胡骅，宋慧. 电动汽车[M].北京：人民交通出版社，2003.
[7] 李兴虎. 电动汽车概论[M].北京：北京理工大学出版社，2005.8.
[8] 谢芳，李爱明，俞一彪. 基于CAN总线的客车车身控制系统可配置模块设计[J].客车技术与研究，2011.
[9] 徐本祥.NPS6120BEV纯电动客车动力纞管理及控制策略设计[J].客车技术与研究，2011.
[10] 张逢春，张承宁，祝嘉光.电动汽车-21世纪的重要交通工具[M].北京：北京理工大学出版社，1997.
[11] 林程.纯电动及混合动力汽车设计基础（原书第2版） [M].北京：机械工业出版社，2012.
【关键词】 纯电动客车；控制系统；技术方案；动力电池；
目前，世界汽车保有量约8亿辆，预计到2020年全球汽车保有量将达到12亿辆，国际能源机构（IEA）的统计数据表明，全球57%的石油消费在交通领域。预计到2020年交通用油占全球总消耗的62%以上。虽然天然气比石油储量丰富[1]，但其仍然属于不可再生能源，也必须尽量节省。在这种情况下，电动汽车是节能环保的很好方案。经过市场分析调研，我们开发了一款12米快换式纯电动客车。
一、整车动力系统技术方案
（一）动力电池箱体方案
动力电池箱体分为两种规格尺寸，分别为大箱和小箱，其中大箱为6箱，小箱3箱。箱体内部加装有BMS系统下位机，用于收集电池箱内每块单体温度、电压等数据，并实时传输数据至上位机。箱体内还有热管理系统，会根据单体电池温度情况，调整风扇开启及转速。动力电池箱由定位托架、电池箱体两个部分组成。定位托架主要作用是方便电池箱体装卸，并配有定位安装孔，托架底部有滑动滚轮。电池箱体配有定位插销。
（二）驱动系统技术方案
驱动电机采用额定功率100KW、峰值功率为250KW的高效永磁同步电机[2]作为的动力驱动设备。通过矢量控制方式，调整电机转速、转向等参数，达到控制车辆行驶的目的。动力总成运用直驱控制技术，满足在公交工况下的爬坡能力和最高车速等指标[3]。
（三）储能装置技术方案
动力电池采用磷酸铁锂材料，是一种新型锂离子电池电极材料，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特点是放电深度大，价格低廉，无毒性，不造成环境污染。世界各国正竞相实现产业化生产。磷酸铁锂动力电池作为储能装置，单体电压为3.2V。电池系统成组后额定电压540V，容量300AH，总电量为162KW.H。动力电池系统由方形电池单体并联成电池模组，每块单体电池都加装有压力保护阀，再由单个模组封装成一体化动力电池箱。
（四）辅助电器系统方案
辅助电器系统由电动助力转向、电压空气压缩机、DC＼DC三部分组成[4]。DC＼DC为直流变压装置，为整车低压系统提供电源，转向电机与气泵电机共同接受一个控制器管理，并通过控制器提供逆变高压电源，以保证整车行驶安全可靠。
二、整车总体参数及技术方案
（一）底盘及结构选择
采用五洲龙公司新能源客车专用底盘，整车采用半承载式结构，制动系统选择前桥盘式后桥鼓式制，配有ABS安全系统，最大载荷达到18T，前桥承载力6.5T，后桥承载力11.5T，能够满足大中型城市公交公司需求，运用底入口底盘技术，整车按一级踏步设计，更加方便老幼病残人员上下客车，整车动力电池分布在左右两侧，电动助力转向及电动空压机采用前后布置，驱动电机安装在后悬部位，运用后置后驱技术方案。有利于降低整车噪声，为乘客提供畅快乘车新体验。
（二）车身外形方案
整车为曲面方形，设计造型以曲面为主，有效降低行车风阻，其外形醇厚饱满、线条硬朗。驾驶区人体学最大舒适度布置，操控简洁明了，增添驾驶乐趣二级踏步、双自动内摆门、后门区域的单排座椅布置，极大地方便了乘客流。内外监视器的配备，使得驾驶员操控随心。方柔并济的后围设计，电动空压机舱排风口斜内设置，换气排风的同时，最大限度地避免了雨水灰尘的侵入舱内。在车身左右侧均衡排布了牛脚支架电池舱，达成车身最优平衡的同时，最大化增大车厢内部空间。两侧配备外推式逃生窗，以应对紧急情况。
（三）动力电池布置方案
动力电池大、小箱分别布置在车身左右及后桥左右两侧，采用前4箱后5箱方案。BMS系统布置在左后轮前舱内。每箱电池采用串联系方式连接至电池管理系统处。电池仓的防护等级可达IP45，电池仓门合页位置和仓门两侧位置采取密封或遮挡措施，防止雨水及洗车水溅入电池箱面板内，如图1所示。
三、整车通信控制
（一）系统通信网络
整车采用CAN总线通信网络，CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称[5]，执行三级总线标准。整个系统由开关、前控、中控、后控、顶控、前灯控、后灯控、总线仪表、胎压接收等模块以及总线管理器等组成。总线系统可采用近200个数据量，并能实现对驱动电机油门信号、正向反向信号、灯光、照明等设备进行管理及控制，总线仪表为液晶触摸显示，可根据显示整车运行状态近200个数据量[6]。
（二）BMS内部通信
1. 主控制单元是整个电池管理系统的核心，它要通过CAN总线从各个测控单元提取每块电池的压、电池箱体的温度、电池组充放流等信息；并统计出管理系所需的各种参数，如平均电压、单块最高电压、单块最低电压、最高温度和最低温度等。上位机对这些参数进行分析后，按各种保护门限值做出相应的动作，及时响应其他设备的要求。
2.从控单元的主要功能是采集对应电池箱中各单节电池的电压信息和箱体中电池的温度，每个从控单元可采集50块以上电池的电压和20个温度探头的温度信息，从控单元数量可根据电池组实际情况进行配置。电池均衡功能在从控单元执行[8]，均衡的控制策略是通过 CAN 总线由上位机进行控制。
（三）能量控制策略
续驶里程是纯电动汽车的关键指标[9]，能量控制方法直接影响到行驶能力的高低。整车具有多种控制模式，车辆在下坡、减速、制动时，控制系统会吸收惯性力，并转换为电量存储到动力电池内。在行驶到坡道时，坡度传感器会实时传输坡度值给主控制器，通过控制程序高速计算后，判断是否关停电空调。在转向系统中增加位移感应器，司机在正常直行时，电动助力转向系统停止工作，转动方向系统时，电动助力转向系统开启工作。通过多种能量管控手段，使得车辆续驶里程更长。 （四）BMS故障分级
BMS（电池管理系统）系统故障，分为四级报警：一级报警为轻微故障，二级报警为一般故障，三级报警为严重故障，四级报警为非常严重故障。电池管理系统会根据不同报警信号，通过CAN总线网络传输给整车控制器，对故障信号进行诊断和处理。通过数据采集，实时监测电池组的性能，并实现故障诊断和报警功能。电池管理系统通过数据汇总，及时对数据进行处理，还可以根据整车提出要求，及时做出相应判断处理，有效地保护了车辆高、低压电器设备正常运行，保障驾乘人员的生命财产安全[10]。
四、结语
该款12米纯电动客车，零排放、噪声小，在行驶中无废气排出[11]，对环境无污染。配有GPS车载数据终端，驱动电机扭矩大，整车动力性能好、续驶能力长，行驶安全可靠。驱动电机功率大，直接驱动传动轴。起步非常平稳，驾乘非常舒适。提高了传动效率，使驾驶更加实用、简便、车辆行驶更加平顺、舒适、且噪音更低，深得终端客户喜爱。
参考文献
[1] 王震坡，贾永轩.电动汽车蓝图[M].北京：机械工业出版社，2010.
[2] 倪光正，倪培宏，熊素铭.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车-基本原理、理论和设计[M].北京：机械工业出版社，2008.
[3] 余志生. 汽车理论（第5版）[M]. 2010
[4] 林程，王砚生，孟祥峰. 奥运纯电动大客车技术与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2008.
[5] 罗峰，小泽昌. 汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2011.
[6] 胡骅，宋慧. 电动汽车[M].北京：人民交通出版社，2003.
[7] 李兴虎. 电动汽车概论[M].北京：北京理工大学出版社，2005.8.
[8] 谢芳，李爱明，俞一彪. 基于CAN总线的客车车身控制系统可配置模块设计[J].客车技术与研究，2011.
[9] 徐本祥.NPS6120BEV纯电动客车动力纞管理及控制策略设计[J].客车技术与研究，2011.
[10] 张逢春，张承宁，祝嘉光.电动汽车-21世纪的重要交通工具[M].北京：北京理工大学出版社，1997.
[11] 林程.纯电动及混合动力汽车设计基础（原书第2版） [M].北京：机械工业出版社，2012.