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1、福田纯电动厢式运输车新技术、新结构系统说明BJ5043XXYEV1北汽福田汽车股份有限公司2016年8月10目录1、纯电动厢式物流车及底盘动力系统的构型12、驱动电机及电机控制器选型及技术特点说明13、 动力电池系统技术特点说明44、整车控制系统技术特点说明7纯电动厢式物流车新技术、新结构整车系统说明1、纯电动厢式物流车及底盘动力系统的构型福田汽车集团作为中国商用车第一品牌，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”作为企业发展的核心战略。以北京市政府5T厢式纯电动物流车开发及示范运行项目为依托，通过纯电动厢式物流车及底盘产品的研发，福田汽车开展了
2、电动汽车技术的应用推广和产业化。BJ5043XXYEV1纯电动厢式物流车为福田公司通过比较当前典型电动汽车技术路线的优缺点，结合计划开发的厢式物流车使用环境、特点要求，福田汽车选择了以时代3360轴距车型为平台，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。采用三元材料动力电池输出电能，动力电池组布置在纵梁之间。驱动系统采用了直驱式永磁同步电机，利用电机的电子调速机制调节车速，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 整车动力系统架构图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
3、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。福田汽车所开发纯电动物流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
4、，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福田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60kw/100kw额定扭矩/最大扭矩450Nm/1000Nm额定转速/最大转速1270rpm/4200rpm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436.6V DC额定输入电流150A DC工作电压范围324498V DC额定效率93%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
5、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）DCDC：把电池的高压直流电转换为低压电为整车低压用电器供电，具有系统保护和诊断等功能。 （3）IMCU：把电池的高压电转换为交流电为制动、转向等附件系统提供电源，具有系统保护和诊断等功能。（4）OBC：将家用交流220VAC转换为高压直流电为动力电池充电，具有系统保护
6、和诊断等功能。（5）高压DC：将整车动力电池的高压电转换为空调系统所需求的工作电压，为空调系统供电。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90%，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
7、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3.7V，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，高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍，铅酸电池的4倍, 因此重量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一，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
8、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。 体积小，高达到400Wh/L，体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。便于整车布置和提高空间利用率。 循环寿命长，循环次数可达1000次。以容量保持60%计，电池组100%充放电循环次数可以达到600次以上，使用年限可达3-5年,寿命约为铅酸电池的两到三倍。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，尤其适合低温使用，而水溶液电池(比如铅酸电池、镍氢电池)在低温时，由于电解液流动性变差
9、会导致性能大大降低。 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
10、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。现有电池系统能量密度仅能达到90-120wh/kg左右，能量密度较低，对布置空间要求较高； 为满足整车需求，需要选用较高能量密度的电池系统，三元材料具有相对高的能量密度。结合整车提供的电池包络数
11、模，对各个厂家的电芯进行排布，从排布结果来看，最终采用山东威能环保电源科技股份有限公司IMP2265106-14ah单体电芯。山东威能环保电源科技股份有限公司IMP2265106-14ah单体电芯基本参数：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/T 897-2011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；
12、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；具备绝缘监测与高压互锁功能；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。3.2.1 BMS功能需求1） 提供高压采集、电流采集、单体电压采集、温度采集等功能；2） 具备继电器控制驱动功能，本项目至少需控制继电器：总正继电器，总负继电器，预充继电器，快充继电器；3） 支持Bootloader功能，能够进行FLASH刷写；4） 具备诊断和
13、标定功能；5） 支持UDS协议，支持OBD诊断口刷写程序。6） 具备至少3路CAN总线，满足SAE-J1939协议；7） 具备多种激活模式，至少能够On电激活和充电激活；8） 满足交直流充电功能，应能检测符合充电国标的充电控制和确认信号CC/CP/CC2，交流充电方式按照GB/T20234.2中的充电模式3连接方式B，应能自动识别家用16A插座和交流充电桩并实现交流充电；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/T 27930；9） 具备热管理功能，能够控制冷却系统和加热系统；10） 具备电池均衡控制功能，支持被动均衡；11） 具备正/负接触器状态监控功能，
14、可通过辅助触点和电压判断方式确认状态；12） 具备预充功能，预充电电压至少为系统电压的95%，预充时间2s以内；13） 具备高压互锁检测功能；14） 具备绝缘检测功能，按照GB/T 18384进行，绝缘电阻计算精度5%；15） 具备电池SOC 、SOH 、SOE估算功能，精度5%；16） 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；17） 具备电池故障状态实时诊断功能。18） 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；19） 具备电池最大充放电能力估算功能，能够
15、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VMS综合管理整个电力驱动系统。整车同驾驶员接口由VMS来完成。VMS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
