增程式电动公交客车技术方案报告

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1、增程式电动公交客车技术方案报告中国城市公交增程式电动客车产业技术创新平台秘书处李革臣 赛恩斯能源科技有限公司1、增程式电动公交客车定义：（描述了工作原理、结构组成、运行模式、技术性能、用途）一种配有地面充电和车载供电功能的纯电驱动的电动汽车。其动力系统由动 力电池系统、动力驱动系统、整车控制系统和辅助动力系统（APU）组成。由整 车控制器完成运行控制策略。电池组可由地面充电桩或车载充电器充电，发动机 可采用燃油型或燃气型。整车运行模式可根据需要工作于纯电动模式或车载供电 模式（HEV），当工作于增程模式时，节油率随配置的电池组容量增大无限接近 纯电动汽车，是纯电动汽车的平稳过渡车型。由于低速扭

2、矩大，高速运行平稳， 刹车能量回收效率高，结构简单易维修，是一种特别适用于城市公交的纯电动客 车。2、工作原理电动汽车主要分为纯电动汽车、混合动力车和燃料电池汽车。纯电动汽车：是由电动机驱动的汽车，电动机的驱动电能来源于车载可充电 蓄电池。它的充电可以利用夜晚用电低谷时间完成。但由于目前动力电池的比能 量水平使得重量大大增加，续驶里程不能满足大多数情况的需要，在基础设施方 面，电动车需要对已有的电网进行改造，建立快速充电站，各种配套设施的建设 及运营又需要一个较长期过程，使之无法迅速发展。混合动力电动汽车：是指能够至少从可消耗的燃料、可充电能两类车载储存 的能量中获得动力的汽车。油电混合动力汽

3、车虽然克服了纯电动车的电池容量及 充电条件限制的不足问题，但机械结构较复杂，很难在真正意义上实现完全零排 放，节油率也很难令人满意。增程式电动汽车：增程式电动公交客车与纯电动汽车同样有着电机独立驱动 能力，完全可以满足公交车低速大扭矩和高速行驶的要求，能量来源不仅来自于 电池，也可以来自于发电机组。电池先由地面电网充电，也可由车上的小型内燃 机在固定最佳转速及最佳工况下带动发电机供电，故可划入纯电驱动类汽车，可 理解为纯电动汽车的增程。增程式电动客车的电池容量只需纯电动车的30-40%左右，成本大幅度下 降；它可在原有停车场的原有车位上的小功率充电桩利用电网夜间的谷电充 电，供白天全天使用，不

4、需白天快速充电，也不必更换电池，避免了充电站的占 地和换电池设施的建设。增程式电动汽车的节油率可达50%以上，原因是内燃机-发电机始终在最 佳工况下运行其发电的功率足够车辆在一定速度范围下稳定行驶电池组提 供足够的电功率帮助电动机驱使车辆起动、加速和爬坡，从而避免了常规汽车发 动机启动时过载行驶时大马拉小车的运行模式电池组的容量较大，可在一定 范围内纯电动行驶，电池小倍率充放就能够有效地回收车辆刹车和下坡的能量， 有利于延长电池寿命。增程式与纯电动汽车的区别：增程式电动汽车与纯电动汽车相比，纯电动公 交客车动力全部能量来源于电池。为了满足公交客车的需求，电池的用量很大， 已经超出目前电池发展的

5、技术水平，另外，为了保证续行能力，客车对电池将 80%DOD深度放电，大大的缩短了电池使用寿命。增程式电动公交客车能量不 仅来自于电池，也可以来自于发电机组，可以大大降低电池容量，有利于降低电动车成本。增程式与混合动力车的区别：增程式电动汽车与混合动力电动汽车相比，混 合动力电动汽车采用了复杂的机械动力混合结构，发动机和电动机复合驱动，电 池能量很小，只起到辅助驱动和刹车能量回收的作用。增程式采取电池扩容的方 式解决了电池驱动的续行能力问题。虽然车辆成本略有提高，但是在正常的运行 工况下，有了电能补充装置的作用，电池处于良性平台充放，保证了电池的使用 寿命，减少了维护成本。而电能补充装置电量补

6、充一直处于最佳工作状态，保证 了发动机最佳工作状态。它还具有外接充电方式，尽可能利用晚间低谷电或利用 午间司乘人员的休整间隙充电，进一步提高了节油率。3、结构组成如图所示（以赛恩斯增程式电动客车为例），增程式电动公交客车由底盘与 车体、电池组及电池管理系统、主驱动电机及控制器、发动机及发电机系统、整 车控制器、操作显示仪表及CAN总线、车载充电器或地面充电桩组成。程式电动客车系统框图CAN检制.依鳗底瘾与车场作示表盘泉仪充电装包电担苣BM5电池组1梗制耕MH-1-*电也BMU嚣赤尊冷饨*QHMH *!酷 A .具体技术参数：底盘与车体：车身12000 X 2550 X 3250mm整车整备质量

7、：11800kg最大总质量：18000kg电池组及电池管理系统：电池组 100Ah/512V,管理系统动态参数监测，动态均衡主驱动电机及控制器：额定功率120kW，发动机及发电机系统:发动机型号D19TCI，最大功率 82/4000（kw/rpm），发电机额定功率45KW，发电机效率95%整车控制器：赛恩斯研制，物联网技术远程监控操作显示仪表及CAN总线： 欧科佳/中科 车载充电器或地面充电桩：600V/20A4、运行模式增程式电动公交客车有三种运行模式：增程式可以根据不同城市公交系统千变万化的运营环境，灵活变换以下三种 运行模式，达到最佳节油效果：1、纯电动工作模式：采用充电桩充电，在电池容

8、量范围内可纯电动模式运行，发动机不启动，只 做非正常情况时的备用状态，达到了零排放，完全是一台纯电动汽车。2、混合动力模式：无需充电即可长期运行，操作完全同传统燃油车，只起到启动助力和刹车能 量回收作用，发动机在最佳状态输出平均功率，节油率在20-30%左右。3、增程式工作模式：晚上车载充电器或地面充电桩充电，白天有计划使用电池能量，减少燃油发 动机动力，显著提高节油率，同时具有启动助力和刹车能量回收功能，节油率可 达50%以上。5、用途及特点：主要应用于启动功率大，平均功率小，且频繁起停的运行场合，特别适合城 市公交的工况，与纯电动汽车和混合动力汽车比较，具有明显的技术优势。1、可纯电动方式

9、运行，所需电池容量小，造价低且不会发生缺电抛锚现象。2、电池组工作时充放电倍率低，保证了电池寿命。3、可增程式方式运行，比混合动力大大提高节油率。4、电池充电功率小，不必建设大型充电设施。5、可混合动力方式运行，目前传统燃油车工作环境完全相同，不增加任何 设施，且节油率优于混合动力汽车。6、不需要换电方式的周转电池，节省投入。7、不需要大量的充电管理和换电操作人员，节省运营成本。8、结构简单，易于维修保养，易于实现产业化。9、节油率高，现有技术就可节油50%以上。以全锂离子电池为能源。典型代表是杭州赛恩斯科技有限公司的大客车。这 种12米客车的电池组由100Ah512V磷酸铁锂电池组成。由于所

10、用锂离子电池 有足够的比功率，能量回收效果好，可免用超级电容器。配一个1.9升排量的 发动机，连结一个30KW发电机组补给电能，城市电动公交车就能连续长距离 运行。长途行驶的耗油量为每100公里1921升。6、技术性能6.1安全性安全性要求是电动汽车最重要的指标要求，电动汽车的安全性除电池之外必 须满足传统燃油汽车的安全性要求，目前国际国内电动车的安全性标准也都陆续 颁布和实施。值得重视的是动力电池的安全性，尤其是锂动力电池的安全性必须彻底解决 才可以批量应用。赛恩斯提出了锂动力电池本质安全性的理论，并已经成功应用 于增程式电动车锂动力电池系统，有效解决了锂动力电池的安全性问题。电动汽车的电池

11、及电控系统在车辆遇到交通事故时，不应加剧事故的危险程 度，不额外增加对人员及设备的安全威胁。因此要求选取成熟可靠的车辆底盘及 安全结构车身、安全可靠的助力转向及空压系统，保证车体与电气系统有良好绝 缘，动力系统所有设备绝缘阻值应保证与车身大于50MQ；选用符合法规的电 器设备、合理布置动力设备和动力电源线，防止电磁辐射对人员健康威胁、对敏 感设备干扰；电池系统及高压系统要具备本质安全性，避免事故发生时电气系统 增加车辆的安全威胁；在高压回路中安装多段速熔器等措施，防止严重事故的发 生。6.2动力性IT项目名称单位半载动力性眇一嬲.米加速所需时间S1005.米加速所需时间S120握如米加速所需时

12、间； S ；C-3Qkrn/h加速所需时间s11此知km/h.加速所需时间S空载动力性(T39.米加速所需时间, S8。项.米加速所需时间S102如.米加速所需时间S.必.犯.灿Uh加速所需时间S9。崎域m/h加速所需时间S12车速最局车速Km/hSi)经济车速Km/h20056.3可靠性电动客车能满足公交线路运行要求，主要部件平均故障间隔里程 25000km，平均故障间隔时间300小时。6.4、环保性由于车载发动机一直工作在固定的高效转速下，有害气体排放达到最小， 大大减小了环境污染。在混合动力及增程式运行模式下，排放符合国W以上标准， 纯电动模式下实现零排放。废旧电池回收，赛恩斯电池组合技

13、术的可维修性，当电池达到质保期或 使用年限后，承诺100%回收利用，不会由于废弃电池造成环境污染。6.5、能量消耗率及节油率在增程式运行模式时，节油率与传统同类车型相比可达50%以上，随电 池容量增大，节油率还会提高。多次公交路况实际数据表明：样车载重3.45吨在杭州K7公交路况下运行，电池耗电90%，剩余电量10% 的状态下，计算百公里油耗为18.8 L/100km；电池保持SOC为90%的状态 下，计算百公里油耗为28.7 L/100km，在纯电动运行模式下，标准城市公交 工况的能量消耗率为110kWh/100km。车速、行驶距离、油耗的关系增程波;城币电玮小姓早咨戮垢6.6、续驶里程纯电

14、动续驶里程50 km,增程模式续驶里程300 km,可以不依赖充 电站保证公交工况全天运营。若不需外部充电只允许加油则理论上为无限制，事 实上赛恩斯首台增程式电动客车，从杭州开到昆明无需充电，一天行驶600多 公里。6.7、运营环境要求在做混合动力运行模式工作时，完全与传统燃油车运行操作相同，无需 考虑任何充电设施，在做增程式或纯电动运行模式工作时，只需一个10kW的路边充电桩，无需 建设大型的充电站或换电站。6.8、整车控制功能整车控制器收集各传感器、动力系统、人机界面等各部分的信息，进行最 优策略控制。可以按不同需要切换多种工作模式，按当前运营线路工况选择最适 合的控制策略运行，提高节能减

15、排的效果。采用物联网技术实现远程监控。6.9、综合价格动力系统：由主驱动电机系统（17万）、动力电池系统（25万）、增程发 电系统（10万）组成，成本约52万元。减去原传统燃油车的大马力发动机（8万）、自动变速箱（9万），共计17 万，约增加成本35万。在增程式运行模式下的节油率和油电功率比，可在国家政策扶持下补助42 万，则在一次购车价格上与传统车持平或略低。公交企业可以接受。运营成本低，考虑到增程式节油率高，运营成本会大大降低，由于不同城市， 不同工况，这里不详细计算。由整车控制器、动力系统、辅助系统、电动空调和轻量化的车身组成的增程 式电动客车，整车综合价格比相同配置的燃油客车增加30-

16、40万，用户基本不 需要增加首次投入成本，有利于该车型大量推广。7赛恩斯电动汽车开发平台电动汽车动力系统的工程设计主要包括两个方面：硬件设计：根据整车提出的性能指标，结合实际路况要求，设计传动系统、 发动机、发电机、电动机功率特性及电池系统的容量及倍率特性。使动力系统达 到最佳硬件配合。控制软件设计：此项工作极其重要，是电动汽车设计成败的关键。起到大脑 和神经的重要作用。在全世界电动汽车刚刚起步的现在，极容易被忽略，目前国 内多起HEV反而费油的实例已被证实。有文献说丰田普锐斯节油的本质在于油 电混合策略设计成功，而仅此控制策略的研究实验丰田花了三年时间。赛恩斯技术路线：对此技术理念已关注多年

17、，现拥有最先进的技术储备，现 已装备了最先进的电动汽车地面仿真系统，可针对具体整车，以节油率为最终指 标，通过仿真试验得出最优油电混合控制策略并进行软件实现，完成软硬件结合 高节油率最优控制动力系统。7.1电动汽车路试数据采集系统电动汽车运行中的电池、电动机，发动机，控制器、仪表盘等全部状态信号 共384个，实时传送到地面监控仿真中心。炽山k手只泗+时M4 1,以5几工n -ahi i,力13，.电已史鼬hlVft g项7】UJt品，立声（ft 专1 i1fun工作Hi泻i辛】力；世工 作,怛压 L+&X 1宁巳&】为也5也亢扯I LIWJL可It 15刘1 M日忌1H1 jM. SGC：口3

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19、电动汽车刚起步，人们还 没有注意到这问题，目前多数电动车工作在非优化状态。电动客车节油率指标实质上是车速、坡度、载重、空调、油门、刹车、转向 七个参数的优化问题，最优理论中成熟有效的多参数寻优方法很多，如梯度法、 牛顿法等都可很方便用于电动汽车多参数寻优。采用实际路试方法行不通，干扰 覆盖有用信息，需采用计算机仿真，纯计算机仿真行不通，要系统范围内实物仿 真，因此，赛恩斯设计了多功能，多用途电动汽车动力系统仿真测试平台。 在电动汽车研发过程非常有效。7、结论由此可见，增程式电动汽车与其它电动汽车相比，在能源利用效率、价格、 使用的方便性等方面均具有明显优势。而且，现有汽车运营环境和发动机生产设

20、 备和加油、维修等保障体系仍有用武之地。目前增程式是电动汽车的最佳过渡车种，比纯电动和混合动力车更适合中国 国情。对于城市公交，应以增程式的大中型公共客车为主要过渡车种，向新一代 纯电动车方向稳步过渡发展，当电池的比能量发展到可以满足纯电动汽车的需要 时，去掉车载的小发动机，成为名副其实的纯电动汽车。附图：赛恩斯增程式动力系统1号车（12M苏州金龙）赛恩斯增程式动力系统2号车（12M青年）赛恩斯增程式动力系统3号车（12M上汽申沃）2040的车 ClcinZh2. 1. 1. 1城f亍公交大巴驾驶循环车速图全音幽路行驶距离1土丞皿停车站刘牛，循环时间1.1第 最高车速为6 Nlmi/h,平均车速_ 6.3km/hs平均加该度0. 39ii/?7平均曲速度-0.4 W W .4035302520151051、频繁起停，加速减速，刹车米励，45%以上的燃油能源浪费用于起停车, 客 四成北以下占卸踊发劫机长期处于较差工况下运行，号亏染排放很大。2D10年9月6日，12 程式电动公交客车，载重3一曲吨做。米到200米加速试验，测试嗽.平均加痿时间23秒试验裁据如下:邙 TJU皆邮HE!她 B