一種電—氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)動(dòng)力系統的方案設計

1 前言

隨著(zhù)能源危機和環(huán)境污染問(wèn)題的日趨嚴重，近10年來(lái)全球各汽車(chē)制造商紛紛推出各種型式的電動(dòng)汽車(chē)?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)技術(shù)作為一項在短期內可有效降低汽車(chē)能源消耗和排放的汽車(chē)新技術(shù)，已經(jīng)成為世界汽車(chē)行業(yè)研究焦點(diǎn)之一。我國科技部將其作為“十五”863重大專(zhuān)項的內容，目前混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)品已進(jìn)入國家公告程序，初步具備產(chǎn)業(yè)化條件。電一氣串聯(lián)混合動(dòng)力汽車(chē)綜合了混合動(dòng)力汽車(chē)和天然氣汽車(chē)的優(yōu)勢，進(jìn)一步改善了車(chē)輛燃油經(jīng)濟性和排放性。

本文基于對電一氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)運行目標駕駛循環(huán)的分析，對其動(dòng)力系統進(jìn)行方案設計，以保證在滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)力性要求的前提下，提高整車(chē)燃油經(jīng)濟性。

2 電-氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)整車(chē)參數和技術(shù)指標

所研究的電一氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車(chē)基礎車(chē)型為長(cháng)11.4 m的二級踏步城市客車(chē)，整車(chē)參數如表1所列。

3 混合動(dòng)力系統結構

目前，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統的結構主要分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式3種。由于城市公交車(chē)經(jīng)常工作在行駛速度低、起停頻繁的工況下，所以更適合采用串聯(lián)式混合動(dòng)力系統，以使發(fā)動(dòng)機始終在最佳工作區域內運行，減少發(fā)動(dòng)機燃油消耗和排放。同時(shí)，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車(chē)由于電機功率較大，有利于較多地回收制動(dòng)能量［5〕。因此，本文研究的混合動(dòng)力電動(dòng)客車(chē)采用的是如圖1所示的串聯(lián)式動(dòng)力系統。

研究所選擇的發(fā)動(dòng)機為壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機，燃料采用混氫壓縮天然氣（HONG），以獲得更佳的排放性。發(fā)電機選擇交流同步發(fā)電機。電動(dòng)機選擇交流電動(dòng)機，通過(guò)電動(dòng)機控制器連接到直流總線(xiàn)。由發(fā)動(dòng)機、發(fā)電機及整流器組成APU（功率輔助單元），根據整車(chē)控制器的命令輸出功率或關(guān)閉。蓄電池直接并聯(lián)在直流總線(xiàn)上，以補償APU輸出功率與電動(dòng)機輸人功率的差值，并在制動(dòng)過(guò)程中吸收反饋的制動(dòng)能量。蓄電池選擇鎳氫蓄電池。

4 基于城市公交駕駛循環(huán)分析的零部件選型計算

與傳統的內燃機汽車(chē)相比，混合動(dòng)力汽車(chē)的能量經(jīng)濟性更易受到不同駕駛循環(huán)的影響。因此，必須選擇能夠較好地反映車(chē)輛實(shí)際運行條件的駕駛循環(huán)。本文以中國汽車(chē)技術(shù)研究中心承擔的“863”項目“我國典型城市行駛工況”的研究成果“城市公交循環(huán)”為基礎，進(jìn)行零部件的選型計算。

HONG混合動(dòng)力客車(chē)的零部件參數主要根據城市公交駕駛循環(huán)的需求來(lái)制定。圖2所示為城市公交駕駛循環(huán)的工況數據，循環(huán)總運行時(shí)間為1304s，行駛里程為5.840km，最高車(chē)速為60km/h。

　　4.1 電動(dòng)機參數選擇

根據城市公交駕駛循環(huán)的工況車(chē)速和整車(chē)的相關(guān)參數，由以下公式可以計算出電動(dòng)機驅動(dòng)和制動(dòng)的工作工況點(diǎn)（圖3）：