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

4.3 蓄電池參數選擇

假設APU恒定發(fā)出平均發(fā)電功率為38.9kW，其它部分由蓄電池補充，則可以計算出蓄電池最大放電電流及持續時(shí)間。經(jīng)計算，蓄電池最大放電電流為332.7A，最大放電功率為127.8kW。各放電電流持續時(shí)間如表3所列。

由于電動(dòng)機最大回饋功率為150kW，蓄電池充電功率約為135kW，充電電流為351A，假設制動(dòng)過(guò)程中最大限度發(fā)揮電動(dòng)機的回饋制動(dòng)能力，則計算出的蓄電池最大充電電流及持續時(shí)間如表4所列。

根據表3和表4的數據，選擇了有色金屬研究院研發(fā)的80Ah鎳氫蓄電池，其額定電壓為384V，短時(shí)間最大放電電流和最大充電電流基本滿(mǎn)足需求。

5 整車(chē)仿真驗證

為了對各零部件的選型進(jìn)行驗證，建立了整車(chē)仿真模型，如圖6所示。由城市公交駕駛循環(huán)計算出電動(dòng)機所需功率并傳送給整車(chē)控制器，再由整車(chē)控制器決定APU和蓄電池之間的能量分配，電動(dòng)機根據實(shí)際接收的指令和APU、蓄電池當前實(shí)際發(fā)出的功率計算出實(shí)際輸出轉矩，傳送給底盤(pán)一路面模型以計算車(chē)速。

　　通過(guò)仿真計算，得出整車(chē)的最高車(chē)速≥70km/h，0～50km/h的加速時(shí)間為16.7s，最大爬坡度為22%，整車(chē)動(dòng)力性均達到了技術(shù)指標的要求。圖7為仿真得到的混合動(dòng)力客車(chē)加速過(guò)程。

整車(chē)的經(jīng)濟性通過(guò)運行城市公交循環(huán)來(lái)檢驗選擇開(kāi)關(guān)式和功率跟隨式相結合的優(yōu)化控制策略使整車(chē)模擬連續運行5個(gè)城市公交循環(huán)，得到整車(chē)燃料消耗量和蓄電池SOC值的變化，如圖8所示。

5個(gè)工況循環(huán)后，共消耗燃料7.47kg，SOC值從80%下降到66%。對于蓄電池電量的改變量，采用如下公式換算為燃料消耗量：

式中，MbattHCNG為等效燃料消耗量，kg；Ek為消耗的電量，kW·h；QHCNGIow為HONG的低熱值，J/9；ηAM為APU的平均發(fā)電效率。

根據公式將下降的SOC值折合為燃料，消耗，得到5個(gè)工況循環(huán)后燃料消耗為8.20kg；折合百公里燃料消耗為28.1kg。

CNG基礎車(chē)型百公里燃料消耗為33.2kg，混合動(dòng)力城市客車(chē)比基礎車(chē)型節省燃料15.4%，達到了技術(shù)指標的要求。

目前，對于傳統大型客車(chē)排放性能的測試主要采用發(fā)動(dòng)機工況法。串聯(lián)式混合動(dòng)力客車(chē)采用電動(dòng)機驅動(dòng)，發(fā)動(dòng)機與傳動(dòng)系統沒(méi)有直接機械連接，因此發(fā)動(dòng)機的工作區域可以得到較大改善。根據仿真分析，在城市公交駕駛循環(huán)工況卞，發(fā)動(dòng)機的怠速時(shí)間可以縮短到傳統車(chē)的10%，發(fā)動(dòng)機主要工作在1200～1500r/min的高效區域，避免了在低負荷和高負荷工況下運行，因此其HC和CO的排放明顯比基礎車(chē)型降低。

6 結束語(yǔ)

介紹了一種基于駕駛循環(huán)對混合動(dòng)力電動(dòng)客車(chē)進(jìn)行方案設計的方法。通過(guò)城市公交駕駛循環(huán)數據和整車(chē)既定參數，計算出整車(chē)動(dòng)力系統主要零部件（電動(dòng)機、APU、蓄電池）的參數，為零部件選型提供了依據。建立了整車(chē)仿真模型，對整車(chē)零部件的選型結果進(jìn)行了仿真驗證。仿真結果表明，所選擇的零部件可以滿(mǎn)足整車(chē)動(dòng)力經(jīng)濟性技術(shù)指標和城市公交駕駛循環(huán)的需要。