一種電—?dú)獯?lián)混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

1 前言

隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，近10年來全球各汽車制造商紛紛推出各種型式的電動(dòng)汽車。混合動(dòng)力汽車技術(shù)作為一項(xiàng)在短期內(nèi)可有效降低汽車能源消耗和排放的汽車新技術(shù)，已經(jīng)成為世界汽車行業(yè)研究焦點(diǎn)之一。我國科技部將其作為“十五”863重大專項(xiàng)的內(nèi)容，目前混合動(dòng)力汽車產(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)力汽車綜合了混合動(dòng)力汽車和天然氣汽車的優(yōu)勢，進(jìn)一步改善了車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。

本文基于對(duì)電一氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車運(yùn)行目標(biāo)駕駛循環(huán)的分析，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，以保證在滿足車輛動(dòng)力性要求的前提下，提高整車燃油經(jīng)濟(jì)性。

2 電-氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車整車參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)

所研究的電一氣串聯(lián)混合動(dòng)力客車基礎(chǔ)車型為長11.4 m的二級(jí)踏步城市客車，整車參數(shù)如表1所列。

3 混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)，以使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳工作區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，減少發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗和排放。同時(shí)，串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車由于電機(jī)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)客車采用的是如圖1所示的串聯(lián)式動(dòng)力系統(tǒng)。

研究所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)為壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jī)選擇交流同步發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)選擇交流電動(dòng)機(jī)，通過電動(dòng)機(jī)控制器連接到直流總線。由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及整流器組成APU（功率輔助單元），根據(jù)整車控制器的命令輸出功率或關(guān)閉。蓄電池直接并聯(lián)在直流總線上，以補(bǔ)償APU輸出功率與電動(dòng)機(jī)輸人功率的差值，并在制動(dòng)過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(jì)算

與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，混合動(dòng)力汽車的能量經(jīng)濟(jì)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輛實(shí)際運(yùn)行條件的駕駛循環(huán)。本文以中國汽車技術(shù)研究中心承擔(dān)的“863”項(xiàng)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(chǔ)，進(jìn)行零部件的選型計(jì)算。

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

　　4.1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)選擇

根據(jù)城市公交駕駛循環(huán)的工況車速和整車的相關(guān)參數(shù)，由以下公式可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)的工作工況點(diǎn)（圖3）：