一種電—氣串聯(lián)混合動力客車動力系統(tǒng)的方案設(shè)計

式中，Tm為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，N·m；nm為電動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；Fi、Fw、Fj分別為整車的坡度阻力、空氣阻力、滾動阻力和加速阻力，N；Rr為車輪滾動半徑，m；ig、io分別為變速器和主減速器的速比；ηT為傳動效率。

選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)速在2000r/min以下，720 N·m恒轉(zhuǎn)矩及電動機(jī)轉(zhuǎn)速在2 000 r/min以上，150 kW恒功率線包絡(luò)圖3中的工況點，可以據(jù)此選取電動機(jī)的外特性參數(shù)。

通過計算電動機(jī)工作工況點，還可以得到電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩及功率響應(yīng)速度。城市公交循環(huán)要求：電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩上升速度不低于566N·m/s，下降速度不低于588N·m/s；電動機(jī)驅(qū)動功率上升速度不低于104kW/s，下降速度不低于128kW/s，，

對于電動機(jī)工作高效區(qū)的選擇，引人平均驅(qū)動能量的概念，即單位里程內(nèi)電動機(jī)在一定工作區(qū)域內(nèi)的驅(qū)動能量：

式中，Ev為平均驅(qū)動能量kJ/km ；Pmotor，k為電動機(jī)在各區(qū)域內(nèi)驅(qū)動能量，kJ；S為電動機(jī)在各區(qū)域內(nèi)的行駛路程，km。

經(jīng)計算，電動機(jī)在各工作區(qū)域內(nèi)的平均驅(qū)動能量如圖4所示。

根據(jù)計算得到的電動機(jī)在各工作區(qū)域的平均驅(qū)動能量，選擇在平均驅(qū)動能量高區(qū)域內(nèi)具有較高驅(qū)動效率的電動機(jī)，由此提高整個循環(huán)內(nèi)的電動機(jī)驅(qū)動效率和整車經(jīng)濟(jì)性。

同理，可以根據(jù)城市公交駕駛循環(huán)和制動能量回饋的需要，選擇電動機(jī)制動狀態(tài)的相應(yīng)參數(shù)。經(jīng)過計算，選擇了株洲所的JD14X2交流異步電動機(jī)，其額定功率為100kW，峰值功率為150kW，轉(zhuǎn)速在1000 r/min以下時轉(zhuǎn)矩達(dá)1000 N·m，為提高整車爬坡性能和加速性能留有裕量。

4.2 APU參數(shù)選擇

APU的經(jīng)濟(jì)性和排放性直接決定了整車的經(jīng)濟(jì)性和排放性。由于APU與傳動系統(tǒng)沒有直接機(jī)械連接，因此APU的工作轉(zhuǎn)速可以自由選取，只需選擇APU的發(fā)電功率即可。假設(shè)電動機(jī)需要的電能全部由APU提供，則計算得到的APU不同發(fā)電功率段發(fā)電能量的分布如圖5所示，APU的平均發(fā)電功率（循環(huán)總發(fā)電功率除以循環(huán)驅(qū)動過程總時間）為38.9 kW。

從圖5可看出，APU的發(fā)電能量大部分分布在2070 kW功率范圍內(nèi)。由于APU發(fā)出的電能經(jīng)蓄電池儲存再輸出是一個低效的過程，因此應(yīng)盡量使APU發(fā)出的電能直接供給電動機(jī)驅(qū)動，這就要求APU在圖5中能量分布較高的區(qū)間（20～70kW）里的發(fā)電效率盡可能高且排放性良好。

本文選擇的是4CT180 CNC發(fā)動機(jī)，配備UC224G三相交流同步發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在1500r/min時的額定功率為68kW；轉(zhuǎn)速在1800r/min時的額定功率為78kW。采用三相全波不可控整流器，功率范圍為10～120kW。