一種電—氣串聯(lián)混合動力客車動力系統(tǒng)的方案設計

4.3 蓄電池參數(shù)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(xù)時間。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(xù)時間如表3所列。

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

根據(jù)表3和表4的數(shù)據(jù)，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，短時間最大放電電流和最大充電電流基本滿足需求。

5 整車仿真驗證

為了對各零部件的選型進行驗證，建立了整車仿真模型，如圖6所示。由城市公交駕駛循環(huán)計算出電動機所需功率并傳送給整車控制器，再由整車控制器決定APU和蓄電池之間的能量分配，電動機根據(jù)實際接收的指令和APU、蓄電池當前實際發(fā)出的功率計算出實際輸出轉(zhuǎn)矩，傳送給底盤一路面模型以計算車速。

　　通過仿真計算，得出整車的最高車速≥70km/h，0～50km/h的加速時間為16.7s，最大爬坡度為22%，整車動力性均達到了技術指標的要求。圖7為仿真得到的混合動力客車加速過程。

整車的經(jīng)濟性通過運行城市公交循環(huán)來檢驗選擇開關式和功率跟隨式相結合的優(yōu)化控制策略使整車模擬連續(xù)運行5個城市公交循環(huán)，得到整車燃料消耗量和蓄電池SOC值的變化，如圖8所示。

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

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

目前，對于傳統(tǒng)大型客車排放性能的測試主要采用發(fā)動機工況法。串聯(lián)式混合動力客車采用電動機驅(qū)動，發(fā)動機與傳動系統(tǒng)沒有直接機械連接，因此發(fā)動機的工作區(qū)域可以得到較大改善。根據(jù)仿真分析，在城市公交駕駛循環(huán)工況卞，發(fā)動機的怠速時間可以縮短到傳統(tǒng)車的10%，發(fā)動機主要工作在1200～1500r/min的高效區(qū)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型降低。

6 結束語

介紹了一種基于駕駛循環(huán)對混合動力電動客車進行方案設計的方法。通過城市公交駕駛循環(huán)數(shù)據(jù)和整車既定參數(shù)，計算出整車動力系統(tǒng)主要零部件（電動機、APU、蓄電池）的參數(shù)，為零部件選型提供了依據(jù)。建立了整車仿真模型，對整車零部件的選型結果進行了仿真驗證。仿真結果表明，所選擇的零部件可以滿足整車動力經(jīng)濟性技術指標和城市公交駕駛循環(huán)的需要。