王聰聰 張洪信 趙清海

摘要：為解決純電動(dòng)汽車存在的沖擊電流對(duì)蓄電池造成的損害問(wèn)題，本文以國(guó)內(nèi)某款燃料電池城市客車為研究對(duì)象，采用復(fù)合儲(chǔ)能系統(tǒng)，對(duì)電液混合動(dòng)力客車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。對(duì)整車結(jié)構(gòu)性能參數(shù)進(jìn)行匹配，并對(duì)汽車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、動(dòng)力電池和液壓動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行匹配。研究結(jié)果表明，液壓系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)可以良好的協(xié)調(diào)配合，增加了混合動(dòng)力汽車的行駛里程，避免了充放電大電流對(duì)動(dòng)力電池的沖擊問(wèn)題。而且節(jié)約了電動(dòng)汽車的電力消耗，減輕了電池組容量和質(zhì)量，減小了電動(dòng)機(jī)額定功率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)零排放，提高了回收效率。該研究為混合動(dòng)力汽車的發(fā)展提供了一種新思路，具有較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電液混合動(dòng)力; 電液耦合器; 液壓蓄能器; 參數(shù)匹配

現(xiàn)階段純電動(dòng)汽車的成熟技術(shù)均采用鋰電池作為動(dòng)力源，以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)速控制方便、行駛中無(wú)排放，但其不足之處在于電池組體積龐大、份量重及電動(dòng)機(jī)額定功率和質(zhì)量大，能量回收效率低?；旌蟿?dòng)力汽車由于避免了來(lái)自蓄電池能量的限制和燃料電池后處理污染性問(wèn)題的約束，兼顧傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車與純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消費(fèi)者的用車?yán)砟钜舶l(fā)生了轉(zhuǎn)變，更青睞于燃油經(jīng)濟(jì)性較好的混合動(dòng)力汽車，因此混合動(dòng)力汽車已成為汽車研究與開(kāi)發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配和控制策略開(kāi)發(fā)，是混合動(dòng)力汽車的兩大核心技術(shù)[1]。目前，客車的傳動(dòng)系統(tǒng)大多是氣電傳動(dòng)、油電傳動(dòng)和純電動(dòng)傳動(dòng)等，對(duì)電液傳動(dòng)的研究較少。青島理工大學(xué)所研究的負(fù)載隔離式動(dòng)力客車，雖然解決了一部分傳動(dòng)方面的問(wèn)題，但其運(yùn)用獨(dú)立單元匹配，結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，與傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的效率相比，沒(méi)有較大的提高，而且油電液混合動(dòng)力汽車解決了純電動(dòng)汽車的電池組較大及電動(dòng)機(jī)額定功率大的問(wèn)題，但由于保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，未做到零排放;楊陽(yáng)等人[2-3]設(shè)計(jì)了一種基于電液比例閥的電液混合動(dòng)力系統(tǒng)，通過(guò)AMEsim軟件，建立了該電液混合動(dòng)力系統(tǒng)的仿真平臺(tái)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的正確性和可行性，為進(jìn)一步研究電液混合動(dòng)力系統(tǒng)提供了方案?；诖?，本文主要對(duì)電液混合動(dòng)力客車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。該系統(tǒng)通過(guò)液壓泵將汽車制動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能存儲(chǔ)于蓄能器中，在汽車啟動(dòng)、加速、爬坡等大功率情況下釋放能量，有效的保護(hù)蓄電池不受大電流充放電的損害。不僅能夠節(jié)約電動(dòng)汽車的電力消耗，減輕電池組容量和重量，減小電動(dòng)機(jī)額定功率和質(zhì)量，還能實(shí)現(xiàn)零排放，提高回收效率。該研究具有較好的應(yīng)用前景。

1 整車結(jié)構(gòu)性能參數(shù)

為了對(duì)燃料電池液壓混合動(dòng)力客車動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行匹配，應(yīng)先確定研究對(duì)象的性能要求[4]。相對(duì)于各種類型的車輛，基本的性能要求都各不相同，對(duì)于城市客車，由于市區(qū)的交通環(huán)境需要進(jìn)行頻繁的起步加速和制動(dòng)，行駛車速相對(duì)較低，對(duì)車輛的加速性能要求較高[5]，電液城市客車與傳統(tǒng)燃油城市客車具有基本相同的動(dòng)力性能要求。其中，車輛行駛中的動(dòng)力性能指標(biāo)主要有最高車速、加速時(shí)間和最大爬坡度等。本文以國(guó)內(nèi)某款燃料電池城市客車為研究對(duì)象，電液混合動(dòng)力城市客車參數(shù)如表1所示。

電液混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵元件有電機(jī)、蓄電池及高低壓蓄能器等，其參數(shù)匹配及優(yōu)化對(duì)整車動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性具有重要影響，必須根據(jù)相應(yīng)整車性能要求計(jì)算其參數(shù)。根據(jù)某混合動(dòng)力客車整車動(dòng)力性能要求，計(jì)算關(guān)鍵元件參數(shù)并選型。根據(jù)國(guó)家對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車相關(guān)性要求及城市客車的運(yùn)行工況[6]，初步判定動(dòng)力性能指標(biāo)為最高車速70 km/h;原地起步加速為0～50 km/h，加速時(shí)間小于等于25 s[7];在車速20 km/h時(shí)，最大爬坡度為15°;在城市循環(huán)工況下，純電動(dòng)續(xù)駛里程大于等于70 km[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)電液混合動(dòng)力客車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究。首先確定燃料電池液壓混合動(dòng)力客車動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)車輛工作模式進(jìn)行分析。同時(shí)，根據(jù)大巴車的整車參數(shù)和動(dòng)力性能參數(shù)，確定了驅(qū)動(dòng)電機(jī)的重要參數(shù)，并根據(jù)續(xù)駛里程要求和最大需求功率要求，選擇了儲(chǔ)能電池;根據(jù)城市循環(huán)工況的平均需求功率，匹配了發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的參數(shù)，使汽車在行駛過(guò)程中需求功率和發(fā)動(dòng)機(jī)在高效區(qū)工作帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率相平衡。在已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)機(jī)電液混合動(dòng)力汽車之間復(fù)雜的傳動(dòng)關(guān)系用電液混合動(dòng)力代替，在改進(jìn)動(dòng)力性的同時(shí)，減少了傳動(dòng)時(shí)的能量損耗，優(yōu)化了其經(jīng)濟(jì)性。該研究為后期的建模仿真提供了理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

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