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插电式纯电动山区客车动力系统匹配

摘要：结合当前新能源技术和某一国内知名景区客车具体需求,介绍一款插电式纯电动山区客车的总体情况,重点论述整车动力系统和储能系统的匹配设计和分析,通过样车在实地测试,验证设计分析的正确性.

关键词：插电式纯电动；客车；动力系统；匹配研究

电动汽车作为一种降低石油消耗、低污染、低噪声的新能源汽车,被认为是解决能源危机和环境恶化的重要途径.近些年国家倡导发展新能源汽车,在补贴政策推动下,插电式纯电动客车得到了快速发展.本文就结合我国西部某知名景区的具体需求,介绍开发一款插电式纯电动客车的总体情况,重点论述其动力系统的匹配选型和计算仿真.

1项目总体介绍

1.1某知名景区的需求介绍

我国地域广阔,很多自然风景区都位于山区,本文针对我国西部某知名山地景区客车需求,介绍其动力系统设计过程.

1.2动力系统简介

根据用户需求,我司开发了一款低地板、大容量的插电式纯电动客车.其主要特点有：纯电机驱动,零排放,绿色环保,安全舒适,适合景区可持续发展模式；电机启停易控制,噪声低；具备能源回收功能,适合长下坡路况,能源回收利用率高.

2整车动力系统匹配

2.1动力参数设计

电动客车动力系统设计应该满足车辆对动力性能的要求和续驶里程的要求,根据最高车速、爬坡能力、加速能力三项指标来判定动力性能.根据客户需求和相关标准,我们得到动力性能的主要参数,即最高车速69km/h,加速性能0—50km/b小于15s,爬坡度不小于20%.根据汽车运行的力学原理,其汽车的行驶方程式为：

Fr等于EF(1)

式中：Ft——驱动力；∑F——行驶阻力之和.

纯电动汽车的驱动电机应该具有如下特点：能频繁的启动、停车、加减速,对转矩控制的动态要求比较高.纯电动汽车行驶的方程式为：

其中：为电机转矩,为机械系统总传动效率,与分别为变速箱速比与主减速比,与A分别为风阻系数与迎风面积,为旋转质量转换系数.

2.1.1驱动电机转矩

根据山地景区需求分析,驱动电机扭矩需求需要满足三个不同工况,一是最大爬坡度扭矩,二是最高车速扭矩,三是爬坡加速扭矩.根据式( 2)可知：

(3)

其中：暂时不确定,取1.0;取1.1.

当车在最大坡度运行时,取坡度20%,速度lOkm/h时,计算得最大爬坡度扭矩：

当车最高速度时,平地运行则u.取为69km/h,计算得最高车速扭矩：

当车在坡道上加速运行时,取坡度4.5%,速度30km/h时,加速度0.5m/s,计算得爬坡加速扭矩：

选择电机扭矩

2.1.2驱动电机功率

根据汽车功率平衡方程式：

同上,计算得：最大爬坡度功率,最高车速功率,爬坡加速功率.

选择电机功率

2.1.3驱动电机转速

客车车速直接对应驱动电机转速,则可由客车最大速度来计算电机转速,具体为：

计算得：

2.2驱动电机选型

综上可以得到整车动力需求,如下表1.目前纯电动客车采用的电机主要有交流感应电机、直流电机和永磁同步电机三种.直流电机运用较早,结构简单,但体积大,重量大,成本较高,维修困难；交流感应电机技术成熟,成本低,维修方便,但控制系统比较复杂；永磁同步电机体积小,效率高,控制系统复杂,成本高.综合我司应用经验,选用成熟的交流感应电机方案,电机参数如下表1.

根据功率计算结果,采用两个85 kW电机作为驱动电机；因双电机直驱不能满足整车扭矩需求,采用固定速比减速箱增加扭矩,减速比选择4.05,可以兼顾最高车速和爬坡能力需求.

2.3动力性能仿真分析

为了更为准确的评估匹配的动力系统各项指标,采用专用软件进行仿真分析可以有效检验计算的准确性.这里采用高级车辆仿真器ADVISOR,采用内嵌的车辆模型和控制策略对纯电动客车动力系统进行仿真分析.

首先,对爬坡性能进行仿真分析.它最大爬坡能力可以到28%；整车最大速度超过69km/h;同时,在坡度5%的上坡路况下,车速超过5 0km/h,满足线路运行需求.同理,对加速性能进行仿真分析,当0～50km/h加速时间为11.06S,满足需求.

综上可知,我们选用两个85 kW电机和固定速比4.05减速箱的动力系统方案,满足用户和设计需求.

3动力电池选择

主要从动力电池容量计算和动力电池选型这2方面来选择.

4样车验证

图l为完成试制的样车,额定载客81人（33座位48站位）,样车完成后到实地进行了测试.

通过一段时间的测试,对获得的数据统计分析,样车性能指标见表2.

由表4可以看出计算分析和实际测试结果基本一致.

5结语