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題，本文以國內(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自蓄電池能量的限制和燃料電池后處理污染性問題的約束，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)額定功率大的問題，但由于保留了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，未做到零排放;楊陽等人[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

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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 樓海星， 姚維. 超級(jí)電容在電動(dòng)汽車電池能量回饋中的應(yīng)用[J]. 輕工機(jī)械， 2013， 31（6）： 54-58.

[2] 楊陽， 劉松， 秦大同，等. ISG 型混合動(dòng)力汽車制動(dòng)系統(tǒng)仿真分析[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版， 2009， 32（7）： 752-756.

[3] 胡明輝， 謝紅軍，秦大同. 電動(dòng)汽車電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配方法的研究 [J]. 汽車工程， 35（12）： 1069-1073.

[4] 周江輝. 增程式電動(dòng)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配及性能仿真[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2014.

[5] 盧波. 純電動(dòng)城市客車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[D]. 陜西： 長(zhǎng)安大學(xué)， 2011.

[6] Delaney A. Hydraulichybrids[J]. Engineering and Technology， 2008， 3（20）： 40-43.

[7] 王佳雪. 雙電機(jī)混合動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配與協(xié)調(diào)控制研究[D]. 長(zhǎng)春： 吉林大學(xué)， 2011.

[8] 李晶晶. 燃料電池與超級(jí)電容混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究與仿真[D]. 武漢： 武漢理工大學(xué)， 2006.

[9] 趙新富. 基于 CVT 的新型混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]. 重慶： 重慶大學(xué)， 2012.

[10] 劉文杰. 混聯(lián)型混合動(dòng)力汽車控制策略優(yōu)化研究[D]. 重慶. 重慶大學(xué)， 2007.

[11] 張曉冰. 城市客車油液混合動(dòng)力系統(tǒng)匹配及控制策略研究[D]. 長(zhǎng)春： 吉林大學(xué)， 2012.

[12] 魏朝陽. 并聯(lián)混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)與匹配研究[D]. 重慶： 重慶交通大學(xué)， 2014.

[13] Ramakrishnan R， Hiremath S S， Singaperumal M. Design strategy for improving the energy efficiency in series hydraulic/electric synergy system[J]. Energy， 2014， 67（1）： 422-434.

[14] 胡明輝， 謝紅軍， 秦大同. 電動(dòng)汽車電機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)匹配方法的研究[J]. 汽車工程， 2013， 35（12）： 1068-1074.

[15] 郭迪. 燃料電池混合動(dòng)力系統(tǒng)建模與仿真研究[D]. 武漢： 武漢理工大學(xué)， 2010.

[16] Deppen T O， Alleyne A G， Stelson K A， et al. An energy management for a hydraulic hybrid vehicle[C]∥2012 American Control Conference. QC， Canada： IEEE， 2012.

[17] 高建平， 何洪文， 孫逢春. 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車機(jī)電耦合系統(tǒng)歸類分析[J]. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008， 28（3）： 197-201.

[18] 王軍， 熊冉， 楊振遷. 純電動(dòng)大客車制動(dòng)能量回收系統(tǒng)控制策略研究 [J]. 汽車工程， 2009， 31（10）： 932-937.

[19] 王業(yè)琴. 電動(dòng)城市客車運(yùn)行能有效關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 黑龍江： 東北林業(yè)大學(xué)， 2013.

[20] 舒紅. 并聯(lián)型混合動(dòng)力汽車能量管理策略研究[D]. 重慶： 重慶大學(xué)， 2008.

[21] 周保華. 電動(dòng)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)及換擋控制研究[D]. 重慶： 重慶大學(xué)， 2010.

[22] Mohamed Mourad. Improving the performance of a hybrid electric vehicle by utilization regenerative braking energy of vehiclee[J]. International Journal Ofenergyand Environment， 2011， 2（1）： 161-170.

[23] 曾億山. 液壓與氣壓傳動(dòng)[M]. 合肥： 合肥工業(yè)大學(xué)出版社， 2008.

[24] 徐亞磊. 純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選型及仿真研究[D]. 武漢： 武漢理工大學(xué)， 2012.

[25] 瞿道海. 電動(dòng)汽車再生制動(dòng)能量回饋控制策略的研究[D]. 長(zhǎng)沙： 湖南大學(xué)， 2014.

[26] 韓勝明. 純電動(dòng)汽車雙電機(jī)耦合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究[D]. 成都： 西華大學(xué)， 2015.