纯电动城市客车电动空压机匹配计算

2019-11-27张保国时振涛

汽车电器 2019年8期

张保国，时振涛

（河南少林客车股份有限公司，河南郑州 450100）

电动空压机系统，全称为电动空气压缩机系统。它包含了电动空气压缩机（简称电动空压机）及其控制器等部件，是纯电动客车必不可少的关键零部件之一。电动空压机的作用是为纯电动车辆的制动、门控等提供气源。电动空压机系统的设计，直接影响车辆的安全性能，同时还会涉及车辆的能耗和舒适性。因此，其在设计时需要合理匹配。纯电动城市客车的电动空压机是由电动机带动空压机间歇工作，作为整车的核心部件，空压机的性能优劣直接关系着机组的能耗、噪声、可靠性和安装灵活等，同时关系着制动系统的可靠性更涉及整车的安全性，因此空压机的匹配计算是非常重要的。本文以我司某8米纯电动城市客车为例，介绍电动空压机的匹配计算。

1 电动空压机的匹配计算

1.1 压力的匹配计算

空压机的工作压力应大于储气筒的气压上限，选型原则是用气端所需要的工作压力，加上1-2 bar的余量，再选择空压机的压力（该余量是考虑从空压机安装地点到实际用气端管路距离的压力损失，压力损失主要受到管路通径大小、转弯点多少及长度影响，管路通径越大且转弯点越少，则压力损失越小，反之，则压力损失就越大。因此，当空压机与各用气端管路之间距离太远时，应适当放大主管路的通径。如果环境条件符合空压机的安装要求且工况允许的话，可在用气端就近安装）。我司底盘上所用的储气罐压力为10 bar，因此我司8 m纯电动城市客车需要空压机的供气压力为11～12 bar。

1.2 容积流量的选型

容积流量的选型原则是所有的用气设备的容积流量之和，把流量之和的总数乘以1.2（即放大20%余量）。

容积流量与供气容积、供气压力相关，供气压力上面已经确认过，供气容积为罐体容积与管路容积之和，即V总=V罐+V管路，根据参数得出，V罐=120 L，V管路=0.9 L，V总=120.9 L。

根据流量计算公式：Q流量=（P×V／T）×120%，其中T（min）为充罐时间，P（Bar）为充罐压力，V （m3）为罐容积，Q流量（m3／min）为压缩机流量。

1）当要求3 min充到气罐65%时：

Q流量=（P×V／T）×120%=6.5（bar）×0.1209（m3）×1.2／3（min）=0.314 m3／min

2）当要求6 min充满气罐时：

Q流量=（P×V／T）×120%=10（bar）×0.1209（m3）×1.2／6（min）=0.242 m3／min

由以上计算可得，我司8 m纯电动城市客车需求空压机排气量约为0.314 m3／min。

1.3 电机功率的选型

电机功率的选型是在满足工作压力和容积流量的条件下，供电容量能满足所匹配驱动电机的使用功率即可，根据文献［1］的推荐，对于排气量为0.314 m3／min的空压机，一般选用额定功率为2.2 kW的电机进行驱动，即需求的Ge≈2.2 kW。同时考虑空压机的最高压力（1.2 MPa）与常用输出压力（1.0 MPa）的比值（电机峰值功率选定Gemax≈Ge×1.2／1.0），电机峰值功率选定Gemax≈4.4 kW。

1.4 电机转速计算

电机的转速需要与空压机打气的转速同步协调，同时根据电机本身的特性来确认。

根据电机设计原理［2］，其转速n为：n=60f／p（1-s）。式中f为电源频率；p为电机极对数；s为转差率。

电动空压机常用的电机为三相永磁同步电机，频率多数为150 Hz定频电机，极对数为3对极或6对极，永磁同步电机转差率为0。将公式代入计算：三相永磁同步电机极对数为6极时，转速最低为1 500 r／min；三相永磁同步电机极对数为3极时，最高转速为3 000 r／min。将空压机转速设计为1500～3 000 r／min，又因转速过低容易导致负载率不足而引起机油变质，因此将空压机转速定为3 000 r／min。

1.5 电机额定电压

电机额定电压根据整车动力电池额定总电压来确定，目前纯电动客车一般有两个电压平台，分别为DC380V和DC540V，当动力电池的额定总电压为DC540V左右时电机的额定电压定为DC380V，当动力电池的额定总电压为DC380V时电机的额定电压定为DC220V。我司某8米纯电动城市客车动力电池总电压为540 V，因此电机额定电压定为380 V。