增程式电动环卫车动力系统匹配的研究

2020-01-08任柯杨金

湖北农机化 2020年12期

任柯杨金

(郑州宇通客车股份有限公司，河南郑州 450000)

随着社会的发展和人们环保意识的加强，近年来新能源汽车广泛受到大家欢迎，这主要是因为电动汽车不但具有节能减排的效果，满足现代社会对绿色节能设备的需求，同时还拥有高效的特点，满足大家对汽车运动的需求。尽管动力汽车有诸多的优点，但是发展至今还没有机型大规模的生产和使用，其中一个重要原因就是无法在长时间内持续行驶。但是增程式电动汽车的出现使这一问题得到了较好地解决。使用增程式汽车用户，假如在短距离内行驶，只需要运用可外接充电的电池能量采用纯电动的模式移动；假如用户需要长时间的行驶，那么单纯的外接充电的电池能量已经不能满足行驶的需要，就需要开启增程模式，也就是利用发动机-发电机组成的增程器，为汽车的行驶提供必要的能量。本文是以增程式电动环卫车为研究对象，它是建立在普通环卫车的基础上，通过改变驱动电机，增加增程器和动力电池组，最终达到增程的目的。

1 增程式电动环卫车的基本构型

增程式电动环卫车与普通的纯电动环卫车相比，在结构上并不复杂。只不过是增加了特有的增程部分，其他结构与普通的纯电动环卫车基本上是一样的。在增程式电动环卫车运行过程中，各部分的动力来源都是来自于电能，并且各系统之间都是通过机械连接来传递能量的，这些都与普通的纯电动环卫车是相似的。

2 增程式电动环卫车动力系统的选择

2.1 驱动电机的选择

在对驱动电机进行选择时，需要通过公式uemax=0.377nmaxr/i0来确定驱动电机的最大转速，其中，公式中uemax表示汽车运动的最高速度，而nmax则表示电机的最高运转速度。在本研究中选择的普通环卫车的运动最高速度为80km/h，这个是固定不变的，然后根据电机的产品型号对电机进行选择，在这里所选择的电机为永磁磁阻电机，它的最大转速可以达到3000r/min。对任何汽车来讲它在上坡的过程中需要比较大的驱动功率，因此通过最大爬坡度所需功率15%的指标要求，就可以计算出电机所需要的最大功率。因此，通过汽车在最大爬坡度时行驶速度的15%与需要最大功率的曲线图，可以计算出本文研究的环卫车需要驱动电机的功率必须大于110kW。所以说本研究中选用电机的额定功率为120kW，根据过载系数2来计算，也就是说最大功率能够达到240kW。

2.2 增程器的选择

普通的电动环卫车主要是通过可外接充电的电池能量提供动力，然而一旦环卫车电池组的荷电状态随着行驶距离下降到一定值，它就不能维持车辆继续行驶，本文的研究就是在普通的电动环卫车上安装增程器，当电池组的荷电状态下降到一定程度时，就利用增程器为环卫车提供动力。在进行研究时，还要考虑到环卫车应用的实际情况。我国的环卫车主要是在市区内工作，所以在选择增程器的时候，要充分考虑到我国城市的交通状况以及环卫车其他附加对功率的消耗，这其中包括环卫车的空调、转向电机、空气压缩机等。利用公式就可以计算出增程式动力环卫车增程器的平均功率为：

Pave=uave/3600(mgf+CdAu2ave/21.15)/(ηmηpηre)，

总功率为Pe=Pave/ηm+Pacc/ηacc，在公示中，uave表示的是环卫车正常情况下行驶的车速，ηm表示的是选用驱动电机的效率，ηp表示的是动力传递所需要的机械效率，ηre表示的是环卫车使用的发电机效率，由增程式动力环卫车增程器平均功率的计算公式和总功率的计算公式可以得到增程器输出功率是40kW。但是在实际应用中，还需要考虑到环卫车发电机的效率以及远距离行驶时所需要的功率，这样在本研究中选用额度功率为65kW的永磁磁阻电机为增程器的发电机。

2.3 电池组的选择

在本研究中进行增程式电动环卫车设计，主要是解决不能长距离行驶的问题，所以本研究中的环卫车在进行纯电动续驶的距离较大，在此情况下，就选用单体电压为4V的磷酸铁锂能量型电池，这种磷酸铁锂能量型电池是由150组单体电池进行串联成组而形成的，所以本研究中所用的电池组的总电压为600V。最重要的是电池组的标称容量为200A·h，在使用过程中放电的深度可以达到85%。根据设计的增程式电动环卫车的车速与续驶里程的关系可以清楚地看到，当车以45km/h的车速行驶时，在纯电动的情况下可以持续地行驶85km。