串联混合动力系统发动机/发电机额定功率值的设计

热度:Loading...   日期:17-04-07, 08:41 AM   来源:陆地方舟集团   

串联混合动力系统发动机/发电机额定功率值的设计

 

在串联式混合动力电驱动系统中,发动机/发电机用以供给稳态功率,以防止峰值电源完全放电。对于串联式混合动力电驱动系统的发动机/发电机的设计,因考虑两种驾驶情况:长时间采用恒定车速的行驶情况,如在高速公路上的运行和在软路面上的越野行驶;采用频繁的停车一起动模式的行驶情况,如市区内的车辆行驶。就前一驱动模式而言,车辆不应依靠峰值电源承载高速,如路上行驶车速达130km/h的车辆和越野车车速达60km/h的越野行驶,此时发动机/发电机应有足够的功率支持这一车速的运行。对于频繁的停车一起动模式的行驶,发动机/发电机应产生足够的功率以保持一定电平的峰值电源能量的储存,使之有充裕的功率供应车辆加速和爬坡的需求。如上所述,峰值电源中的能量消耗与控制策略紧密关联。

 

在平坦路面上恒速行驶时,来自能源(串联式混合动力电驱动系统的发动机/发电机,或峰值电源,或两者兼备)的输出功率可表达为以下公式

 

串联式混合动力电驱动系统

 

式中:ηt和ηm分别是传动装置和牵引电动机的效率。图5- 35给出一个1.5t客车负载功率(不包含ηt。和叩仇对应于车速的变化曲线)的实例。它表明在恒定车速时的功率需求远小于加速时(见图5 - 31)所需的功率。在本例中,以130km/h恒速行驶时所需功率约为35kW(含在
传动装置和牵引电动机中的损耗,如设ηt=0.9,ηm=0.8)。

 

串联式混合动力电驱动系统

 

当车辆在市区内以停车一启动模式行驶时,发动机/发电机所产生的功率应等于或略大于平均的负载功率,以保持峰值电源稳定的能量储存。平均的负载功率可表示为

 

串联式混合动力电驱动系统

 

式中:δ为车辆的转动惯量系数;dV/dt为车辆的加速度。式(5- 21)中的第一项为克服轮胎滚动阻力和空气阻力所消耗的平均功率;第二项为消耗于加速和减速的平均功率。当车辆具有回收其全部动能的能力时,消耗于加速和减速的平均功率为零。否则,如图5 - 36所示,该平均功率将大于零。

 

串联式混合动力电驱动系统

 

在发动机/发电机系统设计中,其功率容量应大于或至少不小于维持车辆恒速(运行于高速公路)行驶所需的功率,以及运行于市区时所需的平均功率。在实际设计中,某些典型的市区行驶循环可用来预测车辆的平均功率,如图5 - 37所示。在发动机/发电机设计中,应规定运行点。在此运行点上,该发动机/发电机可产生上述功率。实际上,可有两种合理的设计。一种方法是设计发动机的运行点在其效率最高点处,如图5 - 38中的点a所示。在该运行点上,发动机产生如上论述的所需功率。这一设计因大多数时间将不会用到发动机的最大功率,故导致稍微大些的发动机的设计。它具有对特定状态可提供较大功率的特点,例如当峰值电源已完全放电或失效时,发动机/发电机能以高功率(点b)确保车辆性能不遭受太多的损失,同样,发动机的高功率能用来给峰值电源快速充电。如图5 - 38所示,发动机运行点由点a向点b的移动,将由于转速的增加,使总线电压升高。但就特定的牵引电动机控制而言,较高的电压并不会影响牵引电动机的运行。反之,较高的总线电压将能使电动机产生较大的动力。

 

串联式混合动力电驱动系统

 

串联式混合动力电驱动系统

 

另一种设计方法是令发动机的运行点为点b,也就是说,接近于发动机的最大功率,以满足如上所述的加速和爬坡能力的需求。这一设计将导致一个较小的发动机的设计。然而,它的运行效率低于前一设计,同时没有额外的功率供给车辆。

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