超级电容并联式混合动力客车的能量消耗试验与计算

1、超级电容并联式混合动力客车的能量消耗试验与计算魏昌宏,郭俊12(1.扬州亚星客车股份有限公司,江苏扬州225001;2.湖南南车时代电动汽车股份有限公司,湖南株洲412007摘要:关键词:中图分类号:文献标识码:文章编号:介绍采用超级电容作为储能系统的并联式混合动力客车的动力系统结构和原理,并对该车做一般城市实际公交工况的油耗试验以及中国典型城市公交工况下的油耗试验。油耗试验结果经计算表明,该车具有较好的节油效果。混合动力客车;并联式;超级电容;油耗试验;NEC计算U469.7;U467.498B 1006-3331(201004-0045-03+Abstract:Key words:The

2、authors introduce the power system structure and principles of a parallel hybrid bus with super capacitors.They make fuel consumption tests in common urban driving cycle and typical urban driving cycle.The results of the test through calculations show that this parallel hybrid bus has efficiency fue

3、l economy.hybrid bus;parallel hybrid;super capacitor;fuel consumption test;NEC calculation1混合动力客车的动力系统结构与原理本文介绍的超级电容并联式混合动力系统主要包括发动机、超级电容、电机控制器、电动机/发电机、特制变速器(该变速器为特制,其尾端内含可变向的齿轮机构与电动机垂直连接,下同、传动轴、主减速器和后驱动轮等。其布置型式如图1所示。发动机离合器特制变速器传动轴后轮主减速器后轮超级电容电机控制器机械连接电气连接电动机图1动力系统结构原理图其工作模式和工作原理如下:1发动机单独驱动模式(传统模式。发

4、动机离合器特制变速器传动轴主减速器后轮。其工作原理与传统车辆一样。极少使用该模式,只有通过手动转换开关,有意使用该模式时才起作用。2油电混合驱动模式。这是该车主要和正常的运行模式,在该模式下,又分三种情况:电机助力模式:行驶时,发动机离合器特制变速器和超级电容电动机的能量并联合成于特制变速器后传递给传动轴主减速器后轮。超级电容客车技术与研究BUSTECHNOLOGY AND RESEARCH第4期No .4201045器此时放出电能驱动电机助力。电机发电模式:行驶时,能量(发动机离合器特制变速器分两路:一路的传递路线为传动轴主减速器后轮;另一路的传递路线为发电机超级电容器。此时,电机为发电机模

5、式,电机被发动机带动旋转进行发电,对电容进行充电。制动能量回收模式:制动或减速时,车轮主减速器传动轴特制变速器发电机超级电容器,即由电机进行汽车制动或减速。此时,电动机变成了发电机,给超级电容器充电。该车的储能系统采用的是超级电容,超级电容取代蓄电池组有以下几个好处:1只有2个超级电容箱,每箱5个共10个小电容模块,相比电池组体积小,节省空间。22个超级电容箱总共只有0.5t,相比电池减轻了1t的整车自重。3超级电容充电快,放电快,不需外接充电;在公交工况行驶时,通过程序控制,仅通过制动能量回收就可以维持电量平衡。4超级电容使用寿命长,一般不需要更换;而普通电池组寿命较短,需要更换多次。2某城

6、市实际公交工况油耗试验2.1试验概况在油耗试验以外,还做了混合动力车050km/h 加速动力性试验,其试验结果见表3。3中国典型城市公交工况能耗试验3.1试验概况依据GB/T 19754-2005,对该混合动力客车进行了客车技术与研究46试验车为不可外接充电的并联超级电容油电混合动力客车,可选择纯燃料消耗模式(传统模式和混合动力模式两种。该车不是使用电池,而是使用Maxwell Technologies,Inc.生产的型号为48V/165F的超级电容作为能量储存装置,配以TQD101永磁同步水冷电动机和DKQ101控制器,发动机用玉柴YC6J220-30,整车整备质量11370kg,最大总质量

7、17500kg,车长12m。城市客车油耗试验载荷依据试验标准,加装最大装载质量的65%,试验时加载约40000kg。超级电容并联式混合动力城市客车的能量消耗包括发动机油耗及电容消耗的电能。在湖南株洲城区1路城市客车路线进行城市实际公交工况油耗试验,并同时用另一相似车型12m城市客车(传统车进行油耗对比试验。由于该超级电容器混合动力城市客车每百公里消耗的电量仅相当于消耗燃料0.03L 左右(见本文3.2NEC计算,相比绝对油耗,这个消耗可以忽略不计。所以,表1、表3中该试验车的实际公交工况油耗试验结果不包含每百公里消耗的电量折算的油耗。湖南株洲城区1路城市客车路线(火车站清石广场,一个来回为一次

8、试验,路程长18.4km,运行时间5060min。按试验标准要求,空调未启动。试验车辆在试验过程中,以前面最近的一辆1路城市客车为参照车,按照实际公交工况进行道路试验,不允许超越前方的参照车,并且要求到站停车5s左右。3个驾驶员进行了11次试验,为的是试验结果符合实际状况。混合动力模式的试验结果见表1。1号、2号现为混合动力客车驾驶员(原来为传统城市客车驾驶员,3号是特意请的,现为传统城市客车驾驶员。为了获得该混合动力客车的节油效果,进行了与该车原型传统客车对比的油耗试验。两车的主要参数及对比试验油耗结果见表2。对比试验是在同一时间、同一线路上进行的。从表2可以看出,混合动力客车油电混合模式下

9、比传统模式省油36%,比同型号传统客车油耗低25%。这说明混合动力城市客车的燃油消耗要比传统内燃机汽2.2油耗试验结果2.3与传统客车的油耗对比试验表3动力性试验结果油电混合模式(电压400V,s传统模式,s 开空调不开空调开空调不开空调22.9219.3423.8721.26表1城市实际公交工况混合动力模式油耗试验结果 表2整车参数及试验结果对比车小得多。同时,考察不同驾驶员对油耗的影响,从表1中可以得出一个重要结论:驾驶员因素对油耗影响非常大,不同驾驶员会得出不同油耗。表1中1号驾驶员五次试验的平均油耗与3号驾驶员五次试验的平均油耗相差12.7%。2010年8月NEC I dt =U fi

10、nalinitial表5NEC计算结果(下转第59页47魏昌宏,等:超级电容并联式混合动力客车的能量消耗试验与计算7060504030201000200400600800100012001400图2中国典型城市公交工况表4典型城市工况油耗试验结果中国典型城市公交工况下的油耗试验。试验时,将显示器置于前仪表台旁,驾驶员按照显示屏上显示的车速曲线(见图2进行操作,实际车速在允许的误差范围内追随目标车速。株洲试验地在西环线上固定路段(东湖立交-建宁大桥按照典型城市工况进行驾驶。由于株洲试验场地不符合试验标准要求,又在扬州的沿江公路平坦路面上做了典型城市工况试验(见表4。由表4可知,试验驾驶员不同,油

11、耗不同。如4号驾驶员是临时请的单位班车驾驶员,平时开自动档车,对典型工况的试验方法不熟悉,同时需要时刻注意车辆运行速度曲线与目标曲线的拟合度,导致换档不及时,使发动机基本上运行于高转速、低转矩工况,造成油耗偏高。试验路面条件不同,油耗试验结果相差更大。在株洲找不到符合中国典型城市道路工况纵向坡度小于0.1%的路面。由此可见,在路面纵向坡度不符合试验标准的路面上不能做典型城市工况的油耗试验。5号驾驶员在扬州平坦路面上所做的油耗结果是有效的、符合实际的。GB/T 19754-2005中定义了可再充电能量储存系统RESS(Rechargeable Energy Storage System为汽车存储

12、能量的系统或部件。在此混合动力客车中,RESS就是超级电容。RESS系统能量的净改变量NEC(Net Energy Change是试验标准中规定必须计算的。在试验中,通过监测RESS系统的能量变化,计算NEC。其方法如下:3.2NEC计算第4期式中输入或输出超级电容器总线的电流,A;超级电容器两端的电压,V;时间,s。I U t 通过电容管理系统对进出超级电容的电流进行采样,采样周期20ms。按上式计算可得NEC见表5。在控制策略中,将尽量保持超级电容的电量平衡,而超级电容的效率又比较高,所以计算得到的NEC都比较小。每次试验时,由于单次循环时间和里程都太少,所以采用两次重复的中国典型公交工况

13、作为驾驶循环,每次循环里程为11.6km。将公里数代入可以得到百公里的消耗电量:0.103kWh/100km。按照GB/T 19754-2005中的定义,混合动力客车电量消耗量和燃料消耗量之间的关系如下:=/3.02式中等效的燃料循环量,L;试验过程中的电量消耗量,kWh;时间,s。根据上式计算得到,每百公里消耗的电量相当于消耗燃料0.03L。显然,相比绝对油耗,此消耗量非常低,因此,可以认为,在中国典型城市公交工况中,该混合动力客车电量消耗量与制动回收能量基本可以平衡。以上试验表明,在路面纵向坡度不符合试验标准的路面上不能做典型城市工况的油耗试验。同时,驾驶员因素对油耗影响非常大。不同驾驶员

14、,会得出不同油耗。由以上计算可知,该超级电容器并联混合动力城市客车每百公里消耗的电量相当于消耗燃料0.03L,相比绝对油耗,这个消耗可以忽略不计。该混合动力客车电量消耗量与制动回收能量基本可以平衡。试V E V E t fuel k fuel k 4结束语车产品购车的服务圈中,有些环节是非常重要的。如果管理不当,就会引起用户的强烈不满,客户的满意度就会下降,从而导致忠诚度的下降。所以,加强对关键时刻的管理是提高用户满意度的有效方法之一。客车产品购车服务的关键时刻有以下几方面。第一,购车或不购车的关键时刻:在每位顾客购车或不购车犹豫时发生。顾客最后做何种选择决定受下列因素影响:产品技术水平、产品

15、服务质量、购车环境及大量其它关键时刻留给用户的印象。顾客做出选择的过程是一个心理机制过程。第二,进行价值评判的关键时刻:所有的顾客在购车前都会做出价值评判。即使你的产品比对手的便宜和服务比对手好,如果不是物有所值,顾客也不会购买。如果顾客有过不愉快的购车经历,即使你的知名度再高,顾客也不会购买。进行价值评判受产品技术水平与服务质量的双重影响。第三,反馈关键时刻:顾客对客车不满意时,不一定都会直接告诉客车企业,部分顾客不会直接抱怨,只是不与该客车企业再次往来。但这并不意味着他们会保持沉默,他们会将自己的感受和遭遇夸大地告诉别人,造成更大的负面影响,这就是反馈的重要性所在。反馈的关键并不是可以控制

16、的,因为它的发生具有不确定性。第四,永远重复的关键时刻:购车过程中每天都在发生多次关键时刻,对于客车企业仅是重复的工作程序,但对顾客来说,客车企业的每一次简单重复都是非常关键的。销售人员对顾客的服务接待、合同签订、车辆交车等各环节,若沟通不到位或处理不当,都有可能给客户带来经济损失,甚至会引起法律纠纷和订单丢失。所以客车企业的全体销售人员要有这样的意识:“热情、真诚和周到的服务,是留住客户的关键”。本文从如何提升客车的品牌知名度、认知度、联想度和忠诚度四个方面提出了提升客车品牌资产的策略和建议,以便客车企业对于自身的品牌战略及策略进行合理地抉择,更全面地处理和解决好自身客车的品牌问题。6结束语

17、参考文献:1贾昌荣.汽车品牌推广战M.北京:机械工业出版社,2007.9.2凯文.莱恩.凯勒(Kevin Lane Keller.战略品牌管理M.北京:中国人民大学出版社,2003.1.3冯丽云.耿凯燕.品牌营销M.北京:经济管理出版社,2006.8.4祝合良.品牌创建与管理M.北京:首都经济贸易大学出版社,2007.45江峰.客车业服务的创新点特色服务J.客车技术与研究,2007,(2:61-62.收稿日期:2009-11-2759李燕军:提升客车品牌资产策略研究第4期(上接第47页参考文献:1GB/T 19754-2005,重型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法S.2朱静,申福林.串联式混合动力客车技术的现状及前景J.修改稿日期:2010-02-02客车技术与研究,2008,(2:1-3.3胡烨,宋慧.电动汽车M.北京:人民交通出版社,2002.4张彤,等.基于超级电容的并联混合动力轿车的开发J.内燃机工程,2008,(15李媛媛,陈英放,方勤.超级电容器在电动车上的应用J.江西能源,20