“三能”混合动力概念公交客车探讨

作者:周行卜 文章来源:一汽客车(无锡)有限公司 发布时间:2011-04-13
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“三能”概念公交客车造型效果

今天,以天然气为动力的公交车、出租车,依靠电力驱动的电动汽车都已经不时出现在我们的身边。但是这些汽车都存在着续驶里程小的缺陷,而以“三能—— 太阳能、油能、电能”为代表的混合动力技术提供了一个很好的过渡方案。

光电混合动力

所谓“光电混合动力”,就是将太阳能与电力驱动混合起来共同作为汽车行驶的动力源。这其中的电力包含两部分,一部分是车载电池本身自带的电力,另一部分是来自太阳能电池板产生的电力。此处我们重点探讨一下太阳能到电能的转换过程。我们都知道,太阳能汽车有3个重要的技术环节,一是将太阳光转化为电能,二是将电能储存起来,三是将电能最大程度地用于驱动汽车行驶。

1. 太阳能电池方阵

一般情况下,汽车在行驶过程中,被转换的太阳能被直接送到电动机控制系统。但有时提供的能量要大于电动机需求的电力,那么多余的能量就会被蓄电池储存以备后用。当太阳能电池方阵不能提供足够的能量驱动电动机时,蓄电池内的备用能量将会自动补充。此外,在这样一个过程中,还可以实现对于汽车制动能量的回收。例如,当汽车开始减速时,换用通用的机械结构制动,这时电动机将变成一个发电机,能量通过电动机控制器反向进入蓄电池内进行储存。这种回收到蓄电池里的能量虽然很少,但却非常实用。

2. 电力系统

电力系统是太阳能汽车的核心,由蓄电池和电能组成。电力系统控制器管理全部电力的供应和收集工作。一个太阳能汽车使用蓄电池组来储存电能以便在必要时使用,太阳能汽车启动装置控制着蓄电池组,但是当太阳能汽车开动后,是通过太阳能电池阵列提供能量,从而再充到蓄电池组内。由于受自重和体积等的限制,电池组不可能无限增加,因而能够存储的电力也是十分有限的。


混合动力电动汽车并联原理

3. 电力控制系统

电力控制系统包括峰值电力监控仪、电动机控制器和数据采集系统,其最基本的功能就是控制和管理整个系统中的电力。峰值电力监控仪调节由太阳能转变而来的电力,确保电池不会因为电力过充而损坏。电动机控制器控制电动机的启动,而电动机启动信号是来自驾驶员的加速装置。对电动机控制器电力管理是通过程序来完成的。电动机的启动需要配备不同型号的电动机控制器,使用的工作效率一般超过90%。

很多太阳能汽车使用精确数据检测系统来管理整个太阳能汽车的电力系统,其中包括太阳能光伏阵列、蓄电池组、电动机控制器和电动机。在有些时候,我们需要掌控电池的电压和电流。从监控系统获得的数据常常被用来判断太阳能汽车的状况,并用来解决太阳能汽车出现的问题。

综上所述,太阳能汽车在使用过程中理论上可以实现持续的电力供应,但是在实际应用中却受到多方面影响。因此,在光电混合动力汽车中,太阳能主要是作为辅助能源使用。

油电混合动力

经过十多年的发展,混合动力系统总成已从原来发动机与电动机离散结构向发动机、电动机和变速器一体化结构发展,即集成化混合动力总成系统。

串联式结构可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转,通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况,从而提高了发动机的效率,减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换,机械效率较低。

并联式结构中发动机与电动机分属两套系统,在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。这种方式主要以发动机驱动行驶,利用电动机所具有的再启动时产生强大动力的特征,在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时,用电动机辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。这种方式的结构比较简单,接近传统的汽车驱动系统,得到比较广泛的应用。

混联式装置包含了串联式和并联式的特点。是一种在启动和低速时只靠电动机驱动行驶,速度提高时发动机和电动机相配合驱动的“串联、并联方式”。由发动机和电动机共同高效地分担动力,这种方式控制方便,但结构比较复杂。

气电混合动力

这种混合动力系统中使用的气体是天然气,但根据燃料状态不同,又分为压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)和液化石油气(LPG)。目前使用较多的是压缩天然气(20.7~24.8 MPa)为主要动力,辅以电机驱动的混合动力。气电混合动力客车其实是一种发动机只使用天然气作为燃料,电机为辅助动力源的混合动力客车。

实践成果

中国第一汽车集团公司解放牌混合动力城市公交客车动力总成采用双轴并联结构,按照电系统的功能划分属于强混合总成型。客车装配中国第一汽车集团公司大连柴油机厂生产的全电控欧IV发动机、自主开发的机械式自动变速器、交流异步感应电机以及镍氢动力电池组等。整车控制器通过控制器局域网总线实现对发动机控制单元、ATM控制单元、电机控制单元、电池控制单元等通信、模式切换和能量分配,可实现发动机起停、纯电动驱动、混合驱动、发动机单独驱动以及再生制动等各种工作模式,且各种工作模式间切换平滑,驾驶性能良好。

结语

混合动力汽车在发达国家已经日益成熟,有些已经进入实用阶段。纯电动汽车作为未来的发展方向,当前由于受结构复杂和成本高等因素的限制,因而还处于研发和小规模的试验阶段。可以预见的是,在电动汽车时代到来之前,混合动力汽车作为一种过渡产品,将带给人们更为环保、经济的交通体验。

柔性太阳能电池

柔性太阳能电池如今也已问世(如图所示)。如果把太阳能材料做成窗帘,就可以通过窗帘来充电了!2010年11月,TDK在深圳“2010年中国高新技术成果技术交易会”上展示了这种新产品,并计划未来两年将目前单层构造(只吸收可见光)变成双层构造(使不可见光也能吸收),从而进一步提高光电转换效率。由此可见,柔性太阳能电池窗帘在HEV概念公交车上迟早会实现,太阳能的HEV混合动力公交客车也一定能够实现。(信息来源于《电子产品世界》2011年1~2期)。

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