串联型混合动力公交车性能仿真分析

　　（二）动力系统驱动特性仿真

　　图4所示为依照GB11642测试循环下混合动力公交车的车速、驱动功率及APU工作特性。总循环时间784s,SOC初始值为01455,最高车速50km/h,平均车速18126km/h,测试循环行驶距离为3198km。由图4（b）可以看到整个循环的驱动功率以正驱动功率为主,制动工况只占很小的比例,且低负荷工况时间较多,较高的驱动功率需求大多在汽车加速时段出现。在APU启动前3个循环中,整车的驱动功率完全由电池组单独提供,可以看到电池组在绝大多数时间内放电工作,仅在车辆减速制动时由于电机反向发电才吸收一部分能量。电池组SOC值随着时间推移逐渐下降,当时间为540s时,SOC值降到014即SOC允许的最小值,APU开始启动工作,APU输出功率如图4（f）所示,与发动机功率（图4（h））相比有所下降,这是因为受发电机效率及机械效率的影响。发动机启动后,能量管理单元控制发动机按最低燃油消耗率曲线运行,达到要求的工作转速3600r/min,稳定后发动机以恒功率工图5 10个GB11642测试循环下电池组功率、电池SOC及APU工作特性作,通过发电机发电为蓄电池充电或直接供给驱动电机。APU输出42kW的恒定功率,此时电池组只作为载荷均衡装置,由图4（d）可看出电池组输出功率比前3个循环有明显的下降。当整车行驶需求功率小于PAPU时,多余的能量给电池组充电；反之则由电池组补充不足功率,保证发电机以单点恒功率方式工作。由图4（e）所示,由于APU工作,电池组在较多的时间内为充电状态,蓄电池SOC值回升,达到了延长续驶里程的目的。

　　为了验证APU控制策略及蓄电池SOC的最后平衡情况,采用了10个GB11642测试循环的循环工况进行仿真分析,仿真时间共7841s,SOC初始值为01455。图5表示了10个GB11642测试循环下整车的车速变化、驱动电机功率、电池组功率、电池SOC及APU的工作特性。在APU启动前,整车驱动功率由电池组单独提供,当电池组SOC值降到014时,APU启动并恒功率工作,电池组输出功率降低,大部分时间处于充电状态,电池组SOC值有轻微波动,但总趋势是SOC值逐渐恢复,当电池组SOC值达到018时,APU关闭。循环过程中APU的工作状态验证了能量管理单元模块内部控制逻辑的正确性。

　　（三）PAPU对驱动系统工作特性的影响

　　PAPU增大,有利于电池组SOC值的快速恢复,但APU体积及质量都会增大,增加了整车质量且减少了车内有效空间。因此希望APU体积及质量尽可能小,同时能够满足动力系统供电要求。为此,作者根据对BJD6100HEV公交车市区行驶所需的平均驱动功率估算结果,设定PAPU=25kW,并让其尽早工作。电池组SOC初始值设定为016,仿真循环仍采用10个GB11642测试循环工况进行模拟分析,循环开始APU即启动工作,仿真结果如图6所示。

　　当APU启动且发电功率为25kW时,基本能够满足循环工况中整车平均驱动功率需求,但没有富裕功率对电池充电,电池组作为载荷均衡装置,来平衡整车驱动功率的剧烈波动,电池组的SOC值基本维持在016附近。这种情况下,APU因输出功率小,需尽早启动且长时间工作,不能长时间由电池单独驱动,因此不能长时间满足BJD6100HEV公交车零排放运行的要求。

　　BJD6100HEV发动机发电机组辅助动力单元输出功率选定42kW,启动后可在短时间内补充电池组的电量,保证了BJD6100HEV公交车短期零排放运行的要求。

　　三、结论

　　以上通过对整车性能参数及动力系统关键部件工作特性仿真分析,表明文中所选择的发动机发电机组、电池组及牵引电机等元件匹配合理,能够满足BJD6100HEV混合电动公交车动力需求,并可实现辅助动力系统及发动机工作特性的优化控制。