全鋁車身在純電動公交客車車身上的應(yīng)用研究

1、全鋁車身在純電動公交客車車身上的應(yīng)用研究全鋁車身在純電動公交客車車身上的應(yīng)用研究, 研究論文 , 姚 成 約 5202 字 摘要 考慮到純電動公交客車的排放特點，其幾乎是一種0 污染的城市公共交通工具，因此國家相關(guān)政策和一些企業(yè)也正在投入資金和人力開展深入研究，但純電動公交客車的充電問題和每次充電后的續(xù)駛里程問題是限制了純電動公交客車普及采用的重要障礙。本文首先對公交采用全鋁車身后整車輕量化潛力，然后分析了公交車整車整備質(zhì)量對純電動公交車續(xù)駛里程的影響，并對純電動采用全鋁車身技術(shù)后提高其續(xù)駛里程潛力進行分析，認為采用全鋁車身技術(shù)是提高純電動公交車續(xù)駛里程的一種有效的解決方案之一。 關(guān)鍵詞 純電

2、動公交客車全鋁車身續(xù)駛里程隨著城市汽車保有量的增加，汽車尾氣對城市環(huán)境的污染日益嚴峻，減低汽車尾氣對城市環(huán)境的污染已刻不容緩。環(huán)保是我國的基本國策之一，由于我國的排污控制的整體水平相對落后，因此控制汽車排氣污染，發(fā)展環(huán)保汽車特別是環(huán)保型城市公交車已迫在眉睫，已成為我國汽車工業(yè)發(fā)展面臨的瓶頸制約性難題。電動汽車的發(fā)展可為大量節(jié)省石油能源，控制汽車排氣污染提供了重要途徑，同時也是汽車工業(yè)技術(shù)進步的最重要的動力。政府對電動汽車的研發(fā)給予了高度重視，2001年 11月 25日，國家又正式宣布啟動“十五”期間“ 863 計劃”電動汽車重大專項，其重要位置僅次于“超大規(guī)模集成電路”而名列第二，電動汽車再次

3、成為我國業(yè)內(nèi)外人士關(guān)注的焦點。計劃在十五期間投入 8.8 億元引導(dǎo)資金進行電動汽車開發(fā)。在城市公交客車上采用純電動技術(shù)的意義在行業(yè)內(nèi)已取得普遍共識，但在其產(chǎn)業(yè)化過程中，除了電池、電機等技術(shù)瓶頸外，其與普通內(nèi)燃機驅(qū)動客車相比，電動公交客車的車身、底盤等機械構(gòu)件的設(shè)計與生產(chǎn)也存在著一系列的問題，電動公交客車在使用中存在續(xù)駛里程不足等諸多類因素都是限制電動客車廣泛采用的重要原因。其中電動汽車的續(xù)駛里程是指電動汽車上動力蓄電池以全充滿狀態(tài)開始到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗結(jié)束時所走過的里程，它是電動汽車重要的評價指標(biāo)。電動汽車續(xù)駛里程短，是造成電動汽車商業(yè)化發(fā)展的瓶頸，因此，在電池技術(shù)沒有實質(zhì)性突破的情況下，研究分

4、析電動汽車續(xù)駛里程中的能量轉(zhuǎn)換及其影響因素，減少電動汽車運行中的能量消耗，提高電動汽車的能量利用效率，對電動汽車的發(fā)展有著重要的意義。針對以上問題，根據(jù)研究分析，提出了改善純電動公交客車行駛里程的解決方案全鋁車身純電動公交客車。下面首先從能量平衡角度分析提出該建議的重要理論依據(jù)，再結(jié)合金旅公司產(chǎn)品做一些分析。1 純電動客車行駛續(xù)駛里程中的能量計算模型電動汽車在續(xù)駛里程中的的能量轉(zhuǎn)換主要是指能量源所輸出的能量轉(zhuǎn)換為電動汽車行駛時所消耗掉的能量，國內(nèi)外對電動汽車續(xù)駛里程中的能量計算提出過很多種方法，但都基于這種能量相等的原則來進行理論分析的。電動汽車電池攜帶的額定總能量為: (1) 式中， 為電池

5、的額定容量，為電池的端電壓，為電動汽車攜帶的電池總量，q為電池比能量。汽車功率平衡方程式為即 。 (2) 式中， pf 為滾動阻力所消耗的功率 ;pw 為空氣阻力所消耗的功率 ;pi 為坡度阻力所消耗的功率 ;pj 為加速阻力所消耗的功率。根據(jù)功率平衡公式，只有當(dāng)汽車在行駛中電池所能允許的放電深度內(nèi)所能釋放的能量大于公交車行駛中所需消耗的能量，即(3) 當(dāng)電池規(guī)定的所能提供的能量( 即電池放電深度 ) 小于汽車行駛所需的能量時的行駛里程，也即為該電動車的續(xù)駛里程。在電池所能提供的最大電能不能改變的情況下，我們只能從搭載電動系統(tǒng)的車輛上來找解決措施。根據(jù)對汽車功率平衡方程的分析，影響車輛行駛能耗

6、主要有以下幾個因素 : (1) 車輛風(fēng)阻系數(shù)，影響車輛的行駛時的空氣阻力; (2) 傳動系效率，影響整車能量的使用效率; (3) 整車質(zhì)量 m ，影響車輛的滾動阻力、坡度阻力及加速阻力。以上 3 個因素當(dāng)中，前 2 個因素可以通過不斷研究和優(yōu)化設(shè)計去改進，以降低車輛行駛時的風(fēng)阻系數(shù)和提高車輛傳動系的機械效率。但從功率平衡公式中共有4種阻力消耗功率，其中就有3 個阻力受整車重量因素影響，因此通過改變整車重量去影響整車行駛時的阻力將是一個重要途徑和解決突破口之一。2 整車整備質(zhì)量對純電動公交車續(xù)駛里程的影響車輛整備質(zhì)量加上車輛的額定乘員的質(zhì)量總和為車輛滿載運行時的車輛質(zhì)量，對功率平衡公式進行分析，

7、可以發(fā)現(xiàn)車輛的質(zhì)量跟滾動阻力、坡度阻力成正比關(guān)系，與加速阻力也成一定比例關(guān)系，因此如果能降低公交客車的整車整備質(zhì)量，那么在額定乘員數(shù)相同的情況下，車輛行駛時的最大總質(zhì)量將相應(yīng)降低，根據(jù)前面的分析，車輛在行駛時各種阻力消耗的功率將會降低，對電動車來說單位續(xù)駛里程所需消耗的能量將降低。在電動系統(tǒng)所能提供總能量不變的情況下，車輛的總續(xù)駛里程將會提高，從而可以大大改善純電動公交客車的使用性能。以安凱 hff6112gk50 電動公交車為例，該車整車整備質(zhì)量12 485kg，最大總質(zhì)量 18 000 kg ，所使用的能量源是12 v (85ah) 水平鉛酸電池，用32 塊電池串聯(lián)成一組，然后 3 組并聯(lián)

8、，電池組額定電壓384 v，額定容量 255 ah，額定總能量=384 255=97.92 kw•h。根據(jù)該車在上海的運行情況進行測算，該車的百公里平均耗能為118 kw左右，其續(xù)駛里程大約為158 km。根據(jù)該數(shù)據(jù)測算該電動公交客車的供電系統(tǒng)在整個續(xù)駛里程內(nèi)可提供電能為186.44 kw, 單位質(zhì)量的功率消耗為 : 186.44?180=1.02610-2 kw/kg 換算成車輛行駛里程，整車總質(zhì)量每降低百公斤將增加行駛里程為: 1.026?118=0.0087 km/kg 以上分析均是基于靜態(tài)分析的結(jié)果，如果考慮在動態(tài)運行下的整車質(zhì)量對整車各種行駛阻力的影響，整車整備每

9、降低百公斤其增加的續(xù)駛里程將會更大。從以上數(shù)據(jù)可以看出，從電動公交客車的輕量化入手，降低整車整備質(zhì)量從而降低車輛行駛時的最大總質(zhì)量，對提高電動公交客車的最大續(xù)駛里程具有重要的意義。3 采用全鋁車身純電動公交客車續(xù)駛里程分析在純電動公交客車上采用全鋁車身技術(shù)的出發(fā)點就是通過在公交車采用輕質(zhì)材料以降低整車整備質(zhì)量，從而實現(xiàn)提高純電動公交車續(xù)駛里程的目的。下面以金旅xml6115 型公交車為例進行分析說明: 金旅 xml6115 型普通公交客車最大總質(zhì)量17 000 kg ，整車整備質(zhì)量11 500 kg，車身焊接總成重量3 500 kg ，底架重量 1 000 kg ，車身部分 2 500 kg 。如果采用全鋁車身技術(shù)，整車整備質(zhì)量較采用鋼車身減輕分析如下: 全鋁車身車輛，由于考慮到鋁合金機械性能特點，其強度極限與鋼的強度極限有很大差距，一般為100mpa左右，而公交車的動力系統(tǒng)和行駛系統(tǒng)一般產(chǎn)生的沖擊力很大，因此一般底架部分仍采用鋼結(jié)構(gòu)骨架，而只是在車身骨架、蒙皮等部分采用鋁合金。鋁合金密度為 2.7e3 kg/m3 ，鋼