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1、公路与汽运总第138期Highways&AutomotiveApplications1气电混合动力汽车的可行性分析11112袁翔,张劲松,靳增鑫,陈新,刘向勇(1.长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410004;2.海军91550部队第240所,辽宁大连116041)摘要:分析了多种代用燃料汽车与电动汽车的研究进展及存在的问题,从ISG电机和气动马达的特性分析了压缩空气与电混合的可能性,探讨了压缩空气-电混合动力汽车的环保、行驶里程、结构布置、安全性等问题,说明了压缩空气-电混合动力汽车在技术上的可行性
2、。关键词:汽车;电动汽车;压缩空气;气电混合动力中图分类号:U469.7文献标志码:A文章编号:1671-2668(2010)03-0001-03据统计,目前,全球汽车保有量超过9亿辆,预体积质量大、制造成本高、可靠性差,氢气的安全存计到2020年将达到12亿辆。国际能源机构(IEA)储、制备和灌装都存在许多问题,这些制约了燃料电的统计数据表明,2001年全球57%的石油消耗在交池电动汽车的发展和实用化。通领域(其中美国达到67%),预计到2020年交通压缩空气动力汽车(Compressed2airPower
3、ed用油将占全球石油总消耗的62%以上。同时,车用Vehicle)使用高压空气作为动力源、空气作为介质,石油消耗所产生的空气污染和CO2排放也越来越在汽车运行时通过动力装置把压缩空气储存的压力严重,亚洲制造业协会首席执行官兼秘书长罗军透能转化为汽车的动能。空气来源方便,社会基础设露,目前全球汽车的CO2排放量占人类CO2整体排施建设费用不高,较容易建造。但目前压缩空气的放量的17%以上。能量密度和能量转换率还不够高,车辆续驶里程短。为缓解汽车带来的能源与环境问题,自20世纪就目前的技术水平来看,混合动力电动汽
4、车具30年代以来,对以蓄电池作为动力的EV电动车、有较强的生命力,它能充分发挥每种动力各自的功燃料电池电动汽车及太阳能汽车等清洁能源汽车的效,同时使各种动力互为补充、取长补短,被认为是研究与开发从未间断过,目前较为可行的电动汽车实现环境、经济和技术三方面指标优化的主要途径。为混合动力汽车。但由于混合动力汽车通常都采用两套动力系统,导致结构复杂、控制较难、成本高。而且它仍然需要消1清洁能源汽车的研究进展耗石化燃料,不可避免地产生排气污染。另外,动力代用燃料汽车,如天然气(CNG、LNG)汽车、醇电池及其充放电控
5、制也是其“瓶颈”之一。类汽车、二甲醚(DME)汽车等仍存在排放污染和热2气电混合的可行性分析效应;有些燃料制作成本高,有些燃料有毒性,还有些燃料燃烧控制困难。2.1特性分析电动汽车行驶中无排放污染、噪声低、能量转换跟混合动力电动汽车一样,要想在充分发挥气效率高,但电池驱动的电动汽车受制于车载电池,在动马达和电动机各自功效的同时,使气动马达和电比功率、循环寿命、充放电性能、造价和安全性等方动机互为补充,就必须对气动马达和电动机的特性面存在一系列需要解决和提高的问题。同时,电能进行分析。下面主要分析叶片式气动马达
6、和ISG制造方法可能造成环境污染,如电能取之于煤炭等电机的特性。化石燃料。但如果电能取之于非化石燃料(如太阳2.1.1ISG电机能、水能、风能等),则几乎无废气排放。另外,车载由图1可知,ISG电机起动至某一速度范围内,电池本身存在严重的二次污染。它的转矩是恒定不变的,这一区域称为恒转矩区;超燃料电池电动汽车中目前公认为最有发展前途过这一速度时,电机出现软特性的特点。当外负载的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车,它可实现减少时,它的转速迅速增加,转矩迅速减少。在恒转零排放,能量转换率高,结构简单。但燃料电
7、池系统矩区,电机功率线性增加;超过这一速度时,电机功公路与汽运第3期2Highways&AutomotiveApplications2010年5月率基本恒定不变,此区域称为恒功率区。到几万瓦;转速可以从零到25000r/min或更高。以上分析表明:汽车若单独用电动机起动,由于起动时需要很大的起动转矩,起动电流会很大,电池放电电流大,电池的循环次数就少,导致汽车的使用寿命短。而采用气动马达来起动可以避免这种状况。另一方面,加速运行时,由于气动马达在高速时的功率会下降,耗气量反而会增加,此时宜采用电动机来驱动汽车
8、,这样既可以利用电动机的高恒功率,又可以避免气动马达的高耗气量和低功率。图1ISG电机外特性2.2环保与能源消耗2.1.2叶片式气动马达气动部分排出的气体是接近于大气压力的清由图2可知,叶片式气动马达同样具有软特性洁、无污染的空气,它所消耗的压缩空气可以通过电的特点。当外负载转矩为零(即空转)时,转速达到力压缩空气得到,而电力可通过水能、太阳能和风能最大值nmax,气动马达的输出功率为零;当外负载转
