混合动力铁道车辆（共3篇）
混合动力铁道车辆 篇1
2010年3月25日, 东芝公司向日本货物铁道公司 (JR货物) 交付了1台柴油-电池混合动力调车机车样机。HD300型机车采用锂离子电池, 可通过发动机充电并在制动时存储再生能量。
该设计是2008年在交通部的支持下合作开发的。与现有已运营超过30年的DE10型内燃机车相比, 混合动力技术有望降低噪声10 dB, 减少排放40%。
HD300型4轴混合动力机车质量比质量为65 t的DE10型机车轻5 t。其额定功率为500 kW, 而DE10型内燃机车功率为660 kW, 但混合动力机车最高速度更高, 可达110 km/h。
混合动力铁道车辆 篇2
目前,应用混合动力技术的车辆主要分为油电混合动力车辆(HEV)、油液混合动力车辆(HHV)和机械储能混合动力车辆3种。汽车行业采用较多的是油电混合动力技术,从而被大多数人了解。从技术原理角度看,油液混合动力技术是将能量以液压能形式储存和释放,适合于载荷比大的工程车辆,对工程机械非常实用。
当前,一些世界知名的液压汽车厂商已经开始液压混合动力技术的市场化研发,开发出多种集成化的系统组件和配套元件。国内对于液压混合动力的研究和开发大多还是在理论层面,其关键零部件——液压二次调节元件尚不能实现国内制造,导致该技术的应用受到很大影响。若采用国外的二次元件,整机成本较高,市场接受度低。为此,我们另辟蹊径,提出了一种新解决方案——液压逻辑控制有级变量系统。实验表明,该技术方案能很好的满足车辆制动过程中能量回收的要求,且成本较低。
混合动力技术主要着眼于解决现有车辆存在诸多问题,如发动机工作区域不稳定,低效区多;发动机保留裕量大,“大马拉小车”现象;制动能量浪费,制动器损耗大。目前,对混合动力系统本身的节能潜力评估主要有2种标准,一是用能量存储元件在一次制动时回收的能量比照制动时车辆动能,即能量回收效率;二是用一个能量存储一释放周期内再次转化的动能比照制动动能,即能量再生效率。根据研究与试验数据表示,后者更加科学的反映了混合动力系统的实际节能效果。
液压混合动力系统控制的核心内容是转矩控制。由于蓄能器系统压力随着制动/加速过程产生非线性的变化,为了保证制动/加速过程的制动/驱动扭矩恒定而且可控,二次元件的排量必须根据压力变化实时的改变。转矩控制一直是液压混合动力系统中的技术难题之一。
转矩信号跟踪实验以交变的目标转矩模拟实际驾驶过程中驾驶员各种不确定的制动/加速动作。由于蓄能器压力的非线性变化和系统的信号处理频率等因素,造成了一些信号跟踪失真。如何调整控制这种系统误差,是混合动力车辆控制特性研究中的一个重点。相关的研究问题还包括蓄能器参数优化与系统的匹配、液压二次元件扭矩耦合器速比优化、机械制动和液压再生制动复合控制策略等。
目前,吉林大学和徐州重型机械有限公司共同开发了具有制动能量回收的液压混合动力汽车起重机,且进行了大量试验检测,具体情况如下。
起重机从17.835km/h初始速度开始制动,至车速为0.3km/h时停止制动,期间车速为2.22km/h时蓄能器压力开始下降,蓄能器充气压力7MPa,已充液压力约为13.7MPa,蓄能器容积100L,制动时间约为11.7,制动距离约为28.5m。蓄能器压力开始下降时,二次元件转速约为288r/min。按照制动结束时蓄能器内液压能与开始制动时起重机动能之比,计算能量回收率约为55.63%。
各工况下0～20km/h起步时间节省均在20%以上,最大可节省38%,起步时间明显缩短。各工况下0～20km/h起步加速距离缩短30%左右,最大缩短40%,起步加速距离明显缩短,动力性提升明显。0～20km/h起步加速过程中,控制方式不同,对节油效果影响较大,最大可节油1 8.22%。
除了对起重机上进行制动能量回收外,课题组正在利用液压混合动力进行发动机的能量管理,以改善发动机的工作效率,这对于整机的节能意义将更大。
链接:吉林大学液压混合动力车辆实验台简介
混合动力铁道车辆 篇3
随着科技的发展、社会的进步,人们对于能源及环境越来越重视。无论是在军用车辆还是民用车辆的发展上,利用混合动力技术节能、降耗、减小对环境的破坏已是必然的发展趋势。
各国的汽车制造企业和相关的研究机构都把研究降低排放的技术和开发绿色环保汽车作为自己的立足之本和生存之道,世界上各个大的汽车公司都看好混合动力汽车并相继开发出各种混合动力汽车产品和实用样车,如丰田的Prius和Insight混合动力汽车。我国政府对混合动力技术的研究也十分重视,在“八五”、“九五”期间重点发展电动汽车项目,“十五”期间启动“863”电动汽车重大专向计划等等。
在军事领域,现代战争对军用战斗车辆的总体性能要求越来越高,而混合动力车辆具备两种动力源的优点,因此在军事上的应用也就具有十分重要的意义。混合动力装甲车辆与单一动力源装甲车辆相比具有以下优点:①具有更高的可靠性,两种动力源可以互相补充,同时运行或交替工作;②具有更好的隐蔽性,在采用电能驱动的时候噪声小且大大减少了可被探测的热辐射;③具有更好的经济性和动力性,发动机可以在经济转速范围内高速运转,大大降低了燃油消耗,同时在正常情况下,发动机为发电机提供动力,发电机又为驱动电机提供电能,而蓄电池可以作为辅助动力,使车辆具有更好的动力性。由于混合动力装甲车辆具有上述优点,尤其是具有隐性和移动发电站的功能,因此它的研制备受关注。同时新一代装甲车辆的发展需要大量的电能满足电磁炮、电热炮、电磁装甲以及雷达所需,而电力电子技术的发展又使大功率器件不断涌现,故混合动力技术在装甲车辆上的应用是装甲车辆发展的必然趋势。
1混合动力车辆的分类及其特点
混合动力车辆是指在同一辆车中同时具备两种动力源,如采用内燃机和蓄电池组-电动机提供动力。在混合动力车辆中,通过先进的控制系统,使两种动力装置有机协调配合,实现最佳能量分配,达到低能耗、低污染和高度自动化的目的。
混合动力系统按照动力系统的组合方式大致分为3种,即串联式、并联式和混联式。
串联式由发动机驱动电动机,电动机利用发出的电能驱动车轮。也就是说,发动机所发出的动能全部要先转换成电能。这种方式的优点在于发动机的运行独立于车速和路况,基本上可以在最佳工况点附近工作,避免了低速和怠速工况,从而提高了发动机的工作效率。但动能转变成电能引起的损耗比较大,故并不能明显地降低油耗。
并联式采用的是由发动机与电动机驱动车轮,这两个动力源是并行的。发动机是主要的动力,电动机作为辅助动力在低速或加速时使用。由于大部分时候是发动机在运行,故发动机并不一定工作在最佳工况点附近,但这样却能确保车辆在发动机运行下的行驶性能。
混联式结合了串联式和并联式的优点,利用动力分配器分配发动机的动力,一方面直接驱动车辆,另一方面控制放电。但这种方式结构复杂,性能要求高。
2混合动力装甲车辆热管理技术的分析
2.1 热管理技术的概念及其特点
我国坦克装甲车辆在散热技术方面的研究已形成了具有独创特点的主战坦克大功率发动机及传动装置的散热系统的研发技术,与过去相比是有了很大的进步,但随着装甲车辆混合动力装置和综合变速箱的应用和发展,车辆对传热散热、温度控制以及热平衡条件等方面提出了越来越高的要求。鉴于这种情况,对混合动力装甲车辆的热管理技术方面(如散热系统优化设计技术、车辆系统的自动调节控制技术、数据采集及数字化技术、测试及传感器技术等)进行整合性的研究是十分必要的。
热管理技术是一项综合技术,它直接或间接地影响车辆的多项性能和指标,对车辆的性能、安全和寿命以及能源合理利用等方面起着重要作用。一旦将热管理技术充分应用到混合动力装甲车辆上,并与电管理技术相结合,将会给我国装甲车辆技术带来崭新的发展空间和划时代的进步。
混合动力装甲车辆的热管理技术,主要以混合动力装甲车辆为研究对象,采用综合控制手段,对车辆的加热系统、散热系统以及空调系统进行管理,并从系统整体性能的角度出发,优化热量传递,建立一个有效的热管理体系。利用热管理技术,整车根据车用环境和工况可自动调节冷却系统,以保证机械动力源和电动力源在最佳温度范围内工作,实现低排放和节能效果。当车辆行驶在环境温度较高的地区时,可以加大冷却系统的功率,提高散热系统的散热效率,保证车辆的正常行驶条件;当环境温度较低时,可以启动车辆的电驱动系统,保证车辆在低温情况下的正常启动;与此同时,还可以对车辆的空调系统进行控制,在温度过高或过低时能够自主调节空调系统的运行功率及散热的消耗或利用,保持车辆内部适宜的环境条件。
2.2 热管理系统的组成
在混合动力装甲车辆的热管理系统中,热量传递装置包括热交换器(散热器、油冷器等)、传热肋片、冷却风扇及其驱动、冷却液泵、冷却液恒温器和各种管道及套管等,热量传递流体包括空气、冷却液、机油、润滑油、废气、燃料、制冷剂等,测控装置包括传感器、执行器、节温器、电磁阀和电控温控开关,除此以外,系统还包括计算机信息反馈系统和热系统硬件软件的数据处理系统等等。这些部件和流体必须协调工作以满足混合动力装甲车辆的冷却和温控要求。
相对于机械动力装甲车辆,混合动力装甲车辆的热管理技术难度系数更大。由于各关键部件、各电子系统、各种仪器和设备具有不同的特性,且车用环境和工况十分复杂,这就要求热管理系统中的各个子系统中维持温度的范围、温度变化的速率、温度的极限及各点温度之差都不同。热管理技术研究的主要内容就是根据混合动力装甲车辆的性能要求以及系统工况和车用环境,在对关键部件进行热特性研究的基础上,通过电管理途径,采用高精度传感器件和先进的测试技术、高速的数据采集和处理技术以及优化的自动调节和控制技术,对系统热量进行统一分配、利用和综合管理,控制和优化传热散热过程,管理和合理利用各个部件和传热流体,保证混合动力的合理匹配以及高效运行,使系统真正达到节能降耗的目的,在不同季节、地区的各种车用环境和工况下,使混合动力装甲车辆的热管理技术满足要求。
3总结
热管理技术属于一种综合管理,它结合了电管理技术和信息管理技术,使车辆尤其军用混合动力装甲车辆的动力系统能够充分利用有限的能源,更有效地运行,达到节能和环保的目的。因此,从军事需求、发展现状以及热管理技术本身的特点来看,热管理技术在混合动力装甲车辆上的应用具有其必然性。
针对混合动力车辆兼具机械动力和电动力的特点,通过实时监测、数据采集和计算机反馈以达到热管理技术中“管”的目的;通过数据分析并结合车辆的运行工况,对热能进行优化匹配,调节各个系统中的热生成、传热散热及热平衡以达到热管理技术中“理”的目的。在混合动力装甲车辆上建立基于现场总线技术的热管理测试采集系统的硬件设施,实时监控混合动力装甲车辆关键性能部件的有关参数,通过电控部件实现整个系统热能的优化调节,真正实现热管理技术在混合动力装甲车辆上的应用。
摘要：针对混合动力装甲车辆的发展趋势,分析了装甲车辆中混合动力系统的结构,并根据混合动力装甲车辆两种动力源的特点提出了热管理技术的概念,指出了热管理技术在混合动力装甲车辆上应用的必然性和可实现性。
关键词：混合动力装甲车辆,动力源,热管理技术
参考文献
[1]陈清泉,孙逢春.混合动力车辆基础[M].北京:北京理工大学出版社,2001.