純電動城市客車電動空壓機匹配計算

張保國，時振濤

（河南少林客車股份有限公司，河南 鄭州 450100）

電動空壓機系統，全稱為電動空氣壓縮機系統。它包含了電動空氣壓縮機 （簡稱電動空壓機）及其控制器等部件，是純電動客車必不可少的關鍵零部件之一。電動空壓機的作用是為純電動車輛的制動、門控等提供氣源。電動空壓機系統的設計，直接影響車輛的安全性能，同時還會涉及車輛的能耗和舒適性。因此，其在設計時需要合理匹配。純電動城市客車的電動空壓機是由電動機帶動空壓機間歇工作，作為整車的核心部件，空壓機的性能優劣直接關系著機組的能耗、噪聲、可靠性和安裝靈活等，同時關系著制動系統的可靠性更涉及整車的安全性，因此空壓機的匹配計算是非常重要的。本文以我司某8米純電動城市客車為例，介紹電動空壓機的匹配計算。

1 電動空壓機的匹配計算

1.1 壓力的匹配計算

空壓機的工作壓力應大于儲氣筒的氣壓上限，選型原則是用氣端所需要的工作壓力，加上1-2 bar的余量，再選擇空壓機的壓力 （該余量是考慮從空壓機安裝地點到實際用氣端管路距離的壓力損失，壓力損失主要受到管路通徑大小、轉彎點多少及長度影響，管路通徑越大且轉彎點越少，則壓力損失越小，反之，則壓力損失就越大。因此，當空壓機與各用氣端管路之間距離太遠時，應適當放大主管路的通徑。如果環境條件符合空壓機的安裝要求且工況允許的話，可在用氣端就近安裝）。我司底盤上所用的儲氣罐壓力為10 bar，因此我司8 m純電動城市客車需要空壓機的供氣壓力為11～12 bar。

1.2 容積流量的選型

容積流量的選型原則是所有的用氣設備的容積流量之和，把流量之和的總數乘以1.2（即放大20%余量）。

容積流量與供氣容積、供氣壓力相關，供氣壓力上面已經確認過，供氣容積為罐體容積與管路容積之和，即V總=V罐+V管路，根據參數得出，V罐=120 L，V管路=0.9 L，V總=120.9 L。

根據流量計算公式：Q流量=（P×V／T）×120%，其中T（min）為充罐時間，P（Bar）為充罐壓力，V （m3）為罐容積，Q流量（m3／min） 為壓縮機流量。

1）當要求3 min充到氣罐65%時：

Q流量=（P×V／T）×120%=6.5（bar）×0.1209（m3）×1.2／3（min）=0.314 m3／min

2）當要求6 min充滿氣罐時：

Q流量=（P×V／T）×120%=10（bar）×0.1209（m3）×1.2／6（min）=0.242 m3／min

由以上計算可得，我司8 m純電動城市客車需求空壓機排氣量約為0.314 m3／min。

1.3 電機功率的選型

電機功率的選型是在滿足工作壓力和容積流量的條件下，供電容量能滿足所匹配驅動電機的使用功率即可，根據文獻［1］的推薦，對于排氣量為0.314 m3／min的空壓機，一般選用額定功率為2.2 kW的電機進行驅動，即需求的Ge≈2.2 kW。同時考慮空壓機的最高壓力 （1.2 MPa）與常用輸出壓力 （1.0 MPa） 的比值 （電機峰值功率選定Gemax≈Ge×1.2／1.0），電機峰值功率選定Gemax≈4.4 kW。

1.4 電機轉速計算

電機的轉速需要與空壓機打氣的轉速同步協調，同時根據電機本身的特性來確認。

根據電機設計原理［2］，其轉速n為：n=60f／p（1-s）。式中f為電源頻率；p為電機極對數；s為轉差率。

電動空壓機常用的電機為三相永磁同步電機，頻率多數為150 Hz定頻電機，極對數為3對極或6對極，永磁同步電機轉差率為0。將公式代入計算：三相永磁同步電機極對數為6極時，轉速最低為1 500 r／min；三相永磁同步電機極對數為3極時，最高轉速為3 000 r／min。將空壓機轉速設計為1500～3 000 r／min，又因轉速過低容易導致負載率不足而引起機油變質，因此將空壓機轉速定為3 000 r／min。

1.5 電機額定電壓

電機額定電壓根據整車動力電池額定總電壓來確定，目前純電動客車一般有兩個電壓平臺，分別為DC380V和DC540V，當動力電池的額定總電壓為DC540V左右時電機的額定電壓定為DC380V，當動力電池的額定總電壓為DC380V時電機的額定電壓定為DC220V。我司某8米純電動城市客車動力電池總電壓為540 V，因此電機額定電壓定為380 V。

2 結束語

本文介紹了我公司8 m純電動城市客車的電動空壓機匹配計算，根據用氣端所需要的工作壓力確定空壓機壓力，根據所有的用氣設備的容積流量和需求壓力確定空壓機的流量、電機功率及轉速等參數，可供大家參考。