純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究

更新時間：2018-08-18 點擊次數(shù)：5294

一、緒論
汽車保有量的爆炸式增長，使我國能源與環(huán)境面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。各個國家及企業(yè)對新能源汽車的發(fā)展越來越重視。其中純電動汽車相比較于其他類型新能源汽車，具有結(jié)構(gòu)不復雜、*、噪聲低等優(yōu)點，且發(fā)展已具一定規(guī)模。其動力參數(shù)的合理匹配成為影響其動力性和經(jīng)濟性的主要問題。
二、純電動汽車動力系統(tǒng)匹配設計
（一）動力系統(tǒng)參數(shù)匹配目標
目前純電動汽車主要在城市中應用較多，本文以城市通勤電動汽車基本性能指標為目標，進行動力參數(shù)的匹配，以達到提升純電動汽車性能的目的，探索動力參數(shù)技術(shù)關(guān)鍵，對動力系統(tǒng)參數(shù)進行進一步的優(yōu)化，提升該車型動力性。某純電動汽車的基本參數(shù)如表2.1：
表2.1整車相關(guān)參數(shù)

項目	數(shù)值
車輛整備質(zhì)量：	1080kg
長x寬x高：	3569mm×1551mm×1540mm
前后輪胎規(guī)格：	175/60R13
空氣阻力系數(shù)：	0.3
滾動阻力系數(shù)：	0.015

（二）動力系統(tǒng)參數(shù)匹配任務
參數(shù)匹配任務主要是對動力系統(tǒng)的一些部件進行參數(shù)計算并選型。本文選取永磁同步電機，參數(shù)主要包括：峰值功率、額定功率、高轉(zhuǎn)速、峰值轉(zhuǎn)矩等；選取磷酸鐵鋰電池作為動力蓄電池類型。純電動汽車的動力來源電動機具有良好的調(diào)速特性，可以在保持恒轉(zhuǎn)矩過程中擁有較大的轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍，考慮成本因素以及控制方式的簡易程度，此次研究使用固定速比的二檔傳動裝置。在對比差速半軸設計以及電動輪設計方案后，此次研究將采用傳統(tǒng)差速半軸設計來進行純電動汽車的傳動系統(tǒng)布置方式。
（三）確定各動力系統(tǒng)部件參數(shù)計算及其選型
經(jīng)過計算后該車相關(guān)參數(shù)如表2.2
表2.2動力系統(tǒng)部件參數(shù)

項目	數(shù)值
迎風面積	2.08m2
輪胎半徑	0.27m
電機額定功率	55.854kw
電機大轉(zhuǎn)矩	130.5Nm
主減速比	3
一檔傳動比	2.252
二檔傳動比	1.305

選用某款永磁同步電機參數(shù)如表2.3
表2.3電機基本參數(shù)

項目	數(shù)值
大扭矩	150Nm
大功率	90kw
額定功率	45kw
額定轉(zhuǎn)速	3500r/min
高轉(zhuǎn)速	5000r/min

選用某型號磷酸鐵鋰動力蓄電池參數(shù)如表2.4
表2.4動力電池參數(shù)

項目	數(shù)值
標稱電壓	24V
額定容量	1h
放電截止電壓	16V
大充電電壓	29.2V
放電電流	20A

三、純電動汽車的性能仿真
（一）確立行駛工況模型
本文所研究的純電動汽車類型為城市通勤電動汽車，要適合城市工況，尤其在于市區(qū)中要頻繁進行加速、減速、停車等操作。所以選擇新歐洲循環(huán)工況作為測試工況。
（二）確立各個動力系統(tǒng)關(guān)鍵部分仿真模型
1、確立電動機模型

圖3.1電動機仿真模型
2、確立動力蓄電池模型

圖3.2動力蓄電池Simulink模型
（三）整車動力性計算模型
1、高車速仿真模型

圖3.3高車速仿真Simulink模型
2、加速時間仿真模型

圖3.4加速時間仿真Simulink模型
3、爬坡度仿真模型

圖3.5爬坡度仿真Simulink模型
（四）整車性能仿真分析
圖3.6車速與時間關(guān)系

圖3.7距離與時間關(guān)系

圖3.8大輸出轉(zhuǎn)矩與時間關(guān)系
可得仿真結(jié)果如下：
0-50km/h的加速時間為14.2s，大的車速為130km/h，在以10km/h車速爬坡時大的爬坡度為30%
（五）參數(shù)優(yōu)化
此次研究仿真結(jié)果滿足設計目標，但是根據(jù)實際情況可知，由于電動機和傳統(tǒng)內(nèi)燃機的工作特性不同，驅(qū)動電機在一定條件下允許短時間過載，過載時電機輸出更大的驅(qū)動力。
但是，如果過載時間太長，會導致電機和電池過熱，產(chǎn)生過多的能量損失，對驅(qū)動電機及其控制器和電池是不利的。因此，應盡量避免或減少驅(qū)動電機在過載工況下的工作時間。在對純電動汽車的動力性能進行仿真時，使用電機的額定功率作為電機輸出功率來估計整車的高車速這一動力性指標。用電機的峰值功率來估計整車加速時間以及大爬坡度。
要達到設計目標所需求高車速行駛，電機將長期處于過載狀態(tài)，此時從整車經(jīng)濟性角度考慮，長期過載將會影響電池續(xù)航能力以及電機壽命，整車經(jīng)濟性變差。
1、傳動比優(yōu)化
此次研究所確定的加速檔傳動比為ig=1.305，適當減小傳動比，使傳動比ig＜0.9。計算可得此時電機轉(zhuǎn)速n=3448r/min，選定電機的額定轉(zhuǎn)速為n=3500r/min，電機在額定轉(zhuǎn)速下也可達到設計目標高車速130km/h，此時電機無過載。
2、電機選型
此次研究所確定的電機大轉(zhuǎn)速為5000r/min，額定轉(zhuǎn)速為3500r/min，大功率為90kw，額定功率為45kw，大扭矩150N·m所選電機的額定功率低于計算得出的額定功率55kw，致使要達到設計目標，車輛驅(qū)動電機在汽車行駛過程中長期處于過載狀態(tài)，這顯然是不合理的。過量增大所選電機的功率會導致電機重量過大，且對現(xiàn)有的制造工藝提出了挑戰(zhàn)，從而影響整車經(jīng)濟性評價。
所以，適當增加電機功率，使電機額定功率滿足計算額定功率。
四、結(jié)論
本文以純電動汽車動力系統(tǒng)為研究對象，按照研究目標對純電動汽車工況以及動力性做出參數(shù)匹配。所采用的傳動系統(tǒng)布置方式，對電機、動力蓄電池等關(guān)鍵部件進行優(yōu)選，在對動力性指標進行分析后，得出以下關(guān)鍵動力參數(shù)。建立整車仿真模型以及動力性計算模型，利用仿真軟件ADVISOR2002對所匹配的動力參數(shù)進行了仿真，仿真結(jié)果符合設計目標。本文對純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配進行研究，為純電動汽車動力系統(tǒng)發(fā)展，提供了一些技術(shù)參考。

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