纯电动汽车动力系统参数匹配研究
更新时间：2018-08-18 点击次数：4269
一、绪论
汽车保有量的爆炸式增长，使我国能源与环境面临着严峻挑战。各个国家及企业对新能源汽车的发展越来越重视。其中纯电动汽车相比较于其他类型新能源汽车，具有结构不复杂、*、噪声低等优点，且发展已具一定规模。其动力参数的合理匹配成为影响其动力性和经济性的主要问题。
二、纯电动汽车动力系统匹配设计
（一）动力系统参数匹配目标
目前纯电动汽车主要在城市中应用较多，本文以城市通勤电动汽车基本性能指标为目标，进行动力参数的匹配，以达到提升纯电动汽车性能的目的，探索动力参数技术关键，对动力系统参数进行进一步的优化，提升该车型动力性。某纯电动汽车的基本参数如表2.1：
表2.1整车相关参数
| 项目 | 数值 |
| 车辆整备质量： | 1080kg |
| 长x宽x高： | 3569mm×1551mm×1540mm |
| 前后轮胎规格： | 175/60R13 |
| 空气阻力系数： | 0.3 |
| 滚动阻力系数： | 0.015 |
（二）动力系统参数匹配任务参数匹配任务主要是对动力系统的一些部件进行参数计算并选型。本文选取永磁同步电机，参数主要包括：峰值功率、额定功率、高转速、峰值转矩等；选取磷酸铁锂电池作为动力蓄电池类型。纯电动汽车的动力来源电动机具有良好的调速特性，可以在保持恒转矩过程中拥有较大的转速调整范围，考虑成本因素以及控制方式的简易程度，此次研究使用固定速比的二档传动装置。在对比差速半轴设计以及电动轮设计方案后，此次研究将采用传统差速半轴设计来进行纯电动汽车的传动系统布置方式。（三）确定各动力系统部件参数计算及其选型经过计算后该车相关参数如表2.2表2.2动力系统部件参数
| 项目 | 数值 |
| 迎风面积 | 2.08m2 |
| 轮胎半径 | 0.27m |
| 电机额定功率 | 55.854kw |
| 电机大转矩 | 130.5Nm |
| 主减速比 | 3 |
| 一档传动比 | 2.252 |
| 二档传动比 | 1.305 |
选用某款永磁同步电机参数如表2.3表2.3电机基本参数
| 项目 | 数值 |
| 大扭矩 | 150Nm |
| 大功率 | 90kw |
| 额定功率 | 45kw |
| 额定转速 | 3500r/min |
| 高转速 | 5000r/min |
选用某型号磷酸铁锂动力蓄电池参数如表2.4表2.4动力电池参数
| 项目 | 数值 |
| 标称电压 | 24V |
| 额定容量 | 1h |
| 放电截止电压 | 16V |
| 大充电电压 | 29.2V |
| 放电电流 | 20A |
三、纯电动汽车的性能仿真（一）确立行驶工况模型本文所研究的纯电动汽车类型为城市通勤电动汽车，要适合城市工况，尤其在于市区中要频繁进行加速、减速、停车等操作。所以选择新欧洲循环工况作为测试工况。（二）确立各个动力系统关键部分仿真模型1、确立电动机模型
图3.1电动机仿真模型2、确立动力蓄电池模型
图3.2动力蓄电池Simulink模型（三）整车动力性计算模型1、高车速仿真模型
图3.3高车速仿真Simulink模型2、加速时间仿真模型
图3.4加速时间仿真Simulink模型3、爬坡度仿真模型
图3.5爬坡度仿真Simulink模型（四）整车性能仿真分析图3.6车速与时间关系
图3.7距离与时间关系
图3.8大输出转矩与时间关系可得仿真结果如下：0-50km/h的加速时间为14.2s，大的车速为130km/h，在以10km/h车速爬坡时大的爬坡度为30%（五）参数优化此次研究仿真结果满足设计目标，但是根据实际情况可知，由于电动机和传统内燃机的工作特性不同，驱动电机在一定条件下允许短时间过载，过载时电机输出更大的驱动力。但是，如果过载时间太长，会导致电机和电池过热，产生过多的能量损失，对驱动电机及其控制器和电池是不利的。因此，应尽量避免或减少驱动电机在过载工况下的工作时间。在对纯电动汽车的动力性能进行仿真时，使用电机的额定功率作为电机输出功率来估计整车的高车速这一动力性指标。用电机的峰值功率来估计整车加速时间以及大爬坡度。要达到设计目标所需求高车速行驶，电机将长期处于过载状态，此时从整车经济性角度考虑，长期过载将会影响电池续航能力以及电机寿命，整车经济性变差。1、传动比优化此次研究所确定的加速档传动比为ig=1.305，适当减小传动比，使传动比ig＜0.9。计算可得此时电机转速n=3448r/min，选定电机的额定转速为n=3500r/min，电机在额定转速下也可达到设计目标高车速130km/h，此时电机无过载。2、电机选型此次研究所确定的电机大转速为5000r/min，额定转速为3500r/min，大功率为90kw，额定功率为45kw，大扭矩150N·m所选电机的额定功率低于计算得出的额定功率55kw，致使要达到设计目标，车辆驱动电机在汽车行驶过程中长期处于过载状态，这显然是不合理的。过量增大所选电机的功率会导致电机重量过大，且对现有的制造工艺提出了挑战，从而影响整车经济性评价。所以，适当增加电机功率，使电机额定功率满足计算额定功率。四、结论本文以纯电动汽车动力系统为研究对象，按照研究目标对纯电动汽车工况以及动力性做出参数匹配。所采用的传动系统布置方式，对电机、动力蓄电池等关键部件进行优选，在对动力性指标进行分析后，得出以下关键动力参数。建立整车仿真模型以及动力性计算模型，利用仿真软件ADVISOR2002对所匹配的动力参数进行了仿真，仿真结果符合设计目标。本文对纯电动汽车动力系统参数匹配进行研究，为纯电动汽车动力系统发展，提供了一些技术参考。
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