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純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究

更新時(shí)間：2018-08-18 點(diǎn)擊次數(shù)：5240

一、緒論
汽車(chē)保有量的爆炸式增長(zhǎng)，使我國(guó)能源與環(huán)境面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。各個(gè)國(guó)家及企業(yè)對(duì)新能源汽車(chē)的發(fā)展越來(lái)越重視。其中純電動(dòng)汽車(chē)相比較于其他類型新能源汽車(chē)，具有結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、*、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，且發(fā)展已具一定規(guī)模。其動(dòng)力參數(shù)的合理匹配成為影響其動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的主要問(wèn)題。
二、純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)
（一）動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配目標(biāo)
目前純電動(dòng)汽車(chē)主要在城市中應(yīng)用較多，本文以城市通勤電動(dòng)汽車(chē)基本性能指標(biāo)為目標(biāo)，進(jìn)行動(dòng)力參數(shù)的匹配，以達(dá)到提升純電動(dòng)汽車(chē)性能的目的，探索動(dòng)力參數(shù)技術(shù)關(guān)鍵，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，提升該車(chē)型動(dòng)力性。某純電動(dòng)汽車(chē)的基本參數(shù)如表2.1：
表2.1整車(chē)相關(guān)參數(shù)

項(xiàng)目	數(shù)值
車(chē)輛整備質(zhì)量：	1080kg
長(zhǎng)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(dòng)阻力系數(shù)：	0.015

（二）動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配任務(wù)
參數(shù)匹配任務(wù)主要是對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的一些部件進(jìn)行參數(shù)計(jì)算并選型。本文選取永磁同步電機(jī)，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(dòng)力蓄電池類型。純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，可以在保持恒轉(zhuǎn)矩過(guò)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(jiǎn)易程度，此次研究使用固定速比的二檔傳動(dòng)裝置。在對(duì)比差速半軸設(shè)計(jì)以及電動(dòng)輪設(shè)計(jì)方案后，此次研究將采用傳統(tǒng)差速半軸設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行純電動(dòng)汽車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)布置方式。
（三）確定各動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)計(jì)算及其選型
經(jīng)過(guò)計(jì)算后該車(chē)相關(guān)參數(shù)如表2.2
表2.2動(dòng)力系統(tǒng)部件參數(shù)

項(xiàng)目	數(shù)值
迎風(fēng)面積	2.08m2
輪胎半徑	0.27m
電機(jī)額定功率	55.854kw
電機(jī)大轉(zhuǎn)矩	130.5Nm
主減速比	3
一檔傳動(dòng)比	2.252
二檔傳動(dòng)比	1.305

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

項(xiàng)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(hào)磷酸鐵鋰動(dòng)力蓄電池參數(shù)如表2.4
表2.4動(dòng)力電池參數(shù)

項(xiàng)目	數(shù)值
標(biāo)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(dòng)汽車(chē)的性能仿真
（一）確立行駛工況模型
本文所研究的純電動(dòng)汽車(chē)類型為城市通勤電動(dòng)汽車(chē)，要適合城市工況，尤其在于市區(qū)中要頻繁進(jìn)行加速、減速、停車(chē)等操作。所以選擇新歐洲循環(huán)工況作為測(cè)試工況。
（二）確立各個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部分仿真模型
1、確立電動(dòng)機(jī)模型

圖3.1電動(dòng)機(jī)仿真模型
2、確立動(dòng)力蓄電池模型

圖3.2動(dòng)力蓄電池Simulink模型
（三）整車(chē)動(dòng)力性計(jì)算模型
1、高車(chē)速仿真模型

圖3.3高車(chē)速仿真Simulink模型
2、加速時(shí)間仿真模型

圖3.4加速時(shí)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(chē)性能仿真分析
圖3.6車(chē)速與時(shí)間關(guān)系

圖3.7距離與時(shí)間關(guān)系

圖3.8大輸出轉(zhuǎn)矩與時(shí)間關(guān)系
可得仿真結(jié)果如下：
0-50km/h的加速時(shí)間為14.2s，大的車(chē)速為130km/h，在以10km/h車(chē)速爬坡時(shí)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(shè)計(jì)目標(biāo)，但是根據(jù)實(shí)際情況可知，由于電動(dòng)機(jī)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的工作特性不同，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在一定條件下允許短時(shí)間過(guò)載，過(guò)載時(shí)電機(jī)輸出更大的驅(qū)動(dòng)力。
但是，如果過(guò)載時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)和電池過(guò)熱，產(chǎn)生過(guò)多的能量損失，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器和電池是不利的。因此，應(yīng)盡量避免或減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)在過(guò)載工況下的工作時(shí)間。在對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能進(jìn)行仿真時(shí)，使用電機(jī)的額定功率作為電機(jī)輸出功率來(lái)估計(jì)整車(chē)的高車(chē)速這一動(dòng)力性指標(biāo)。用電機(jī)的峰值功率來(lái)估計(jì)整車(chē)加速時(shí)間以及大爬坡度。
要達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)所需求高車(chē)速行駛，電機(jī)將長(zhǎng)期處于過(guò)載狀態(tài)，此時(shí)從整車(chē)經(jīng)濟(jì)性角度考慮，長(zhǎng)期過(guò)載將會(huì)影響電池續(xù)航能力以及電機(jī)壽命，整車(chē)經(jīng)濟(jì)性變差。
1、傳動(dòng)比優(yōu)化
此次研究所確定的加速檔傳動(dòng)比為ig=1.305，適當(dāng)減小傳動(dòng)比，使傳動(dòng)比ig＜0.9。計(jì)算可得此時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速n=3448r/min，選定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為n=3500r/min，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下也可達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)高車(chē)速130km/h，此時(shí)電機(jī)無(wú)過(guò)載。
2、電機(jī)選型
此次研究所確定的電機(jī)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(jī)的額定功率低于計(jì)算得出的額定功率55kw，致使要達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電機(jī)在汽車(chē)行駛過(guò)程中長(zhǎng)期處于過(guò)載狀態(tài)，這顯然是不合理的。過(guò)量增大所選電機(jī)的功率會(huì)導(dǎo)致電機(jī)重量過(guò)大，且對(duì)現(xiàn)有的制造工藝提出了挑戰(zhàn)，從而影響整車(chē)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。
所以，適當(dāng)增加電機(jī)功率，使電機(jī)額定功率滿足計(jì)算額定功率。
四、結(jié)論
本文以純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)為研究對(duì)象，按照研究目標(biāo)對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)工況以及動(dòng)力性做出參數(shù)匹配。所采用的傳動(dòng)系統(tǒng)布置方式，對(duì)電機(jī)、動(dòng)力蓄電池等關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)選，在對(duì)動(dòng)力性指標(biāo)進(jìn)行分析后，得出以下關(guān)鍵動(dòng)力參數(shù)。建立整車(chē)仿真模型以及動(dòng)力性計(jì)算模型，利用仿真軟件ADVISOR2002對(duì)所匹配的動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配進(jìn)行研究，為純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展，提供了一些技術(shù)參考。