纯电动汽车动力匹配及计算仿真

第30卷第2期

计算机仿真

2013年2月

文章编号：1006－9348（2013）02－0135－05

纯电动汽车动力匹配及计算仿真

周

胜，周云山

（湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082）

摘要：研究电动汽车电力系统优化控制问题，在给出的某款纯电动汽车的整车参数及设计要求下，通过驱动电机及动力电池的匹配满足动力性能要求。根据匹配的动力系统传统编程得出的功率平衡出现动力中断，上述情况是不被允许的。解决方案有换电机和设计传动比两种。根据实际情况在所选电机参数不变的情况下重新对二档变速箱的传动比进行设计，传动比根据动力性能要求建立约束关系式，最终必须同时满足纯电动汽车最高速度，最大爬坡度，加速时间及工况续驶里程的要求并保证不再出现动力中断。利用MATLAB进行动力性计算并在ADVISOR里面进行动力性验算，仿真结果表明，所选电机电池及二档变速器的匹配满足设计要求。

关键词：纯电动汽车；动力匹配；功率平衡图；动力中断；传动比设计中图分类号：TB24

文献标识码：B

PowerMatchingandCalculationSimulation

ofPureElectricVehicle

ZHOUSheng，ZHOUYun－shan

（TheStateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufacturingforVehicleBody，

HunanUniversity，ChangshaHunan410082，China）

ABSTRACT：Basedonthevehicleparametersanddesignrequirementsofapureelectricvehicle，drivemotorandpowerbatteryarematched．Thepowerpowerinterruptionsappearinginpowerequilibriumprogrammedaccordingtoasuitablepowermatchingarenotallowed．SotwosolutionswereproposedTheparametersofthemotorortheparame-tersofthegearboxshouldbechanged．Whenitcomestotheactualconditions，Thetransmissionratioofthetwo－speedgearboxwaschoseninthecaseofkeepingthemotorparametersunchanged，thetransmissionratiowascondi-tionedbytherequirementsofdynamics，tomeettherequirementsofmaximumspeed，maximumgradeability，acceler-ationtimeandtripdrivingrangeconditionandtoensurethereisnointerruption．MATLABwasusedtocalculatethedynamicsandADVISORtocheckthedynamicsandcarruedoutthetripdrivingrangesimulation．Thecalculationre-sultsindicatethatthematchingamongthemotor，thebatteryaswellasthetwo－speedgearboxmeetsthedesignre-quirements．

KEYWORDS：Pureelectricvehicle（PEV）；Powermatching；Powerbalancediagram；Powerinterruption；Trans-missionratiodesign

间的匹配，以达到满足电动汽车动力性的要求。电动车辆的驱动电机属于特种电机，要使电动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有较宽的调速范围及较高的转速，足够大的启动扭矩，体积小、质量轻、效率高、动态制动能量回馈的性能。本项目选用直流无刷电机驱动，因为直流无刷电机具有调速过载能力强，转矩动态性能高，能量利用率高且成本范围广，

相对较低的优点。目前，电动汽车上主要使用的蓄电池有铅酸电池﹑镍镉电池﹑金属氢化物电池、钠硫电池和锂离子电

收稿日期：2012－05－16

1引言

纯电动汽车（PEV）是由蓄电池供电，用电机驱动车轮行

驶，零排放，动力性、经济性、安全性、可靠性等符合道路交通续驶里程能满足一般运行要求，同时具有低安全法规要求，

易维修、可利用低谷电能等优点的车辆。本文依托具噪声、

体项目中电动汽车的设计与匹配，主要分析电机与变速器之

池等，考虑到实际需要及使用成本，动力电池采用铅酸电池。

—135—

由于电机具有低速恒扭矩，高速恒功率的特性，所以一般与电机匹配的变速器档位数不超过三档。本文中变速器采用二档变速器，因为倒档可用电机反转实现，故变速器无需再设置倒档，驱动方式为前轮驱动，电机与变速器之间采用花键连接

［1，2］

。2电动汽车组成及主要参数

电动汽车的组成如图1所示：驱动控制系统主要由电机

和电机控制器组成，电机和动力电池之间的能量流动通过控制器调节，

电机与车轮通过机械传动装置连接

。图1纯电动汽车组成示意图表1纯电动汽车整车的主要参数

参数数值

长×宽×高（mm）

4550×1705×1495

轴距（mm）2605前（后）轮距（mm）1470/1460车辆整备质量（kg）1150车辆设计总重（N）

14210风阻系数0.33迎风面积（m*m）2.16车轮半径（mm）307.5机械系统总传动效率0.92旋转质量转换系数1.1

空气阻力系数0.0096+1.525×10－5·ua

主减速比4.176一（二）档传动比

3.765/1.531'

表2

设计要求

参数数值最高车速（km/h）80市区常规车速（km/h）

35左右加速时间t0－80km/h＜=25s最大爬坡度imax以15km/h等速＞=20%

工况续航里程L

＞=100km

—136—

3

动力系统参数匹配

3．1

电动汽车驱动电机的选配

纯电动汽车的驱动电机应该具有如下特点：能频繁的启

动、停车、加减速，对转矩控制的动态要求比较高，低速行驶和爬坡时要求高转矩，高速行驶时要求低转矩。驱动电机的主要计算参数有：最大转矩，额定功率，最大功率，最大转速。

纯电动汽车行驶的方程式为：

Ttqigii0ηTr=Gfcosα+CDA2du

21．15ua+Gsinα+δmdt（1）其中：Ttq为电机转矩，ηT为机械系统总传动效率，igi与i0分别为变速箱速比与主减速比，CD与A分别为风阻系数与迎风面积，δ为旋转质量转换系数［3］

。

3．1.1

驱动电机的转矩

最大转矩应该满足电动汽车在低速档所设计的最大爬坡度，根据式（1）可知：

Tmaxig1i0ηTr≥mgfcosαmgsinαCDAm+m+

21．15u2

i

（2）

其中：αm为设计的最大爬坡度，ui为爬坡时的速度，取为

15km/h，f为空气阻力系数。计算得：Tmax≥76.45N·m．3．1.2

驱动电机的功率

将汽车行驶方程式两边乘以行驶车速，并经单位换算后得出汽车功率平衡方程式如下：

P1mgfcosαCDA3δmuadue≥

η(3600mgsinα

a+3600ua+76140ua+

T12960dt

)

（3）

其中：Pe为额定功率，额定功率必须要满足汽车以最高稳定车速行驶，根据式（3）有：

Pe≥

1mgfCDAηu+u

3

（4）

T(3600max76140max

)

其中：umax为汽车设计最高速度。求得：Pe≥8.92kW．

驱动电机的最大功率应满足汽车的最大爬坡度，根据式（3）有：

P1amCDA3em≥

mgsinη（mgfcosam

3600ui+3600ui+76140ui）

（5）

T

其中：Pem为电机最大功率，求得：Pem≥16.28kW．3．1.3驱动电机的转速

驱动电机的最大转速应该对应着汽车行驶的最大速

度，有：

ni0ig2umax

p≥

0．377r

（6）

其中np为最大转速，umax为设计的最大行驶速度，求得：np≥4412rad/s［4］．3．1.4

电机参数

根据以上计算结果，选择永磁直流无刷电机，具体参数如表3所示。

表3

电机参数

参数数值额定电压（V）312额定转速（rad/s）3000额定转矩（N·m）35额定功率（kW）11最大转速（rad/s）6000最大转矩（N …… 此处隐藏：6083字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……