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純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究
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(yán)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(fù)雜、*、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，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(jì)性的主要問題。
二、純電動汽車動力系統(tǒng)匹配設(shè)計
（一）動力系統(tǒng)參數(shù)匹配目標(biāo)
目前純電動汽車主要在城市中應(yīng)用較多，本文以城市通勤電動汽車基本性能指標(biāo)為目標(biāo)，進(jìn)行動力參數(shù)的匹配，以達(dá)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(jìn)行進(jìn)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(xiàng)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 |
參數(shù)匹配任務(wù)主要是對動力系統(tǒng)的一些部件進(jìn)行參數(shù)計算并選型。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力蓄電池類型。純電動汽車的動力來源電動機(jī)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(shè)計以及電動輪設(shè)計方案后，此次研究將采用傳統(tǒng)差速半軸設(shè)計來進(jìn)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(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 |
| 一檔傳動比 | 2.252 |
| 二檔傳動比 | 1.305 |
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 |
表2.4動力電池參數(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 |
（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(jìn)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(jī)模型
圖3.1電動機(jī)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(shè)計目標(biāo)，但是根據(jù)實(shí)際情況可知，由于電動機(jī)和傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的工作特性不同，驅(qū)動電機(jī)在一定條件下允許短時間過載，過載時電機(jī)輸出更大的驅(qū)動力。
但是，如果過載時間太長，會導(dǎo)致電機(jī)和電池過熱，產(chǎn)生過多的能量損失，對驅(qū)動電機(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)動電機(jī)在過載工況下的工作時間。在對純電動汽車的動力性能進(jìn)行仿真時，使用電機(jī)的額定功率作為電機(jī)輸出功率來估計整車的高車速這一動力性指標(biāo)。用電機(jī)的峰值功率來估計整車加速時間以及大爬坡度。
要達(dá)到設(shè)計目標(biāo)所需求高車速行駛，電機(jī)將長期處于過載狀態(tài)，此時從整車經(jīng)濟(jì)性角度考慮，長期過載將會影響電池續(xù)航能力以及電機(jī)壽命，整車經(jīng)濟(jì)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(dāng)減小傳動比，使傳動比ig＜0.9。計算可得此時電機(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)計目標(biāo)高車速130km/h，此時電機(jī)無過載。
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)的額定功率低于計算得出的額定功率55kw，致使要達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，車輛驅(qū)動電機(jī)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(jī)的功率會導(dǎo)致電機(jī)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(jì)性評價。
所以，適當(dāng)增加電機(jī)功率，使電機(jī)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(biāo)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(jī)、動力蓄電池等關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)選，在對動力性指標(biāo)進(jìn)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(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果符合設(shè)計目標(biāo)。本文對純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配進(jìn)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。