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1、純電動 汽車仿真,ADVISOR,純電動汽車車動力系參數(shù)匹配,電動汽車的動力系統(tǒng)主要包括電動機、動力電池、傳動系和控制系統(tǒng)四部分。電動汽車動力匹配的任務(wù)是在滿足整車動力性能要求的基礎(chǔ)上合理選擇動力總成中各部件參數(shù)，降低改裝成本和提高續(xù)駛里程 。,1、電動機的參數(shù)匹配,電動機是純電動汽車的唯一動力源，其性能與電動汽車整車性能密切相關(guān)，因此，對電動機的選擇及參數(shù)匹配是研究設(shè)計純電動汽車動力系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。為了高性能地驅(qū)動電動汽車，驅(qū)動電機在性能上須達到一定的要求，通常要求驅(qū)動電機能夠頻繁起動停車、加速減速，轉(zhuǎn)矩控制的動態(tài)性能要求高；在低速或爬坡時，轉(zhuǎn)矩要高，而在高速行駛時，轉(zhuǎn)矩要低；其次，驅(qū)動電機

2、的的調(diào)速范圍要寬，既要工作在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，又要運行在恒功率區(qū)，同時在整個調(diào)速范圍內(nèi)還得保持較高的運行效率。,1.1 驅(qū)動電機類型的選擇 適用于電動汽車的電動機可分為兩大類，即有換向器電動機和無換向器電動機。前者表示它們通常有換向器組件，而后者則無換向器組件。 主要有以下幾種電機類型；有換向器的直流電動機 ；無換向器直流電動機 中的感應(yīng)電動機、永磁電機 、開關(guān)磁阻電動機 。,純電動汽車的電動機應(yīng)有較高的轉(zhuǎn)矩慣量比，盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性。在目前所用的電動機驅(qū)動系統(tǒng)中，直流電機雖然具有良好的控制特性，但由于其自身固有的缺陷，在電動汽車中用的越來越少。采用鼠籠式感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)簡單，運行可

3、靠，大量應(yīng)用在電動汽車中，但功率密度和效率一般。開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)更為簡單，效率、轉(zhuǎn)矩慣量比也較高，但由于力矩波動及噪聲過大，在電動汽車上用得還不普遍。永磁無刷電動機系統(tǒng)具有最高的效率、轉(zhuǎn)矩慣量比，在電動汽車中得到了較廣泛的應(yīng)用。,1.2 電動機峰值功率及額定功率的匹配,1.電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配的基本原則 電動機的功率直接影響整車的動力性。電動機功率越大，電動汽車的后備功率也越大，加速性和最大爬坡度越好，同時也會增加電動機的體積和質(zhì)量，正常行駛時電動機不能在高效率區(qū)附近工作，降低了車輛的續(xù)駛里程。因此，設(shè)計時通常依照電動汽車的最高車速vmax (km/h)、初速度v0、末速度v，加速時間丁(

4、秒)和最大爬坡度lmax (%)來確定電動機的功率。 首先，根據(jù)最高車速vmax (km/h)確定的最大功率為； 式中為 傳動系總效率，f為滾動阻力系數(shù)， 為空氣阻力系數(shù)，A為迎風(fēng)面積（ ）,其次，根據(jù)最大爬坡度確定最大功率：,式中最大爬坡角,最后，根據(jù)加速性能來確定最大功率： 汽車起步加速過程可根據(jù)經(jīng)驗公式表示為： 式中x為擬合系數(shù)，一般取0.5左右； Vm 和Tm分別為車輛的加速時間（S） 和車輛的末速度(km/h) 。,1-2,1-3,假設(shè)車輛在平直路面上加速，根據(jù)車輛加速過程的動力學(xué)方程，其瞬態(tài)過程總功率為： = 1- 4 其中Pall為加速過程總功率（kw）由加速功率Pj、滾動阻尼功

5、率Pf與空氣阻力功率Pw組成；dt為設(shè)計過程的迭代步長，單位秒，為滿足計算精度要求，步長通常取為0.1秒。 車輛在加速過程的末時刻，點擊輸出最大功率，因此，加速過程最大功率要求Pall-max為：,1-5,Pall-max=Pmax3=,根據(jù)上述由動力性三項指標計算各自最大功率，動力源總功率P必須滿足上述所有的設(shè)計要求，即：,1-6,將整車參數(shù)代入上述公式并按照整車動力性要求，計算得到電動機的峰值功率，計算過程如下： 整車通過改型為電動客車后，質(zhì)量估算：,1-7,即，新車質(zhì)量原車整備質(zhì)量發(fā)動機質(zhì)量變速器質(zhì)量發(fā)動機附件質(zhì)量+電池質(zhì)量+電機質(zhì)量+乘員質(zhì)量。估算電動機、電池和乘客等質(zhì)量后，計算得到

6、veh_mass。,首先將不同的車速值代入式（1-1），得到最高車速與電動機最大功率需求的關(guān)系曲線。再根據(jù)性能指標最高車速，進而得到 Pmax1。 其次將不同的坡度值代入式（1-2），并假設(shè)車速 vi ，計算得到車輛最大爬坡度與電動機功率需求的關(guān)系曲線。再根據(jù)最大爬坡度要求、車速，最終得到Pmax2 。 最后將不同的加速時間與加速末速度代入式（1-5），計算得到車輛加速性能與電動機功率需求的三維關(guān)系曲線。 考慮一定的電動機后備功率（約 20%），計算得 Pmax3 。,綜合考慮上述動力性指標（最高車速、最大爬坡度和加速性）要求，根據(jù)式（1-6）確定電動機峰值功率為,電動機的額定功率可根據(jù)峰值功

7、率由下式求出：,（1-8 ）,式中 Pm ax電機峰值功率； P額 電機額定功率；電機過載系數(shù)。 （電動機過載系數(shù)一般取為 23 ）,1.3 電動機額定轉(zhuǎn)速及最高轉(zhuǎn)速的選擇 電動機的最高轉(zhuǎn)速對電動機成本、制造工藝和傳動系尺寸有很大的影響。轉(zhuǎn)速在 6000r/min 以上的為高速電機，以下為普通電機。前者成本高、制造工藝復(fù)雜而且對配套使用的軸承、齒輪等有特殊要求，一般適用于電動轎車或 100kw 以上大功率驅(qū)動電機，很少在純電動客車上使用。因此應(yīng)采用最高轉(zhuǎn)速不大于 6000r/min 的低速電機。,電動機最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值也稱為電機擴大恒功率區(qū)系數(shù) ，隨 值的增大，電動機可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得較

8、大的轉(zhuǎn)矩，有利于提高車輛的加速和爬坡性能。但 值的過多增加會導(dǎo)致電動機工作電流的增大，增大了逆變器的功率損耗和尺寸。因此 值一般取 24，計算出電動機額定轉(zhuǎn)速應(yīng)該在 15003000r/min 之間選取。,注意事項： 對經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械，選擇額定轉(zhuǎn)速時則應(yīng)主要考慮縮短啟、制動時間以提高生產(chǎn)率。啟、制動時間的長、短主要取決于電動機的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速，應(yīng)選擇較小的飛輪矩和額定轉(zhuǎn)速。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉(zhuǎn)速越高，其電磁轉(zhuǎn)矩外形尺寸就愈小，成本就愈低且重量亦輕，并且高速電機的功率因數(shù)及效率比低速電機都高。若能選擇轉(zhuǎn)速愈高的電動機，則經(jīng)濟性愈好，但若由此而引起電動機與

9、被拖動機械間的轉(zhuǎn)速相差過大時，所需裝設(shè)減速裝置的傳動級數(shù)就越多，這就會加大設(shè)備成本及傳動的能量損耗。,1.4 電動機額定電壓的選擇 電動機額定電壓的選擇與電動汽車動力電池組電壓密切相關(guān)。在相同輸出功率條件下，電池組電壓高則電流小，對導(dǎo)線和開關(guān)等電器元件要求較低，但較高的電壓需要數(shù)量較多的單體電池串聯(lián)，引起成本及整車質(zhì)量的增加和動力性的下降并且難于布置。 電動機額定電壓一般由所選取的電動機的參數(shù)決定，并與電動機額定功率成正比，電動機的額定電壓越高電動機的額定功率越大?？紤]上述結(jié)果確定電動機的額定電壓范圍為 300350V。,由于電動汽車在行駛過程中所遇到的阻力隨車速的變化而變化，變化范圍很寬，單靠電動機的力矩變化無法滿足電動汽車的行駛性能要求。為了滿足電動汽車的行駛性能，同時也使驅(qū)動電機經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內(nèi)工作以減輕驅(qū)動電機和動力電池組的負荷，電動汽車在電動機和驅(qū)動輪之間需要安裝減速器和變速器。,2 傳動系的參數(shù)匹配,