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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是在滿足整車動力性能要求的基礎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，因此，對電動機的選擇及參數(shù)匹配是研究設計純電動汽車動力系統(tǒng)的關鍵之一。為了高性能地驅動電動汽車，驅動電機在性能上須達到一定的要求，通常要求驅動電機能夠頻繁起動停車、加速減速，轉矩控制的動態(tài)性能要求高；在低速或爬坡時，轉矩要高，而在高速行駛時，轉矩要低；其次，驅動電機
2、的的調速范圍要寬，既要工作在恒轉矩區(qū)，又要運行在恒功率區(qū)，同時在整個調速范圍內還得保持較高的運行效率。,1.1 驅動電機類型的選擇 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 中的感應電動機、永磁電機 、開關磁阻電動機 。,純電動汽車的電動機應有較高的轉矩慣量比，盡可能寬的高效率區(qū)和良好的轉矩轉速特性。在目前所用的電動機驅動系統(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。采用鼠籠式感應電動機結構簡單，運行可
3、靠，大量應用在電動汽車中，但功率密度和效率一般。開關磁阻電機結構更為簡單，效率、轉矩慣量比也較高，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、轉矩慣量比，在電動汽車中得到了較廣泛的應用。,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,假設車輛在平直路面上加速，根據(jù)車輛加速過程的動力學方程，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，質量估算：,1-7,即，新車質量原車整備質量發(fā)動機質量變速器質量發(fā)動機附件質量+電池質量+電機質量+乘員質量。估算電動機、電池和乘客等質量后，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），并假設車速 vi ，計算得到車輛最大爬坡度與電動機功率需求的關系曲線。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 電動機額定轉速及最高轉速的選擇 電動機的最高轉速對電動機成本、制造工藝和傳動系尺寸有很大的影響。轉速在 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 以上大功率驅動電機，很少在純電動客車上使用。因此應采用最高轉速不大于 6000r/min 的低速電機。,電動機最高轉速與額定轉速的比值也稱為電機擴大恒功率區(qū)系數(shù) ，隨 值的增大，電動機可在低轉速區(qū)獲得較
8、大的轉矩，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速應該在 15003000r/min 之間選取。,注意事項： 對經(jīng)常啟動、制動和反轉的生產(chǎn)機械，選擇額定轉速時則應主要考慮縮短啟、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速，應選擇較小的飛輪矩和額定轉速。從電動機制造角度講，同樣功率的電動機若額定轉速越高，其電磁轉矩外形尺寸就愈小，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、被拖動機械間的轉速相差過大時，所需裝設減速裝置的傳動級數(shù)就越多，這就會加大設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。在相同輸出功率條件下，電池組電壓高則電流小，對導線和開關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。考慮上述結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，同時也使驅動電機經(jīng)常保持在高效率的工作范圍內工作以減輕驅動電機和動力電池組的負荷，電動汽車在電動機和驅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,
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