純電動汽車動力系統參數設計與匹配研究

葉斌+吳君+費鑫+沈偉杰

摘要：本文對純電動汽車的動力系統參數進行設計，應用動力分析軟件AVL Cruise進行仿真，對電動汽車爬坡性能、加速性能、最高車速性能等驗證，以實現動力系統各個部件參數的最佳匹配，充分發揮純電動汽車整體性能。

關鍵詞：純電動汽車 AVL Cruise 設計 匹配

中圖分類號： U463 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

1、引言

能源匱乏與環境污染問題是限制傳統內燃機汽車發展的兩大重要因素，也是21世紀全人類面臨的主要挑戰，而純電動汽車可以實現零排放，幫助人類更加合理的利用能源，所以各個國家都大力支持純電動汽車的發展。現在是純電動汽車發展的初期，在純電動汽車多年研究過程中已經解決了很多技術方面的問題，但是還是存在行駛里程短、動力不足、動力電池壽命短等致命缺點，其中整車動力方面，在動力電池和其他技術取得有效突破之前，研究動力系統的參數設計與匹配是提高純電動汽車性能的重要手段之一。

2、汽車基本參數選擇

在進行純電動汽車性能計算時首先應確定純電動汽車的基本參數，它主要包括整車的質量（整備質量）、車身與底盤（整車尺寸、車輪滾動半徑、風阻系數、滾動阻力系數等）的結構參數

車輛基本參數如下表1所示。

3.1 電機性能參數的選擇與匹配

純電動汽車電機具有一定的效率特性，即在一定的轉速和功率，對應一定的效率。由于純電動汽車的能量源是有限的，在選擇電機功率時，盡量使電機在實際運轉過程中，能夠經常處于高效率的范圍，以獲得較高的能量轉化效率。因此根據純電動汽車的最高車速，加速性能要求，車輛的爬坡性能要求選擇電機的額定功率、峰值功率、額定轉矩、最高轉矩、額定轉速、最高轉速等。即：

其中： 為最高車速時的功率， KW 為最大爬坡度時的功率， KW

為加速時間的功率， KW 為最高車速，km/h

為傳動系機械效率 為整車整備質量，kg

為滾動阻力系數 為空氣阻力系數

為迎風面積， 為汽車加速末速度，km/h

為最大爬坡度， 為汽車加速時間，s

為爬坡車速，km/h 為額定功率， KW

為電機最大轉速r/ min 為后橋速比

為車輪半徑，m 為最大轉矩，N.m

為比值系數 為變速箱傳動比

根據要求及上述公式計算，電機參數匹配結果為：額定功率為80KW， 峰值功率為160KW， 額定轉矩125 N.m、最高轉矩為290N.m、額定轉速4500 r/ min、最大轉速9000 r/ min。

3.2 蓄電池性能參數的選擇與匹配

電池組數目由汽車行駛過程中的最大輸出功率，以及蓄電池的續駛里程來確定，電池組容量由汽車行駛過程中的最大輸出功率和消耗的能量確定。即：其中： 為電機最大輸出功率 ，KW 電池最大輸出功率，KW

為電機工作效率 為電機控制器工作效率

為最大輸出功率確定的電池組數目 為續駛里程確定的電池組數目

為電動車續駛里程，km 為行駛1km所消耗的能量，KW

為單節電池額度容量，A.h 為電池組容量，A.h

為單節電池電壓 為電池組電壓，V

為電池組有效電容量系數 為蓄電池數目

根據要求及上述公式計算，匹配電動汽車蓄電池參數。

4、仿真模型建立

本文應用ALV Cruise軟件對純電動汽車的動力性能進行仿真。整車模型由電池模型、電機模型、變速器模型、差速器模型、車軸模型、制動器模型、駕駛員模型等組成。對每個模塊進行具體的參數設置，同時建立部件間的機械、電氣和信號連接，最后對滿載工況下純電動汽車的最高車速、百公里加速時間、爬坡度進行仿真，下圖為整車仿真模型。

5、仿真結果分析

從圖2、圖3得出仿真結果為：在車速15km/h范圍內，電動汽車能達到最大爬坡度為34%，同時最大速度為140km/h，加速到100km/h時間為11s，小于15 s，達到設計要求。仿真結果表明本文匹配的純電動汽車參數滿足最大車速、加速性和爬坡性等動力性能的要求，說明整車匹配方案合理。

6、結論

純電動汽車動力系統參數的正確匹配影響其性能。本文通過理論計算，對電動汽車電機和電池進行了匹配計算，同時應用動力仿真軟件ALV Cruise進行模擬仿真，結果表明：汽車的最高車速、最大爬坡度及加速時間滿足要求，說明利用此方法進行電動汽車動力系統的匹配計算是合理的，為他人研究電動汽車動力性能提供了一種有效方法和手段。

參考文獻

[1]辛克偉，周宗祥，盧國良.國內外電動汽車發展及其前景預測，2008.1.

[2]熊明潔，胡國強，閔建平. 純電動汽車動力系統參數選擇與匹配[J].汽車工程師，2011.5

[3] 周飛鯤.純電動汽車動力系統參數匹配及整車控制策略研究[D].長春：吉林大學，2011.

[4] 李禮夫，歐光宇. 基于電機能耗的純電動公交客車主減速比優化方法研究[J] .機械與電子，2014.4

[5] 尹紅彬，王越，尤迪.純電動汽車驅動系統設計及仿真分析[J].農業裝備與車輛工程，2014.6