電動汽車動力性能參數匹配設計

王旭彤，于士軍

（1.德州學院 生命科學學院，山東 德州 253023；2.德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

電動汽車動力性能參數匹配設計

王旭彤1，于士軍2

（1.德州學院 生命科學學院，山東 德州 253023；2.德州學院 汽車工程學院，山東 德州 253023）

以零排放、噪聲低、環保等優點而得到大力推廣的電動汽車為研究對象，對其動力傳動系統的參數進行分析研究，根據對電動汽車加速、爬坡等動力性能要求，以及整車參數和經濟性等要求，對電動汽車傳動參數的進行了選擇、匹配，通過對其進行仿真和實驗，對參數進行了優化，使其參數匹配均能滿足初始設計要求，驗證了匹配和優化的可行性。

電動汽車；傳動系統；參數匹配

汽車的使用為人們在出行帶來了極大地便利，但同時隨著汽車保有量的不斷累積，能源的消耗、環境污染等問題也隨之而來。電動汽車的出現在很大程度上可以有效減少石油資源的消耗，同時其零排放的特點也減少了對大氣的污染。所以發展電動汽車日漸受到各國汽車業界的青睞和重視。但是電動汽車續航里程較短制約了電動汽車的推廣。通過對動力系統的參數進行合理的選擇、匹配，并進行仿真和實驗，對各項參數進行優化，有效提升電動汽車的整體性能。

1 電動汽車車型參數及動力性要求

動力傳動系統是電動汽車的動力源，其性能決定了電動汽車的綜合性能。合理的動力系統參數匹配對于電動汽車的動力性能具有至關重要的作用，同時可以極大地縮短汽車的開發周期，降低研發成本，汽車質量可以獲得很好地保證。

對于電動汽車來說，其動力性能的評價指標包括：汽車的最高車速、最大爬坡度和加速性能。整車參數及對動力性的要求如表1所示。

表1 整車參數及動力性要求

2 動力傳動系統參數匹配

2.1 電機傳動參數匹配

電機是電動汽車動力系統動力裝置，其性能將對電動汽車的動力性有直接影響。電動機所選擇的功率越大，汽車的動力性就越好，但電機的體積和質量也將變大，效率也不高。要求在電動汽車的起步、加速、爬坡等不同工況行駛時，提供合理的性能參數。因此需要確定的參數主要有額定功率、峰值功率。其峰值功率對汽車的動力性能有較大影響，而電機額定功率決定了能否滿足長時間的連續高效工作。

（1）電機額定功率的確定。所選電機額定功率由最高車速確定。

其中，m為整車總質量，kg；g為重力加速度，m/s-1；f為滾動阻力系數，用功率平衡法測得滾動阻力系數為0.015；CD為空氣阻力系數，取0.33；A為迎風面積，取1.8m2；umax為最高車速，取100km/h，ηT為傳動系統效率，一般可取0.85。

（2）電機峰值功率的確定。整車的爬坡工況下的工作性能決定了電機峰值功率Pmax的選擇。電機峰值對汽車的動力性能有直接影響。峰值功率由下面公式確定：

αm為爬坡度，取0.25；ua為爬坡時車速，取30km/h。

2.2 電池組的確定

電動汽車電池可以分為兩大類，蓄電池和燃料電池。對于純電動汽車來說，蓄電池比較適合，種類包括鉛酸蓄電池、鎳基電池、鈉硫電池、鋰電池、空氣電池。燃料電池是專用于燃料電池電動汽車的一種電池，包括堿性燃料電池、磷酸燃料電池、固體氧化物燃料電池等。鋰電池所具有的比能量高、比功率高等優點，非常適合用在純電動汽車上，所以選擇鋰電池作為電動汽車的能源裝置。

（1）電池組總電壓的計算。采用如下公式進行計算：

式中：U為蓄電池電壓；Ue是電機額定電壓，選擇常州匯恩機電科技有限公司15kW電機，額定電壓為110V；Pmax是電機峰值功率；R是蓄電池內阻，一般取0.2Ω。一般單組電池電壓有12V、24V、48V等，所以總電壓可選為120V。

（2）電池組容量。電機最大功率來確定的電池組數目n1為：

其中，Pmax為電機峰值功率，P為單個電池輸出功率，ηe為電機及控制器效率。

根據續駛里程匹配出的電池組數目n2為：

其中，W為電動汽車每行駛一公里所消耗的能量，L為電動汽車的續駛里程，Ub為單體電池的電壓，Cb為單體電池的容量，ηe為電機及控制器效率。

表2 電池參數

2.3 傳動比的確定

電動汽車傳動系統傳動比的上限由最大轉速和最高行駛速度決定，最高車速行駛時，用最小傳動比擋位工作，以最大爬坡度行駛時，用最大傳動比擋位工作。因此，傳動比參數的選擇要滿足電動汽車的最高車速和最大爬坡度。

傳動系統傳動比的上限為：

其中，nmax是最高轉速，r/min；Umax是最高速度，km/h；r是車輪滾動半徑，m。

傳動系統傳動比的下限為：

其中，Tmax是電機輸出最大轉矩，N/m。

主減速器取3.63。

電動汽車傳動系統匹配參數如表3所示。

表3 電動汽車傳動系統匹配參數

3 仿真分析

依據之前確定的各項參數，利用ADVISOR軟件搭建仿真模型，并選擇在ECE工況下進行仿真，仿真結果如圖1、圖2所示。

圖2 SOC與時間的關系曲線

從以上仿真結果可以看出，最高車速達到了110km/h，0～50km/h加速時間為9s，在30km/h的速度下最大爬坡度為23%。仿真結果表明，匹配出的傳動系統各項參數符合電動汽車的動力性及經濟性要求。

4 結語

根據汽車動力性和經濟性的要求，對電機、電池組及傳動比等參數進行了匹配，利用ADVISOR軟件建立了整車模型并進行了仿真，仿真結果表明，匹配參數符合要求。

M atching Design of Dynam ic Performance Param eters for Electric Vehicles

WANG Xu-tong1，YU Shi-jun2
（1.College of Life Sciences，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China；2.College of Automotive Engineering，Dezhou University，Dezhou，Shandong 253023，China）

In this paper，the electric vehicle of the powertrain system with the advantages of zero emission low noise and environmental protection is taken as research subject,whose powertrain parameter is studied.According to the dynamic performance requirements of electric vehicle acceleration and climbing，parameters and economy，the parameters of the electric vehicle are selected and matched.The parameters are optimized and the parameters are matched to meet the initial design requirements.The matching and optimization feasibility of the parameters are verified.

electric vehicle；transmission system；parameter matching

U469.72

A

2095-980X（2017）06-0065-02

2016-05-24

王旭彤（1996-），主要研究方向：生物工程。