純電動汽車動力電池匹配技術的研究

田偉

摘要：為了使汽車能夠在各種路況下安全勻速行駛，采用磷酸鐵鋰電池作為動力源，通過ADVISOR對純電動汽車中電池與整車系統(tǒng)進行研究。同時，利用國外UDDS與NEDC對匹配度進行仿真分析，在符合汽車動力性的基礎上，采用多種方案對參數(shù)進行優(yōu)化處理，最終獲得一套較為完善的與所研究電動汽車相匹配的方案。

關鍵詞：純電動；汽車動力；電池匹配技術

引言：

現(xiàn)階段，我國新能源汽車層出不窮，根據(jù)相關數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，2015年新能源汽車的銷售總量已經(jīng)大于70萬，在全球新能源汽車市場中居于首位。目前，新能源汽車主要為電動汽車，但是在動力性能與續(xù)航能力方面存在一定的缺陷與不足，因此在符合汽車動力性能的基礎上，采用何種匹配方式能夠節(jié)省大量能源消耗屬于新的研究課題。

1.整車數(shù)學模型的建立

在本文的研究中，針對某種純電汽車模型，建立整車數(shù)學模型，將電動傳動系統(tǒng)作為傳動系，車輛行駛過程中的狀態(tài)方程可以表示為：

式中，Tc代表的是電機轉(zhuǎn)矩；Cd代表的是風阻系數(shù)；ig代表的是汽車變速箱速比；i0代表的主減速比；代表的是傳動系統(tǒng)的總傳動效率；A代表的是車輛在正向行駛的過程中，迎風部分總面積；代表的是質(zhì)量轉(zhuǎn)換系數(shù)。通過上述公式能夠得出車輛在行駛過程中的狀態(tài)通用方程：

Pa≥1/

其中1/的計算方式為：

式中，Pa代表的是車輛在行駛的過程中所需要花費的功率；f代表的是汽車輪胎滾動過程中產(chǎn)生的阻力系數(shù)；ua代表的是汽車行駛速度；g代表的是重力加速度；m代表的是整車質(zhì)量；代表的是道路的坡度大小。在上述公式中，主要計算的是車輛在行駛的過程中，針對電機輸出功率建立的數(shù)學模型，當功率數(shù)值得到充分滿足之時，才能夠使電動汽車的動力需求得到充分滿足。

在對整車動力性能進行檢測時，車輛的最高車速屬于關鍵指標，能夠充分體現(xiàn)車輛的加速性能。對于純電動汽車來說，其動力主要來源于電機，當處于高速狀況下時，電機在恒功率的狀態(tài)下，將會輸出轉(zhuǎn)矩。因此，對于電機來說，其最大功率應與路況相結合，以在理想道路狀況的情況下，車輛勻速行駛的過程中，產(chǎn)生的阻力來決定，表達公式為：

Pm≥1/

式中，Pm代表的是最大輸出功率；Umax代表的是車輛在行駛中的最大速度。

當車輛處于行駛過程中時，車速受電機轉(zhuǎn)速的限制較為明顯，并且最高轉(zhuǎn)速應與最高車速相對應，對轉(zhuǎn)速進行計算時，公式為：

Nm≥i0ihumax/0.337r

在本文的研究中，純電動汽車的主要參數(shù)為：整車質(zhì)量M0為1400/kg；，滿載質(zhì)量M的數(shù)值為1780/kg；風阻系數(shù)Cd的數(shù)值為0.30；迎風面積A的數(shù)值為2.1/m2；滾動半徑r的數(shù)值為0.432/m；主減速比i0的數(shù)值為5.926；滾動阻力系數(shù)f的數(shù)值為0.021；通過上述公式的計算后可以得出電機各項參數(shù)，在充分符合整車動力的基礎上，采用交流永磁同步電機的方式作為整車電機，具有體積小、質(zhì)量輕等特征，與本車電機的使用需求充分符合[1]。

2.磷酸鐵鋰電池的功率匹配

在純電動汽車的行駛過程中，電池輸出功率要高于輸入功率與車載設備輸入功能的總和。對于不同路況進行分析以后，在最大車速狀態(tài)下，在純電動汽車工作過程中，電機產(chǎn)生的需求最大，這時整車電器功率為1.5kw，輸入功率為70.31kw，輸出功率為71.81kw；當?shù)退倥榔逻^程中，坡度為20%時，電機應輸出較大的轉(zhuǎn)矩，在此基礎上進行計算可以得出電機輸入功率為65.95kw，這時整車電器功率為1.5kw，輸出功率為65.45kw；在車輛啟動和處于高速行駛狀態(tài)下時，電機工作處于額定功率上下，此時磷酸鐵鋰電池的輸出功率為47.55kw，模型表達式為：

Pa≥Pv+Pm

式中，Pa代表的是磷酸鐵鋰電池輸出的總功率大小；Pm代表的是車輛電機的輸入功率大小；Pv代表的是車輛電器系統(tǒng)中的輸入功率；按照相關理論計算研究可知，與電池保護相結合后，能夠使車輛的動力性能得到充分滿足；當SOC的數(shù)值小于0.1時，對車輛進行保護，使車輛難以正常啟動，并且勻速行駛；當SOC的數(shù)值出于0.1到0.6之間時，需要對車輛的行駛速度進行實時控制。通過調(diào)查分析后能夠得出，磷酸鐵鋰電池輸出功率的最佳范圍在于4.75-71.81kw[2]。

3.整車與動力電池的仿真分析

3.1整車模型構建與仿真

在ADVSOR仿真界面中，選取純電動汽車模型，然后在仿真界面中進行分析。按照該電動汽車的需求，選擇Vehicle選項，對.m文件中的相關參數(shù)進行相關設置，包括風阻系數(shù)、質(zhì)量等。在對整車進行仿真時，在相應頁面中來完成，將#of cycle的循環(huán)次數(shù)設置成12次，仿真步長為1s，為了對車輛的動力性能進行進一步測試，在爬坡與加速測試的過程中，坡度應為20%，并且得出在設定的各項是指基礎上，整車的仿真參數(shù)。將UDDS與NEDC兩種背景下的結果進行對比分析后發(fā)現(xiàn)，在相同的條件下，UDDS路況下電池的續(xù)航能力更有優(yōu)勢，但是在NEDC路況下，與最大車速相比來看，路況優(yōu)勢更加明顯。在加速度與怠速時間方面幾乎相同。

3.2動力電池仿真

在對磷酸鐵鋰電池進行匹配以后，UDDS與NEDC兩種路況進行分析以后，通過研究結果可知：在NEDC路況中，0-800s范圍內(nèi)，加速效率的發(fā)展趨勢較為穩(wěn)定，以50km/h的速度浮動，在最后400s之內(nèi)，對特定的路況實施加速，并且當最高時速超過120km/h時，將達到最為理想的計算效果，這將充分說明在NEDC路況下時，動力電池與整車之間的匹配效果最為良好；在UDDC路況下時，0-200s范圍內(nèi)，車輛的速度在50km/h左右，當200-300s范圍時，對最高車速進行測試后，發(fā)現(xiàn)測試結果作為良好，然后車速將始終以50km/h的速度浮動，使仿真效果一直處于理想狀態(tài)，由此可見，在UDDS中動力電池的匹配性良好。

結論：

綜上所述，在本文的研究過程中，采用ADVISOR的方式構建整車模型，與匹配需求相結合后，建立數(shù)學模型，并且在UDDS與NEDC兩種工況下對整車進行分析，通過測試結果顯示，磷酸鐵鋰電池能夠與電動汽車之間產(chǎn)生良好的匹配性，充分滿足用戶的使用需求。

參考文獻：

[1]武仲斌. 考慮電動空調(diào)能耗的純電動汽車動力傳動系統(tǒng)參數(shù)匹配[D]. 重慶大學，2015.

[2]吳雪. 純電動轎車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配方法研究[D]. 吉林大學，2015.

[3]張方強. 增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真優(yōu)化研究[D]. 浙江大學，2017.