基于ADVISOR設計的雙電源系統

武玉慧 馬國清 于汶陽 田元青 張軍

摘 要：文章在現有動力電池的性能基礎上，提出雙電源系統優化電動汽車的動力性能。雙電源系統主要包括主電源模塊和副電源模塊，主電源模塊給驅動電機供能，副電源模塊主要給汽車電器系統供能。以北汽的EU260純電動汽車參數為基礎，設計了雙電源系統，并且利用ADVISOR軟件驗證其動力性能，結果表明該方案可有效地提升純電動汽車的動力性能。

關鍵詞：雙電源系統；純電動汽車；動力性；ADVISOR

中圖分類號：U469.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988（2018）17-09-03

Abstract： Based on the performance of existing batteries， this paper proposes a dual power system to optimize the dynamic performance of electric vehicles. The dual power system mainly includes a main power module and a sub power module. The main power module mainly supplies power to the drive motor， and the auxiliary power module mainly supplies power to the automobile electrical system. Based on the parameters of BAIC motors EU260 pure electric vehicle， a dual power system was designed and its dynamic performance was verified by ADVISOR software. The results show that the scheme can effectively improve the dynamic performance of pure electric vehicles.

Keywords： dual power supply system； pure electric vehicle； ADVISOR

CLC NO.： U469.7 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2018）17-09-03

前言

2016年中國汽車工程學會年會上發布了《節能與新能源汽車技術路線圖》，標志著我國新能源汽車產業進入快速的發展時期。到2018年國家“雙積分”政策的實施，純電動汽車作為未來純凈能源汽車的代表，其發展前景備受關注。但是就目前而言，純電動汽車的性能依然受制于動力電池。在上述技術線路圖的“1+7”總體框架中，將純電動汽車列為重點的發展對象。

對于現在純電動汽車而言，動力電池是其整車的能量來源。動力電池性能的好壞將直接影響整車的性能，電路布局也會對汽車性能產生影響。雖然近幾年中動力電池的發展比較迅猛，最明顯的是三元鋰電池的普及應用，可現在純電動汽車的續航性能依然無法達到傳統燃油車的程度。本文將通過優化電池能量供給方案，合理利用汽車電池組的有限能量，提升汽車的動力性能。

雙電源系統的設計構想來源于夏天駕駛汽車的感受，當車內空調開啟時，傳統汽車的動力性能明顯降低。對于純電動汽車影響更為嚴重，為此很多司機在開車時，不敢開啟空調，背離駕駛的樂趣。因此，設計雙電源系統改善駕駛體驗，提高動力性能。

1 雙電源系統設計方案

驅動電機的能量來自于主電源模塊，而副電源模塊的功能是為汽車電器提供能量。當主電池組的電能充足時，副組件不會為驅動電機提供能量。但是當主電池模塊電能不足時，其副電池組就會相應的參與驅動電機能量供給，這時主、副電池模塊將同時提供能量供給驅動電機。通過使用主、副電池模塊方案，在行車使用汽車電器時，驅動電機的能量并不受干擾。這樣可以提高汽車行駛的平順性，避免使用汽車電器影響汽車的驅動性能。在充電方式上，主電池模塊供電來自于外部充電補給，而汽車制動時的回收能量將會補充給副電池模塊，若未充滿時將由外部充電裝置補給。結構如下圖1所示。現在三元鋰離子動力電池的設計充電壽命在1500次左右。在駛過程中，通過實時地將制動反饋的能量儲存于副電源模塊中，既可以避免主電源模塊放電的同時又要被充電，也有利于動力電池放電過程中，動力電池的能量均衡便于控制，其壽命會得到保護。

主電池模塊的能量供給于驅動電機，則主電池組的所需的放置空間需求也比較大。為提高汽車的操縱性能，降低其車輛的質心高度，將主電池組放置于汽車底盤上。而副電池組的體積比較小，由于使用條件決定，要便于更換，則將其放置于其車前艙。其布置圖如下如2所示。

2 電池模塊方案設計

2.1 主電池模塊方案設計

為了便于比較其性能優勢，設計過程中將采用下表1、2為北京汽車的EU260的整車參數和驅動力參數。

根據這兩個表的數據要求，設計汽車所需的電源模塊的參數，其設計性能必須滿足于其經濟性能。

表1 EU260整車參數

表2 EU260驅動力參數

由于主電源的能量用于驅動電機的日常行駛，因此根據60km/h等速工況法可計算出主電池的容量。第一步先推算出等速60km/h時所需的功率，根據公式如下：

式中：Pb為等速功率，單位kW；ub取為60km/h；ηT為傳動系機械效率，本文中取為0.9；m為汽車滿載質量，單位kg；CD為空氣阻力系數；A為迎風面積，單位m?。

根據上文的數據計算的，Pb=8.19kW。

第二步計算主電源的需求能量，計算公式如下：

式中：s為汽車等速行駛里程，單位km；W為主電源能量容積，單位kW·h。

根據上述參數，計算的W=31.9kW·h。根據上文中計算所得出數據，選擇233V的平臺為驅動系統的額定電壓，最終電池容量為160Ah。本文中采用的18650鋰電池，單節電芯容量為2.0Ah，3.7V為額定電壓，所以主部件的形式為63并80串，采用5040顆電芯。最終W取其能量為37.2 kW·h。

2.2 副電池模塊設計

副電源模塊主要供電于車載輔助電器，車載空調可以說是車載附件中電量消耗最大的部件。在設計副電源部件時，最低的要求是滿足車載空調的使用，對于傳統汽車，其車載空調無需制熱，純電動汽車中并不具備這樣的條件也就相應的增加了副電源組容量。不管制冷或制熱都通過空調進行，則車載空調的使用需求量就會加大，在設計副電源組時，應著重注意這一方面。

北京汽車公司的純電動汽車的車載附件將只會設計車載空調和車燈等基本部件。其不同車所載的輔助電器部件不同，但是其計算方法與如下相似。車載空調的功率一般在2kW左右，設定44.4V為副電池組的額定電壓，則副電池組的容量應大于47.6Ah。為滿足于車載設備的需要，設定副電池組的容量為50Ah。綜上，副電池組的形式為12并25串，一共采用360顆電芯。計算的副電池模塊的W=2.22kW·h。

3 實驗驗證

上述通過計算得出主電源的容量37.2kW·h，副電源的容量W=2.22kW·h，其一共所需39.42 kW·h。然而其北汽的純電動汽車的電池容量為41.4 kW·h。在電池方面，新的結構方案在滿足其性能的前提下具有更大的經濟性能。

本文中采用ADVISOR軟件進行驗，ADVISOR軟件中并不具備其相應的模型。根據相應的數據重新編寫M文件。在添加負載的情況下，根據ECE-EUDC循環工況測定，其相應參數的結果如下圖3。

通過循環工況運行圖可以看出，該車可以跑完25個ECE-EUDC循環工況，可以證明該車的續航里程超過北汽的純電動汽車。通過仿真結果圖3，整理數據如下表3。

通過表3可以清晰的看出，雙電源系統方案的性能優勢比較明顯。續航里程、最高時速和加速時間方面均有明顯的提升。尤其在0～100km/h加速時間提高比較明顯，這樣可以提升駕駛體驗。

4 結論

通過采用主、副電源模塊供給能量，在其負載開啟時，其加速性能并不受影響而且其加速性能得到提升，這說明雙電源系統方案可以提升駕駛性能。

通過雙電源系統方案，其主電源模塊的電池并不會受能量回收的影響，充放電過程得到較好的保護，并且在保持原電池能量大小的前提下，其驅動能力的得到提升。

參考文獻

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