純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究分析

杜嗣琢　朱有地　楊福生　陳永哲

摘 要：由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國越來越重視綠色環(huán)保。因此，各種交通運輸也出現(xiàn)了環(huán)保的理念，純電動汽車逐漸發(fā)展起來。純電動汽車是一種新能源汽車。綠色和可充電電池提供動力源汽車的發(fā)展已經(jīng)成為一種趨勢。根據(jù)純電動汽車動力參數(shù)匹配，探討純電動汽車動力參數(shù)匹配目標和匹配任務、純電動汽車基本參數(shù)和動力系統(tǒng)參數(shù)、純電動汽車性能仿真參數(shù)優(yōu)化;同時，根據(jù)整車控制策略的研究，對整車驅(qū)動控制、能源系統(tǒng)控制、輔助系統(tǒng)控制進行探究。

關(guān)鍵詞：電動汽車;動力系統(tǒng);參數(shù)匹配;整車控制;策略

1 引言

純電動汽車秉承綠色環(huán)保理念。一般純電動汽車的組成包括：電力驅(qū)動和控制系統(tǒng)、驅(qū)動力傳動裝置以及執(zhí)行既定任務的工作裝置等。通常，純電動汽車的驅(qū)動可充電電池以提供電能，然后將電能轉(zhuǎn)化為機械能。對于純電汽車驅(qū)動電機的設(shè)計，一般是采用直流電機，十分符合綠色環(huán)保理念，汽車使用效率極高、可靠性良好。本文的綜述希望為純電動汽車的發(fā)展提供參考。

2 純電動汽車動力參數(shù)匹配

2.1 純電動汽車動力參數(shù)匹配目標和匹配任務

目前，純電動汽車在城市中得到廣泛應用，例如：新能源公交車、電動汽車等。基于新能源電動汽車的性能指標，本文對純電動汽車動力參數(shù)進行匹配，以提高純電動汽車的性能，同時，探索動力參數(shù)，進一步優(yōu)化參數(shù)，以提升該車型的動力性能，見表1。

純電動汽車的動力參數(shù)匹配任務主要用于動力系統(tǒng)某些部件的參數(shù)計算。本文采用的該車能外接充電，有純電動模式;該車可選裝空調(diào)，空調(diào)車車高為3180mm;該電動汽車的電池類型和生產(chǎn)企業(yè)分別為：磷酸鐵鋰蓄電池和寧德時代新能源科技股份有限公司;電機額定功率為80kw，峰值功率為135kw;該車的ABS型號及生產(chǎn)企業(yè)分別為：4460064300和威伯科汽車控制系統(tǒng)（中國）有限公司。

2.2 純電動汽車基本參數(shù)和動力系統(tǒng)參數(shù)

純電動汽車的整體性能參數(shù)主要包括汽車動力性能指標和車輛行駛距離。純電動汽車的基本系統(tǒng)參數(shù)是汽車主要的性能之一，影響汽車的安全性和汽車行駛的距離。純電動汽車的動力性能指標主要有：汽車行駛的最大速度和最大加速度。純電動汽車的基本參數(shù)包括汽車的基本系統(tǒng)和動力系統(tǒng)。

純電動汽車的動力源是可充電電池，本文純電動汽車的電池是鋰離子電池。衡量純電動汽車電池的主要性能指標是：比能量、比功率、能量密度、循環(huán)壽命和成本等。作為一種新型高電壓、高能量密度的可充電電池，鋰離子二次電池突出的特點是：重量輕、儲能大、無污染、無記憶效應、使用壽命長。在相同的體積重量情況下，鋰離子電池的蓄電能力是鎳氫電池的1.6倍，是鎳鎘電池的4倍。人類只開發(fā)和利用了其理論電量的20%～30%，發(fā)展前景非常光明。同時，它是一種真正的綠色電池，不會污染環(huán)境。同時，電動機與驅(qū)動系統(tǒng)也是純電動汽車的關(guān)鍵零件，，則驅(qū)動電機應具備：調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)速高、啟動轉(zhuǎn)矩大、質(zhì)量小、體積小、效率高且動態(tài)制動性強等特性，才能使其具有較優(yōu)異的使用性能。

純電動汽車的動力系統(tǒng)參數(shù)包含驅(qū)動電機參數(shù)和電池匹配參數(shù)。其中驅(qū)動電機參數(shù)匹配主要包括：驅(qū)動電機的最大功率和額定功率，最大功率和額定功率可以決定驅(qū)動電機的功能，并且它將對汽車本身的整車性能產(chǎn)生更大的影響。對于純電動汽車，汽車的最高速度由額定功率控制，因此，目前純電動汽車一般更適合城市。因為在城市中，可以最大限度地限制汽車的速度，并實現(xiàn)環(huán)保的理念。當電動汽車的行駛速度達到最大值時，汽車的功率將會達到最大值，電機的轉(zhuǎn)速也將達到最大值。并且，由于城市中對汽車的速度有限制，因而普通電動汽車的功率將低于額定功率，并且電機的轉(zhuǎn)速也將低于額定轉(zhuǎn)速。電池參數(shù)匹配主要包含排列的電池數(shù)量和電池的電壓值。一旦確定了電池組的數(shù)量，電池的最大輸出功率必須滿足純電動汽車的最大功率，確保電池能夠保持汽車的最大功率輸出。

2.3 純電動汽車性能仿真

基于整車的布局和設(shè)計，我們使用ADVISOR 軟件，該軟件廣泛用于模擬純電動汽車的動力性能，以執(zhí)行模擬計算。然后建立整車的仿真模型以及電動機、電池和減速器等部件的仿真模型。建立仿真模型的基本步驟主要包括：選擇車輛、選擇部件模型，以及各部件間的機械、電器、信號等的連接，然后輸入各模塊的主要參數(shù)。

同時，我們必須考慮電動機和內(nèi)燃機的不同工作特性。但是，電動機的過載時間不易太長，如果過載時間過長將會導致電動機和電池過熱，產(chǎn)生更多能量損失，對電動機和電池使用壽命有影響。因此，應盡量避免電動機的過載工作。

當模擬純電動汽車的動力性能時，電動機的額定功率被用作電機輸出功率以估算整車的最大車速。電機的峰值功率用于估計整車的加速時間以及最大爬坡度。若要達到設(shè)計目標所需求的最高車速，則電機將長期處于過載狀態(tài)，從上文可知長期過載會影響電動機和電池的使用壽命使整車經(jīng)濟性變差。

3 整車控制策略研究

3.1 整車驅(qū)動控制

純電動汽車的整車驅(qū)動系統(tǒng)由電動機和電動機控制系統(tǒng)組成，并通過高、低壓線束和冷卻管連接到整車的其他系統(tǒng)。

3.1.1 驅(qū)動電機

純電動汽車的驅(qū)動電機主要包括：直流電動機、開關(guān)磁阻電動機和感應電動機。主要介紹直流電動機，它具有效率高、可靠性高、體積小等優(yōu)點，是動力系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是將電能轉(zhuǎn)化為機械能的載體。它依靠內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)變壓器和溫度傳感器來提供電機的工作信息，并將電機運行狀態(tài)信息實時發(fā)送給電機控制系統(tǒng)。

3.1.2 電機控制系統(tǒng)

電動機控制系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)矩控制模式和轉(zhuǎn)速控制模式。車輛控制器通過發(fā)送的控制模式選擇確定電機控制器的控制模式。在轉(zhuǎn)矩控制模式下，整車控制器向電機控制器發(fā)送消息：電機輸出轉(zhuǎn)矩值、電機運行方向及電機運轉(zhuǎn)方式。在轉(zhuǎn)速控制模式下，由整車控制器發(fā)送到電動機控制器的信息變?yōu)殡姍C輸出轉(zhuǎn)速值、電機運行方向和電機運轉(zhuǎn)模式等。電機控制器提供的狀態(tài)信息有：電機轉(zhuǎn)速、電機轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)矩極限值、電機運行狀態(tài)、電機運轉(zhuǎn)模式、電機運行電流和電壓值、電機溫度信息、風扇運行狀態(tài)及水泵運行狀態(tài)。電機控制器還可以提供相應的故障信息包括：直流側(cè)電壓故障、散熱器過熱、過流、超載及超速等。

3.2 能源系統(tǒng)控制

純電動汽車能源管理系統(tǒng)主要是用于協(xié)調(diào)、分配和控制動力系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)換裝置的工作量的軟硬件系統(tǒng)。不同類型的純電動汽車具有不同的能源管理系統(tǒng)。

電動汽車的能量轉(zhuǎn)換裝置由電動機或發(fā)電機、電池、功率轉(zhuǎn)換模塊和動力傳遞裝置組成，能源傳輸路線主要包括：由電池到車輪、從車輪到電池兩條，其能源管理系統(tǒng)是最簡單的。其主要任務是在滿足汽車動力需求的前提下，最有效的利用電池的儲能，使汽車的減速并最大限度的回收制動得到的能量，使汽車的能量效率最大。純?nèi)剂想姵仉妱悠嚺c之相似。混合動力燃料電池汽車和混合動力電動汽車，其能量轉(zhuǎn)換裝置通常有電力轉(zhuǎn)換裝置、功率變換模塊、能量儲存裝置、充電和放電裝置、電力傳遞裝置和動力傳輸裝置等。其能量傳遞路線包括：（1）由蓄電池到車輪;（2）由發(fā)電裝置到車輪的動力傳遞路線;（3）由車輪到能量儲存裝置的能量流動路線（能量回收）;（4）由發(fā)電裝置到能量儲存裝置。

3.3 輔助系統(tǒng)控制

對于普通車輛，由于檔位、加速器踏板等的故障，可能發(fā)生車輛的不期望的加速、減速或者倒車。在主電機和控制器發(fā)生故障的情況下，除了控制器自身的保護關(guān)閉停機外，車輛控制器還會將其控制器的啟用信號和油門減少到0，行使其保護功能。當電氣連接斷開時，信號處于開路模式，信號為0，不會對車輛造成危險;在通信方面，采用通信超時技術(shù)來確保通信線斷開引起的通信故障，不會對車輛造成危險。在車輛高壓電的總回路中串接有手動空氣斷路器保證在系統(tǒng)過流等故障時能斷開高壓電。但是，對于純電動汽車，現(xiàn)有的機械傳動結(jié)構(gòu)部件不能滿足電動汽車的輔助控制需求。它經(jīng)常會導致車輛轉(zhuǎn)向不足或制動不足，影響車輛的行駛安全性。

4 結(jié)語

本文討論純電動汽車的動力系統(tǒng)參數(shù)匹配和整車控制策略。以威伯科新能源客車為例，列出了純電動汽車的動力系統(tǒng)參數(shù)。同時還描述了純電動汽車基本參數(shù)和動力系統(tǒng)參數(shù)，并根據(jù)其汽車性能進行了仿真。在整車控制策略時主要描述了：整車驅(qū)動控制、能源控制和輔助控制。希望本文的內(nèi)容可以應用到實際工作中去。

參考文獻：

[1]呂文斌.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配及整車控制策略研究[J].工程技術(shù)（引文版）：00210-00210.

[2]劉光宇，李睿，孫穎，等.純電動汽車整車控制策略研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012（14）：75-75.

[3]趙新紅，徐新恒.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018，No.164（32）：97-98.

[4]熊明潔，胡國強，閔建平.純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)選擇與匹配[J].汽車工程師，2011（5）.

[5]翟世歡，辛明華，于蘭.純電動汽車整車控制策略[J].汽車工程師，2014（12）：26-29.