纯电动轿车三电匹配研究
纯电动轿车三电匹配研究
发表时间：2020-01-15T14:25:02.123Z 来源：《基层建设》2019年第27期作者：陈志文
[导读] 摘要：对于纯电动汽车动力部件的设计匹配来说，深刻的影响到电动汽车的行驶里程以及经济性和动力性能等等。
江西江铃集团新能源汽车有限公司江西南昌 330000
摘要：对于纯电动汽车动力部件的设计匹配来说，深刻的影响到电动汽车的行驶里程以及经济性和动力性能等等。本文主要是严格的遵循纯电动车的实际开发需求，实施参数匹配计算整车三电，按照相应的标准，实施动力系统总成参数的合理匹配，同时提出科学的减速器速比选择策略。
关键词：纯电动轿车；驱动电机；动力电池；性能
当前随着对各种资源的保护，在研究电动汽车方面具有了更高的重视度。科学的突破动力电池以及其他技术前，研究电动汽车动力传动系部件的设计参数，属于将电动汽车性能有效增强的关键性方式。本文采取实例分析的方式，选取某型号的传统轿车将其改装成一款纯电动轿车，对于动力系统参数实施重新的设计，之后进行合理性的验证。
1 电池参数
1.1 电池电量匹配
对电池的电量进行确定的因素较多，即包含有整车续航里程和电机、电池效率、电控等等。首先，匀速行驶里程的电池电量需求。水平路面上，电池电量进行匀速行驶方程Wb={[（m×g×f+Cd×A×V2/21.15）×S1/（3600× 1× 2）]+P0×S1／V}／ 3。其中，S1指的是车辆续航里程，P0指整车附件耗电量， 1指传动系统效率（92%）， 2指电机控制器系统效率（88%）， 3指电池的放电效率（100%）。其次，NEDC下电池电量需求情况。由于此项目设计中，每小时120km是最高车速，所以进行计算期间，应该对于城市工况、城郊工况进行充分的掌握和分析。依照加速过程中行驶方程获得匀加速工况下电机所做的功和匀速行驶下的电机所做工，即分别为形W2l=[（m×g×f+ ×m×a）（V o+a×t）+0.6128×Cd×A×（V0+a×t）3]／（ 1×3600）dt（Wh）、W22=[（m×g×f×V）+0.6128×Cd×A×V3]／（ 1×3600）×t（Wh）。其中，加速度表示成a，初始车速表示成V0，匀速行驶车速表示为V。计算所得如果NEDC工况整车续航里程满足250km标准，动能量回馈率，电池电量范围是36.99kWh至40.1l kWh，电池电量是37 kWh。另外，初步明确了符合整车续航条件的电池电量是37kWh。
1.2 电池功率及放电倍率匹配
首先，在电池功率匹配方面。先计算出电池的持续及峰值放电功率。电池的放电功率平衡计算为Pbdc=（Pm／ 2+PV）／ 3，其中，电机的输出功率表示成Pm，整车附件功率表示成PV，电机电控的系统效率表示成 2，电池放电效率表示成 3。假设电池持续放电倍率是l，则（Pm额／ 2+2.5）／ 3，进而得到Pm额值是28．6 kW。再计算电池的脉冲峰值馈电功率估。电机的馈电峰值功率是电机峰值发电功率50kW，此结果属于一个估算值，电机发电效率最大值、控制器的峰值效率分别是0.92以及0．97，获得电池峰值馈电功率
Pbfmax=50×0.92×0.97，最终估算结果是45kW。另外，估算出峰值馈电时间。峰值馈电时间的构成包括恒制动扭矩减速时间、恒功率减速时间、扭矩响应时间，各自表示为t1、t2、t0。T0取估值0．5s时，峰值馈电功率下最长馈电时间T1≥t0+t1=13.8s。
其次，在电池放电倍率的匹配方面。参数项包括了电池峰值放电功率、持续放电功率、峰值馈电功率，参数值分别是74kW、35kW、45kW，放电倍率分别是2、1和1.3。电池持续放电功率为连续性的，峰值馈电功率持续13.33s。
2 电机参数匹配计算
2.1 电机峰值扭矩与减速比的关系
首先，计算路面附着允许的电机最大输出扭矩。此车型属于前轮驱动，前轴轴荷是645kg（mf），同时附着系数取沥青以及水泥路面附着系数经验值为0.8（）。水平路面电机最大允许输出扭矩Tm1max=1572×i-1（Nm），最大爬坡度a=30％最大允许输出扭矩Tm2max=1506i-1（Nm）。其次，计算满足最大爬坡度的电机峰值扭矩Tm3max=1342×i-1。
2.2 电机最高转速的匹配
确定好减速器减速比，通过电机转速（n）跟车速（v）之间的关系式，得到整车设计最高车速Vmax=120km／h，Nmax=1112.95×I，电机最高转速Nmax=8500r/min。
2.3 电机峰值扭矩的匹配
选取减速器i=7.3，获得电机的取整峰值扭矩是183Nm。对扭矩控制精度、车辆整备质量偏差问题等，最终电机最高扭矩是Tmax=200Nm。
2.4 电机峰值功率的匹配
在满足加速性能要求的匹配方面，电机峰值功率对于整车加速性能设计要求进行决定性的作用。其中，全油门加速过程的电机基速转速ne=Pm1max×9549/Tmax。基速关系方程为Ve=0.7lPm1max（km／h）。依照整车O-100km／h的加速时间在18s及以下的标准，选择的电机峰值功率为50kw左右的范围，最终明确初步选取电机功率是Pm2max=50kW。
2.5 电机峰值转速与额定功率
整车的经济车速进行明确电机的额定转速，最终得到电机的额定转速是ne=4100r／min。在电机额定功率的匹配方面，汽车的功率平衡方程推算出电机额定输出功率Pe（kW），Pe=[m×g×f×cos（arctg（a））+Cd×A×V2／21.15+m×g×sin（arctg（a））]×V／（3600× 1）。水平路面车辆匀速行驶最高车速是每小时120km时，电机输出功率Pe1=23.05kw。为对整车设计要求进行顺应，电机额定功率取值是
Pe=25kw。
结语
纯电动汽车动力部件设计匹配，深刻的影响到电动汽车的经济性，而且会显著的影响着行驶里程以及动力性等方面。此项研究中，严格的依照纯电动车的开发需求，落实参数匹配计算其整车三电。同时按照整车性能目标需求，对于驱动电机和动力电池动力系统总成参数实施合理匹配，提出如何科学合理的选用减速器速比，对于实践工作具有重要的指导意义。
参考文献：
[1]牛欢欢，王志海，陈琳等.纯电动轿车三电匹配研究[J].汽车电器，2019，（3）：1-5.
[2]殷允朝，宋述明，王垠皓.电动轿车三挡AMT传动系统参数匹配与性能仿真[J].农业装备与车辆工程，2019，57（5）：108-112.
新能源汽车三电系统详解(图文并茂)
新能源汽车区别于传统车最核心的技术是“三电”，包括电驱动，电池，电控。 下面详细讲解一下三电基础知识：
一、电池 电池是与化学、机械工业、电子控制等相关的一个行业。电池的关键在电芯，电芯最重要的材料便是正负极、隔膜、电解液。正极材料广为熟知的有磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、三元、高镍三元。 动力电池是非常“年轻”的产品， 1996年通用推出EV-1采用的是铅酸电池，它是现代电动汽车架构雏形，从铅酸电池到日系混动的镍氢电池，再到现在流行的锂电池，也才20多年。 从第四批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》新能源乘用车配置电池来看，32款车型采用了17家企业的电池，其中16家是电池厂商，另外一家是长安新能源的，这说明其它乘用车的动力电池直接外购，包括电芯、电池组与电池管理系统等。
大部分自主品牌主机厂都没有自己的电芯与电池组设计能力 跨国车企，虽然没有自己的电芯，但是它们却坚持自己设计生产电池组件与管理系统，这是为了加强动力电池的核心竞争力。与大多自主品牌的差别是，即使不采用这家的电芯，它们可以换个电芯品牌照样能够设计电池组，核心技术还是掌握在自己手里。
但是我们更关心的是动力电池，也是就新能源汽车中的能量来源，目前动力电池中，镍氢电池面临淘汰，铅酸电池全凭保有量在支撑，故目前以锂电池最为主要。（如下图） 先介绍几个重要概念
能量密度方面电池肯定不如汽油，但是究竟差别多大呢？一箱50L的汽油可以大概跑600km,续航同样里程的电动车需要多少电池呢？（如下图）
下表列出了四类锂电池的主要性能指标差别。从表中可以看出，四类电池各有优劣。那各汽车厂商究竟是凭什么选择其中某种电池呢？哪种电池又将是未来的主流呢？
纯电动轿车三电匹配研究
纯电动轿车三电匹配研究 发表时间：2020-01-15T14:25:02.123Z 来源：《基层建设》2019年第27期作者：陈志文 [导读] 摘要：对于纯电动汽车动力部件的设计匹配来说，深刻的影响到电动汽车的行驶里程以及经济性和动力性能等等。 江西江铃集团新能源汽车有限公司江西南昌 330000 摘要：对于纯电动汽车动力部件的设计匹配来说，深刻的影响到电动汽车的行驶里程以及经济性和动力性能等等。本文主要是严格的遵循纯电动车的实际开发需求，实施参数匹配计算整车三电，按照相应的标准，实施动力系统总成参数的合理匹配，同时提出科学的减速器速比选择策略。 关键词：纯电动轿车；驱动电机；动力电池；性能 当前随着对各种资源的保护，在研究电动汽车方面具有了更高的重视度。科学的突破动力电池以及其他技术前，研究电动汽车动力传动系部件的设计参数，属于将电动汽车性能有效增强的关键性方式。本文采取实例分析的方式，选取某型号的传统轿车将其改装成一款纯电动轿车，对于动力系统参数实施重新的设计，之后进行合理性的验证。 1 电池参数 1.1 电池电量匹配 对电池的电量进行确定的因素较多，即包含有整车续航里程和电机、电池效率、电控等等。首先，匀速行驶里程的电池电量需求。水平路面上，电池电量进行匀速行驶方程Wb={[（m×g×f+Cd×A×V2/21.15）×S1/（3600× 1× 2）]+P0×S1／V}／ 3。其中，S1指的是车辆续航里程，P0指整车附件耗电量， 1指传动系统效率（92%）， 2指电机控制器系统效率（88%）， 3指电池的放电效率（100%）。其次，NEDC下电池电量需求情况。由于此项目设计中，每小时120km是最高车速，所以进行计算期间，应该对于城市工况、城郊工况进行充分的掌握和分析。依照加速过程中行驶方程获得匀加速工况下电机所做的功和匀速行驶下的电机所做工，即分别为形W2l=[（m×g×f+ ×m×a）（V o+a×t）+0.6128×Cd×A×（V0+a×t）3]／（ 1×3600）dt（Wh）、W22=[（m×g×f×V）+0.6128×Cd×A×V3]／（ 1×3600）×t（Wh）。其中，加速度表示成a，初始车速表示成V0，匀速行驶车速表示为V。计算所得如果NEDC工况整车续航里程满足250km标准，动能量回馈率，电池电量范围是36.99kWh至40.1l kWh，电池电量是37 kWh。另外，初步明确了符合整车续航条件的电池电量是37kWh。 1.2 电池功率及放电倍率匹配 首先，在电池功率匹配方面。先计算出电池的持续及峰值放电功率。电池的放电功率平衡计算为Pbdc=（Pm／ 2+PV）／ 3，其中，电机的输出功率表示成Pm，整车附件功率表示成PV，电机电控的系统效率表示成 2，电池放电效率表示成 3。假设电池持续放电倍率是l，则（Pm额／ 2+2.5）／ 3，进而得到Pm额值是28．6 kW。再计算电池的脉冲峰值馈电功率估。电机的馈电峰值功率是电机峰值发电功率50kW，此结果属于一个估算值，电机发电效率最大值、控制器的峰值效率分别是0.92以及0．97，获得电池峰值馈电功率 Pbfmax=50×0.92×0.97，最终估算结果是45kW。另外，估算出峰值馈电时间。峰值馈电时间的构成包括恒制动扭矩减速时间、恒功率减速时间、扭矩响应时间，各自表示为t1、t2、t0。T0取估值0．5s时，峰值馈电功率下最长馈电时间T1≥t0+t1=13.8s。 其次，在电池放电倍率的匹配方面。参数项包括了电池峰值放电功率、持续放电功率、峰值馈电功率，参数值分别是74kW、35kW、45kW，放电倍率分别是2、1和1.3。电池持续放电功率为连续性的，峰值馈电功率持续13.33s。 2 电机参数匹配计算 2.1 电机峰值扭矩与减速比的关系 首先，计算路面附着允许的电机最大输出扭矩。此车型属于前轮驱动，前轴轴荷是645kg（mf），同时附着系数取沥青以及水泥路面附着系数经验值为0.8（）。水平路面电机最大允许输出扭矩Tm1max=1572×i-1（Nm），最大爬坡度a=30％最大允许输出扭矩Tm2max=1506i-1（Nm）。其次，计算满足最大爬坡度的电机峰值扭矩Tm3max=1342×i-1。 2.2 电机最高转速的匹配 确定好减速器减速比，通过电机转速（n）跟车速（v）之间的关系式，得到整车设计最高车速Vmax=120km／h，Nmax=1112.95×I，电机最高转速Nmax=8500r/min。 2.3 电机峰值扭矩的匹配 选取减速器i=7.3，获得电机的取整峰值扭矩是183Nm。对扭矩控制精度、车辆整备质量偏差问题等，最终电机最高扭矩是Tmax=200Nm。 2.4 电机峰值功率的匹配 在满足加速性能要求的匹配方面，电机峰值功率对于整车加速性能设计要求进行决定性的作用。其中，全油门加速过程的电机基速转速ne=Pm1max×9549/Tmax。基速关系方程为Ve=0.7lPm1max（km／h）。依照整车O-100km／h的加速时间在18s及以下的标准，选择的电机峰值功率为50kw左右的范围，最终明确初步选取电机功率是Pm2max=50kW。 2.5 电机峰值转速与额定功率 整车的经济车速进行明确电机的额定转速，最终得到电机的额定转速是ne=4100r／min。在电机额定功率的匹配方面，汽车的功率平衡方程推算出电机额定输出功率Pe（kW），Pe=[m×g×f×cos（arctg（a））+Cd×A×V2／21.15+m×g×sin（arctg（a））]×V／（3600× 1）。水平路面车辆匀速行驶最高车速是每小时120km时，电机输出功率Pe1=23.05kw。为对整车设计要求进行顺应，电机额定功率取值是 Pe=25kw。 结语 纯电动汽车动力部件设计匹配，深刻的影响到电动汽车的经济性，而且会显著的影响着行驶里程以及动力性等方面。此项研究中，严格的依照纯电动车的开发需求，落实参数匹配计算其整车三电。同时按照整车性能目标需求，对于驱动电机和动力电池动力系统总成参数实施合理匹配，提出如何科学合理的选用减速器速比，对于实践工作具有重要的指导意义。 参考文献： [1]牛欢欢，王志海，陈琳等.纯电动轿车三电匹配研究[J].汽车电器，2019，（3）：1-5. [2]殷允朝，宋述明，王垠皓.电动轿车三挡AMT传动系统参数匹配与性能仿真[J].农业装备与车辆工程，2019，57（5）：108-112.
北汽新能源纯电动汽车驱动电机控制系统故障维修
近年来，在我国作为技术的纯的研发与应用取得了突破性发展。这就客观要求行业提升维修 水平，升级故障维修手段，利用有效的电子诊断技术提升效率。本文以北汽纯的具体故障作 为切入点，通过故障分析及其排除过程，对关键技术进行相应的探究。 一、故障现象 一辆北汽生产的EV 160新能源纯，整车型号为：BJ7000B3D5－BEV，电机型号为： TZ20S02，电池型号为：29/135/220－80Ah，电池工作电压为320V。该车行驶里程为0.56万km，出现无法行驶且仪表报警灯常亮、报警音鸣叫的故障；故障发生时电机有沉闷的“咔、咔”声。 二、系统重要作用及其结构原理 驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束与 整车其它系统作电气连接。驱动电机系统是纯三大核心部件之一，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。 1．驱动电机系统工作原理 在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是执行控制单元给出的命令，即控制器输出 命令。如图1所示，控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供 给配套的三相交流永磁同步电机使用。 整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱 动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制 器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全 可靠运行。 电机控制器（MCU）由逆变器和控制器两部分组成。驱动电机控制器采用三相两电平电 压源型逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电电能逆变成三相交流电给汽车驱动电机 提供电源；控制器接受驱动电机和其它部件的信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，它能控制频率的升降，从而达到加速或减速的目的。 电机控制器是依靠内置旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等来提供电 机的工作状态信息，并将驱动电机运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT）为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过 CAN2.0网络发送给整车控制器，同时也会储存故障码和数据。
新能源汽车智能化技术赛项竞赛平台主要设备技术标准
附件7 2019年中国技能大赛 ——全国新能源汽车关键技术技能大赛 新能源汽车智能化技术赛项 竞赛平台主要设备技术标准 全国组委会技术工作委员会 二〇一九年九月
2019年中国技能大赛 ——全国新能源汽车关键技术技能大赛 新能源汽车智能化技术赛项竞赛平台 主要设备技术标准 一、竞赛平台简介 本赛项竞赛平台是基于纯电动汽车“电机、电池、电控”三电技术和智能网联“感知、决策和控制”智能技术，根据汽车“智能化”和“网联化”竞赛需要构建的新能源汽车智能化技术赛项集成竞赛平台（以下简称“竞赛平台”）。竞赛平台的建立以“安全可靠、便于推广、合标合规、适度领先”为原则，以培养具有新时代科学技术技能的汽车人才为目标。竞赛平台包括智能网联汽车智能化装备装调平台、智能网联汽车智能化功能验证平台和智能网联汽车网联综合道路测试平台。智能网联汽车智能化装备装调平台包括线控车辆、自动驾驶系统等；智能网联汽车智能化功能验证平台主要在虚拟仿真环境中进行智能化装备的虚拟测试、复杂场景的功能验证等；智能网联汽车网联综合道路测试平台包括智能网联汽车监控云平台、道路测试设施等。采用虚拟测试、现场操作相结合的方式为智能网联汽车技术技能竞赛提供完整可靠、合理可行的技术支持平台。 二、竞赛平台主要设备配置 竞赛平台主要配置清单见表1，但不限于表1，保证竞赛过程不因缺少安装工具、测试工具和耗材等，影响竞赛正常进行。
表1竞赛平台主要配置清单 序号设备名称数量单位备注 1线控车辆1台参考具体技术参数2传感器装调台架1台参考具体技术参数3激光雷达1台参考具体技术参数4毫米波雷达若干台参考具体技术参数5摄像头若干套参考具体技术参数6GPS/惯导1台参考具体技术参数7工业显示屏1个参考具体技术参数8处理器1个参考具体技术参数94G路由器1个参考具体技术参数10CAN卡1个参考具体技术参数11交换机1个参考具体技术参数12网联通讯设备1套参考具体技术参数13自动驾驶控制器1个参考具体技术参数14工位电脑1台参考具体技术参数15电脑桌椅1套参考具体技术参数16支架1套参考具体技术参数17举升设备1台参考具体技术参数18工具箱（常用安装和测量工具）1台参考具体技术参数19工具桌1套参考具体技术参数20水平测量仪1个参考具体技术参数21万用表1台参考具体技术参数22灭火器2个参考具体技术参数23安全防护用具2套参考具体技术参数 24智能网联汽车虚拟仿真测试软 件 1套参考具体技术参数 25智能网联汽车监控云平台1套参考具体技术参数26液晶显示器1台参考具体技术参数27道路测试设施1套参考具体技术参数
电动汽车三电简介
电动汽车三电基本情况 电动汽车三电基本情况 (1) 1动力电池 (2) 1.1锂离子电池简介 (2) 1.1.1锂电池五个主要参数 (2) 1.1.2充电过程与充电方法 (2) 1.1.3三元锂和磷酸铁锂对比分析 (3) 1.1.4三元锂电池的优缺点 (3) 1.1.5磷酸铁锂电池优缺点 (4) 1.1.6综合分析 (5) 2驱动电机 (7) 2.1两类电机的工作原理 (7) 3控制系统 (9) 3.1整车控制器控制系统结构 (9) 3.2整车控制器功能说明 (11)
1动力电池 1.1锂离子电池简介 1.1.1锂电池五个主要参数 1.容量 常用Ah(安时)表示，1Ah 就是能在1A 的电流下放电 1 小时，与电池容量相关的一个参数是蓄电池的充电电流。蓄电池的充电电流通常用充电速率C 表示，C 为蓄电池的额定容量。例如，用2A 电流对1Ah 电池充电，充电速率就是2C。 2.标称电压 电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。 3.内阻 电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。 4.充电终止电压 蓄电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，蓄电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。 5.放电终止电压 放电终止电压是指蓄电池放电时允许的最低电压。如果电压低于放电终止电压后蓄电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。 1.1.2充电过程与充电方法 电池的充电过程通常可分为预充电、快速充电、补足充电、涓流充电 1.预充电 对长期不用的或新电池充电时，一开始就采用快速充电，会影响电池的寿命。因此，这种电池应先用小电流充电，使其满足一定的充电条件，这个阶段称为预充电。