纯电动车动力系统选型和基于AVL Cruise的性能仿真

2010年 第 4期
移动电源 与 车 辆
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表 1 原车行驶参数
整备质量 m 0 满载质量 m 1 迎风面积 A 风阻系数 CD
/ kg
/ kg
/m2
轴距 L /mm
车轮滚动半径 r 后桥速比 i0 滚动阻力系数 f /m
11 800
17 500
7. 5
0. 65
5 800
0. 5
6. 3
0. 02
关键词: C ru ise; 模型仿真; 模型 标定; 车辆动力性 do:i 10. 3969 /.j issn. 1003 4250. 2010. 04. 005 中图分类号 : U469. 72 文献标识码: A 文章编号: 1003 4250( 2010) 04 0012 07
作 者 简 介: 王 瑞 敏 ( 1975- ), 女, 山 东 人, 博 士学 位, 研 究 方 向 为 汽 车 仿 真, 节能, 新能源汽车。
# 0. 5+
17 500 # 9. 8 # sin( arctg0. 18) # 0. 5 6. 3 # 2. 6 # 0. 9
= 1 139 N m
考虑 10% 的余 量, 驱 动电 机的 最大 扭矩应 选
1 300 N m。取电机最大扭矩为额定扭矩的 2倍, 则
电机的额定扭矩为 650 N m。
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Movab le Power Stat ion & V eh icle
No. 4 2010
理论研究
纯电动车动力 系统选型和基于
*
AVL C ru ise的 性 能 仿 真
王瑞敏, 张 帆
(上汽商用车技术中心 新能源技术部, 上海 200438)
摘 要: 纯电动车作为新能源车的一个重要解 决方案, 得到了快 速发展。根 据整车动 力性 参数对动力系统 进行了选型, 并利用先进的整 车模拟软 件 C ru ise进行了 仿真验 证。首先, 利用 Cru ise搭建了一个纯电动车模型, 并利用原车 数据进行 了标定, 在 此基础 上进行 了整车动 力性 能仿真计算, 仿真结果表明该纯电动车选型的动力 性能能够 达到预期的 目标, 为纯电动车 的前 期开发节约了时 间和成本。
v50
ห้องสมุดไป่ตู้
P max =
3 600!
( 6)
其中 P max 主电机最大需求功率;
v50 加速最终速度, 50 km / h;
汽车旋转质量换算系数, 取 1. 04~ 1. 08;
t1 加速时间;
! 传动效率。
全部数据代入公式 ( 6)计 算得 P max = 220 kW。
计算结果表明, 加速行驶时所需功率远大于以最高
根据某城市的纯电动公共汽车整车和各总成部 件参数, 基于 Cru ise平台, 建立了如图 1所示的纯电 动车模型。该模型主要包括车轮模型、差分器模型、 变速箱模型、电机模型、电池模型和驾驶员模型 [ 6 ] 。
2010年 第 4期
扭矩的关系以及相应的支撑条件, 可得:
vmax i0 ig1
N em ax
0. 377r
( 4)
其中
N emax
电机最大转速;
vmax 车辆最高车速, 80 km / h;
r 车轮半径, 0. 5 m;
i0 后桥速比, 按传统车后桥 6. 3。 因此电动机的最高转速为:
N em ax
vmax i0 ig 1 = 80 # 6. 3 # 1. 4= 3 743 r /m in 0. 377r 0. 377 # 0. 5
动力蓄电池单体电压
3. 2 V
动力蓄电池单体容量
15 Ah
动力蓄电池单体并联数目
20
动力蓄电池小单元容量
300 Ah
动力蓄电池串联数目
18 0
动力蓄电池总电压
576 V
动力蓄电池单体数目
3 600
5 基于 AVL Cru ise的纯电动车辆建模与标定
5. 1 AVL C r uise介绍 AVL是一家在世界汽车、发动机行业拥有极高
随着石油的日渐稀缺, 燃油价格的日益上涨和 排放法规的日趋严格, 新能源车得到了轰轰烈烈的 发展。纯电动汽车作为新能源汽车的一个重要解决 方案, 已经越来越受到国内外各大整车企业及相关 研究机构的重视。纯电动车中商用车相对于乘用车 而言, 从充电站、性能要求到维修、保养都有着独特 的优势。
在开发一款新车的初期, 必须进行整车动力性 与经济性的一维计算, 以把握车辆大致的动力性能 和经济性能, 并据此确定新车的设计目标和产品定 位, 确保整个设计开发的合理性。在纯电动汽车开 发前期对整车性能的精确预测可以缩短开发周期, 节省成本。 AVL C ruise是一款先进的整车性能仿真 分析软件, 目前在国内的主要汽车公司得到了广泛 的应用。
定功率下, 永磁交流同步电机的质量最小, 所以本车
使用永磁同步电机。电机的最高转速根据最高车速
来选型, 扭矩 根 据 爬坡 度 来 选 型, 功 率 根 据 0 ~
50 km /h加速时间来选型。
3. 1 根据最高车速确定电机转速
电动机的最高转速不但影响纯电动车辆传动系
的尺寸, 而且影响电动机的扭矩, 根据电动机转速与
动电机。
4 动力电池的选型
目前纯电动客车选用的动力电池种类繁多, 性 能各异。结合市场调研相关资料以及电动客车运行 工况和性能要求, 选择锂离子电池作为本车的动力 电池。锂离子电池采用锂碳化合物作负极, 锂化过 渡金属氧化物作正极, 液体有机溶液或固体聚合物 作为电解液, 具有高的电池单体电压、高的比能量和 能量密度, 且工作稳定。
一般情 况 下永 磁 交 流电动机的最高转速在
3 000~ 10 000 r /m in, 取 1. 3倍的余量, 则电动机的
最高转速为 4 800 r /m in。因此取电动机的最高转
速为 4 800 r /m in。
按常规, 电动机 的最高 转速为 额定转 速 2 ~ 5
倍, 此 处 取 2. 5 倍, 则 电 动 机 的 额 定 转 速 为
2 000 r/m in。
3. 2 根据爬坡度确定电机扭矩
因为纯电动汽车完全由电动机驱动, 要求电动
机必须能够为车辆提供充 足的加速功率和 爬坡扭
矩, 因此, 电动机扭矩参数要 根据车辆爬坡 性能确
定, 车辆在一定速度下能够爬上坡度的大小反映了
车辆的爬坡性能。车辆的起步爬坡计算公式为
T tm
=
mgf cos(
知名度的高科技公司。 AVL C ruise软件是用于仿真 研究车辆动力性、燃油经济性、排放性能与制动性能 的高级仿真分析软件。该软件可以用于车辆开发过 程中的动力传动系的匹配、车辆性能预测, 还能够对 混合动 力 车和 电动 汽 车进 行 建模 仿 真 和性 能 模 拟 [ 4] 。 AVL Cruise软件界面友好, 不但与发动机性 能分析软件 (AVL Boost)有很好的耦合计算性能, 还 提供了 与 M atlab、C、F ortran 等 通用 编程 软件的 接 口, 为用户建立自定义模块及控制元件的模型提供 了方便, 并扩展了软件的应用范围 [ 5] 。 5. 2 车辆模型的建立
的百分数来表示。其计算公式为:
i=
tga =
tg (
F arcs in
t
-
(F f + Fw ) )
( 3)
G
2 车辆参数和性能指标
2. 1 车辆结构参数 原车行驶参数, 如表 1所示。变速箱参数, 如表
2 所示 。 2. 2 车辆动力性能指标参数
车辆动力性能指标参数, 如表 3所示 [ 3] 。
* 收稿日期: 2010 08 10
CD Av2 F 1= Gf + 21. 15 = 17 500 # 9. 8 # 0. 02 + 0. 65 # 7. 5 # 40 # 40= 3627. 3 N。
21. 15 车辆行驶 100 km所需的功为 W = F 1 # s= 3627. 3 # 100= 362 730 kJ
单体电压为 V_bat= 3. 2 V (额定 ), 容量为 I _bat = 15 Ah, 则需要的电池数目为
802 )
# 80
0. 9
= 436 000 kJ = 121 kW
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Movab le Power Stat ion & V eh icle
No. 4 2010
车辆在平直路面上的加速时间 t1 是反映车辆
动力性的重要指标, 依据公式 ( 6)计算加速行驶时
所需功率
m v50
CD Av250
3. 6t1 + mgf + 21. 15
3. 3 以最高车速行驶和以 0~ 50 km / h 加速时间
加速行驶所需功率中较大者确定电机功率
车辆行驶在 80 km / h需要电机提供的功率为
P 80 = F v80 =
CD Av280 fmg + 21. 15
v80
!
=
( 0.
02
#
17
500
#
9.
8+
0.
65
# 7. 5 # 21. 15
车速行驶时所需功率, 因此, 确定电机的最大功率为
220 kW。取最大功率为额定功率的 2倍, 则电机额
定功率为 110 kW。
选择额定功率为 110 kW, 最大功率为 220 kW,
额定扭矩为 650 N m, 最大扭矩为 1 300 N m, 额
定转速为 2 000 r/m in, 最高转速为 4 800 r/m in的驱
= m ax 21. 15(F t - fG) /CDA