纯电动汽车动力性与能量消耗参数灵敏度分析
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析
纯电动大客车动力系统参数匹配与仿真分析张琼;高松;王玉成;温延兵;李博【摘要】Matching design of the electric vehicle power system parameters has a great influence on the vehicle performance .According to the basic structural parameters of vehicle and target performance requirements ,we determine the detailed design and calculation method for the pa‐rameters of power transmission system .Through the design of parameters for the motor ,battery and transmission system and rational selection ,w e ensure that the pow er performance and the e‐conomic performance of the vehicle to the optimal value .Then we establish the simulation model of the pure electric bus by Cruise ,evaluate and analyze the performance index parameters by the simulation results .Especially for modeling and simulation of power battery ,we analyze the design and selection of battery parameters w hether meet the requirements by the performance data ob‐tained through simulation . The results show that the design of the power system matching scheme can satisfy the vehicle dynamic performance and economic performance perfectly ,and pro‐vides a new idea for the matching analysis of pure electric bus .It has a certain theoretical guiding significance .%电动汽车动力系统参数匹配设计对整车性能有很大影响，根据整车基本结构参数和目标性能要求，确定动力传动系统各参数的具体设计计算方法，通过对电机、电池及传动系统参数的设计匹配与合理选型来确保整车动力性能和经济性能发挥到最优值。
211098601_某纯电动汽车动力系统能量仿真分析
第35卷第2期2023年4月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e)V o l.35,N o.2A p r.2023文章编号:2095-5456(2023)02-0151-06某纯电动汽车动力系统能量仿真分析王楷焱1,王云1,戚基艳2(1.沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳110159;2.沈阳工学院机械工程与自动化学院,辽宁沈阳113122)摘要:基于某仿真软件搭建了纯电动汽车的动力传动模型,并设置了重要部件的参数,研究了N E D C 工况下部分影响因素对输入转速㊁电池S O C的影响结果㊂通过模型可以直观有效地看出动力传动系统能量传递情况,为综合能量流仿真分析发现的问题进一步提出可供参考的优化建议㊂研究结果显示,建立的动力传动系统能量流仿真模型可靠有效;常温N E D C循环工况下的动力工况表现较好㊂关键词:能量流;仿真;动力传动系统;纯电动汽车;N E D C循环工况中图分类号:U469.7文献标志码:AE n e r g y S i m u l a t i o n A n a l y s i so faP u r eE l e c t r i cV e h i c l eP o w e r S y s t e mWA N G K a i y a n1,WA N GY u n1,Q I J i y a n2(1.S c h o o lo f A u t o m o b i l e s&T r a n s p o r t a t i o n,S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y,S h e n y a n g110159,C h i n a;2.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n,S h e n y a n g I n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,S h e n y a n g113122,C h i n a)A b s t r a c t:B a s e do nas i m u l a t i o ns o f t w a r e,t h e p o w e rt r a n s m i s s i o n m o d e lo f p u r ee l e c t r i c v e h i c l e s w a sc o n s t r u c t e d,a n dt h e p a r a m e t e r s o fi m p o r t a n tc o m p o n e n t s w e r es e t.T h e i n f l u e n c e o f s o m e f a c t o r so n i n p u t s p e e da n db a t t e r y S O Cu n d e rN E DC w o r k i n g c o n d i t i o n s w a s s t u d i e d.T h r o u g h t h em o d e l,t h e e n e r g y t r a n s f e r o f t h e d r i v e t r a i n c a nb e i n t u i t i v e l y a n de f f e c t i v e l y s e e n,a n df u r t h e ro p t i m i z a t i o ns u g g e s t i o n sc a nb e p u t f o r w a r df o r t h e p r o b l e m sf o u n d i n t h e c o m p r e h e n s i v e e n e rg y f l o ws i m u l a t i o n a n a l y s i s.Th e r e s e a r c h r e s u l t s s h o wt h a t t h ee s t a b li s h e d p o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m e n e r g y f l o w s i m u l a t i o n m o d e l i sr e l i a b l ea n d e f f e c t i v e.T h e p o w e r c o n d i t i o nu n d e r t h e n o r m a l t e m p e r a t u r eN E D Cc y c l e c o n d i t i o n i s g o o d. K e y w o r d s:e n e r g y f l o w;s i m u l a t i o n;p o w e rt r a n s m i s s i o ns y s t e m;p u r ee l e c t r i cv e h i c l e; N E D Cc y c l i c c o n d i t i o n s近年来,电动车凭借着其清洁㊁无污染的特点应用越来越广㊂但是一些问题随之而来,最主要的问题就是行驶里程不够远㊂除了大力发展电池技术以外还可以通过提高能量利用率来提高行驶里程㊂目前针对电动车动力系统运行效率的研究大部分是单个零部件的优化[1],但是电动车在行驶过程中,其动力电池㊁电动机控制器和驱动电动机(也称三电)具有很强的耦合关系,如果只是单一地研究某个零部件就很难达到对动力总成全局优化的效果[2]㊂所以,分析能量在整个动力总成内部的传递以及转化的规律即能量流尤为重要㊂针对电动汽车能量流的研究,现在大多是通过进行系统台架试验,或者是通过软件仿真的方法进行,整车试验应用不广㊂国内外一些学者基于试验对电动汽车能量流进行了很多的研究,但没有单独地针对电动车传动系统能量流来研究㊂收稿日期:20220628基金项目:辽宁省科学技术计划项目(2021-M S-354)㊂作者简介:王楷焱(1983),男,辽宁沈阳人,副教授,博士㊂251沈阳大学学报(自然科学版)第35卷本文在建立了某电动车电机动力传动系统数学模型的基础上,测得了不同工况下由驱动电机转轴与车轮之间的连接部分的有效功率和损耗等,分析了各种工况下电池S O C的使用和回收情况㊂1传动系统能量流仿真模拟1.1能量流原理纯电动汽车的能量由电池提供,储存在电池中的电力通常来自电网㊂有关于纯电动汽车能量消耗常用的计算方法可分为2种:一是将电网输入的交流电量作为能耗的计算依据;二是以动力电池输出的高压直流电量作为能量消耗的计算基础㊂绝大多数纯电动汽车的能量流实验中,都对电网中的电能变化进行监测,考虑充电机㊁充电效率等影响因素来开展能量流的计算分析㊂本文中对能量流的计算依托于基于软件搭建的整车能量流仿真模型,是以动力电池输出的高压直流电为计算基础的,动力电池的总输出能量包括电池满电的能量和制动时回收的部分能量[3]㊂当车辆刹车时,能量通过其他制动装置从车轮转移到电池㊂汽车运行时,电池首先将储存的电能传送到电机控制器上,电机控制器根据汽车的需要控制电机,驱动电机将电能转换为机械能,然后通过其他装置传输给车轮,车轮克服阻力带动车辆行驶㊂对于具有制动能量回收功能的纯电动汽车,在制动时,部分能量通过车轮传递到驱动电机上,电机将机械能转化为电能,并将其传输到电池中进行储能㊂在这种情况下电机发挥发电机的作用㊂此外,为了保持低压系统的正常运行,电池管理系统会根据是否缺少12V低压电池,通过D C/D C转换器对部分电池进行充电,并通过电池为低压系统供电[4]㊂从蓄电池充电到驱动车轮运行,纯电动汽车的能量走向可以概括为:充电桩 车载充电机 蓄电池 电流 电力调节器 电动机 动力传动系统 驱动汽车行驶㊂在这整个能量传递过程中,主要存在着电能和机械能的转换及消耗㊂图1为纯电动汽车能量流动情况,其中动力电池㊁电机等部件构成电动车的传动系统,它是一个复杂的多非线性因素耦合系统[5]㊂本文利用软件搭建电动车传动系统,研究了不同工况下动力传动系统的能量损耗,为后续研究提供了参考㊂图1纯电动汽车能量流F i g.1E n e r g y f l o wo f p u r ee l e c t r i cv e h i c l e s1.2动力传动系统模型介绍及参数设置纯电动车的动力传动系统模型主要包含驾驶员模型㊁动力电池模型㊁电机模型㊁车辆模型㊁整车控制模型等[6]㊂动力传动系统模型的参数输入主要根据实车参数和试验结果,以便于后续研究的参考㊂1)驾驶员模型㊂在软件中的I F PD r i v e模型库中,根据建模需求和特点,选择驾驶员模型中的D R V D R V A01B子模型,其内部自带P I D控制器㊂驾驶员模型可以联和V C U整车控制单元通过对比目标车速与实际车速来控制加速和制动信号[7]㊂控制原理如下:ΔV=V t a r g e t-V r e h;(1)S a c c=G P a c cΔV+G I a c cʏΔV d t+G A a c c d V t a r g e t;(2)S b r a k=-G P b r a kΔV-G I b r a kʏΔV d t-G A b r a k d V t a r g e t㊂(3)式中:S a c c为加速信号;S b r a k为制动信号;V t a r g e t为目标车速;V r e h为实际车速;G为车辆质量;P a c c㊁I a c c㊁A a c c 分别为加速控制的P I D增益系数;P b r a k㊁I b r a k㊁A b r a k分别为制动控制的P I D增益系数,t为时间㊂2)动力电池模型㊂本文选取的是D R V B A T001电池模型,这是电池模型的一类子型号,这种电池是由电池组串联或并联而成的㊂电池的输出电压可用以下公式进行计算:U o u t =U o -R I ㊂(4)式中:U o u t 为电池输出电压;U o 为电池开路电压;R 为等效电阻;I 为输入电流㊂在变电压情况下,它包括一个内阻模型㊂需要实验数据来描述开路电压和内阻㊂开路电压和内阻取决于温度和电池S O C ㊂其中电池S O C (又称电池荷电状态)值计算公式如下:d V S O C d t =-I 100C n o m ㊂(5)式中C n o m 为电池额定容量㊂3)电机模型㊂纯电动汽车传动系统中电机为整车提供动力,是电动汽车的核心㊂其将电能转换为机械能的过程中有一定的能量损失㊂本文选用D R V E M 02-电机模型,它是一个带有变频器的电动机模型㊂其输出转矩和功率损耗可以通过数据文件或特征参数来确定㊂电机输出的扭矩限制条件如下:T m i n ɤT ɤT m a x ㊂(6)式中:T m i n 为电机最小扭矩;T m a x 最大扭矩㊂4)车辆模型㊂与传统汽车相比,纯电动汽车最大的变化是它的动力系统,用动力电池和驱动电机取代了传统发动机㊂汽车上的其他系统,如车身㊁方向盘和悬架等,基本上维持了传统的运行原理和结构[8]㊂类似的原理和结构使得电动车具有与传统汽车相同的行驶阻力,研究方法和过程也大致相同㊂由汽车理论可知,车辆行驶时受到总的阻力为ðF =F f +F i +F w +F j ㊂(7)式中:F f 为滚动阻力,N ;F i 为坡度阻力,N ;F w 为空气阻力,N ;F j 为加速阻力,N ㊂则电动车驱动力-行驶阻力的平衡方程为F d =F f +F i +F w +F j(8)或T t q i g i o ηT r =G f +G i +C D A u 2a 21.15+δm d u d t ㊂(9)式中:F d 为车辆行驶需求驱动力,N ;T t q 为驱动电机转矩,N ㊃m ;i g 为变速器传动比;i o 为主减速器传动比;ηT 为传动效率;r 为车轮半径;G 为汽车所受重力,N ;f 为滚动阻力系数;i 为坡度;C D 为风阻系数;A 为迎风面积,m 2;u a 为车速,k m ㊃h -1;δ为旋转质量换算系数;m 为汽车质量,k g ;d u d t 为加速度,m ㊃s -2㊂本文选用D R V V E H 02-车辆模型,这是车辆的一个子模型㊂5)整车控制器模型㊂整车控制器(V C U )包括4个模块,有输入㊁输出信号传输模块㊁驱动控制策略模块㊁制动控制模块㊂整车控制器模型是纯电动汽车动力传动系统建模的核心,本文选用D R V V C U E 03-电动汽车控制单元模型,图2是它的驱动程序命令,它是使用来自驾驶员的加速和制动命令计算扭矩的㊂图2 V C U 制动策略F i g .2 V C Ub r a k i n g s t r a t e g y1.3 动力传动系统模型的建立在动力传动系统模型的搭建过程中,暂不考虑电机和动力电池等部件的热特性,因此把热接口都设置成定值[910]㊂动力传动系统模型如图3所示,主要包括驾驶员模型㊁整车控制器模型㊁传动系统模型㊁电驱系统模型等㊂351第2期 王楷焱等:某纯电动汽车动力系统能量仿真分析图3动力传动系统模型F i g.3D r i v e t r a i nm o d e l2模型仿真分析设置仿真工况为N E D C循环工况,环境温度为25ħ,车辆总质量为1206k g,车辆最大制动力矩为1000N m,电机扭矩范围为-208~208N m,仿真时间为1180s㊂车辆控制单元(V C U)分析驾驶员的输入(加速和制动),并命令电机和车辆制动㊂对于制动指令,V C U可以命令电动机作为发电装置为电池充电㊂V C U对制动回收的控制策略是:当S O C值低于89%时,V C U授权制动再生,电机用于制动车辆和充电;当S O C值高于95%时,不授权制动再生㊂电机转速小于69r㊃m i n-1时,V C U不授权制动再生,电机转速大于71r㊃m i n-1时,授权制动再生㊂开始行驶时制动力矩仅由车辆制动器提供,当电机转速到达设定值后将制动扭矩分成2部分:车辆制动扭矩为60%,电机扭矩为40%㊂图4表示在开始阶段电池S O C值低于95%,此时处于低阈值状态,V C U会授权制动再生;当S O C 值高于95%时,即高阈值状态,不再进行制动能量回收;S O C值低于89%时,再次回到低阈值状态, V C U再次授权制动再生,一直到S O C值为95%以上时停止授权㊂图5表示初始阶段电机转速较低,此时电机转速处于低阈值状态,没有制动回收㊂当电机转速达到71r㊃m i n-1,达到高阈值状态,V C U授权制动回收;当电机转速低于69r㊃m i n-1时,停止制动回收,直到电机转速再次达到71r㊃m i n-1时,V C U会启用制动再生㊂图4S O C阈值F i g.4T h r e s h o l do f S O C图5电机转速阈值F i g.5M o t o r s p e e d t h r e s h o l d451沈阳大学学报(自然科学版)第35卷选择齿轮传动比的时候考虑其爬坡能力,传动比越大其爬坡能力越强,图6可以看出汽车运行相同的时间,传动比为5时,电池S O C 值下降最慢,传动比为8时,S O C 值下降最快;制动时,传动比为7和8的回收量大致相同,传动比为5的回收效率最好,传动比为6时回收效率最差㊂图7表示的是不同的传动比下的电机输入到汽车的转速,当传动比为8时,转速曲线已经有明显的变形,传动比为5㊁6和7时,转速曲线大致相同㊂结合图6考虑,在实际操作中,传动比选择5㊂图6 电池S O C F i g .6 S O Co f b a t t e r y 图7 输入转速F i g .7 R o t a t i o n a l s p e e do f i n pu t 图8表示的是相同条件下汽车质量不同时对电池S O C 的影响㊂开始运行时各种质量的汽车其电池S O C 值下降情况大致相同,运行时间越长差距越明显,汽车质量越小S O C 值下降得越慢,经济性越好且随着工况运行对电池S O C 的影响越大㊂实验中要以真实情况为准㊂图9表示的是风速对电池S O C 的影响,设置运行时长10000s ㊂起始阶段,各工况运行差异不大,运行到1000s 时开始出现明显差异㊂无风(风速为0m ㊃s -1)状态下,电池S O C 使用情况是最优的㊂三级风(风速为3.4~5.4m ㊃s -1)时,电池S O C 下降状态明显,运行期间S O C 值下降约91%,而无风工况下运行S O C 值只下降约70.5%,风速对电池S O C 的使用有较大影响㊂图8 汽车质量对S O C 的影响F i g .8 E f f e c t o f v e h i c l ew e i g h t o nS O C 图9 风速对S O C 的影响F i g .9 E f f e c t o fw i n d s pe e do nS O C 3 结 论本文中用仿真软件搭建了纯电动汽车动力传动模型并且设置相关参数,提出了电池S O C 在不同电量下的V C U 对制动回收的控制以及在电机不同转速下V C U 对制动回收的控制,对比了不同影响因素下汽车输入转速和电池S O C 的情况,得到以下结论:1)传动比为5时,电池使用情况最优且转速曲线符合实际曲线,传动比为6时,能量回收效果最差;传动比为8时,转速曲线已经有明显的变形且电池S O C 使用情况较差㊂2)汽车总质量越小,行驶中电池S O C 值下降越慢且差异性变化明显㊂3)速度保持不变的情况下,无风状态时电池S O C 下降最慢;随着风力增大,S O C 下降增大㊂随着551第2期 王楷焱等:某纯电动汽车动力系统能量仿真分析651沈阳大学学报(自然科学版)第35卷运行时长增加,无风和三级风对电池S O C的影响体现出较大差异㊂从S O C值的变化和车速可以计算出汽车的行驶里程,当S O C值从90%到10%时,汽车的行驶距离约为133k m㊂通过该仿真分析可以直观的看到能量传输情况,也可以监测整个动力传动系统的能量回收情况,为实现整车系统最优控制和降低车辆能耗提供帮助㊂参考文献:[1]李渝丽.基于轮毂电机的纯电动汽车动力系统匹配研究[D].太原:中北大学,2020.L IY L.R e s e a r c ho n p o w e r t r a i n m a t c h i n g o f p u r ee l e c t r i cv e h i c l eb a s e do nh u b m o t o r[D].T a i y u a n:N o r t h U n i v e r s i t y o fC h i n a,2020.[2]沈童.面向极限工况的分布式驱动电动汽车纵横协同控制研究[D].南京:东南大学,2021.S H E N T.R e s e a r c h o nl o n g i t u d i n a la n dl a t e r a lc o o r d i n a t i v e c o n t r o lf o r d i s t r i b u t e d d r i v i n g e l e c t r i c v e h i c l e u n d e re x t r e m ec o nd i t i o n[D].N a n j i n g:S o u t he a s tU n i v e r s i t y,2021.[3]徐金波.纯电动汽车驱动控制策略与能量管理策略分析[D].西安:长安大学,2019.X UJB.A n a l y s i so fd r i v ec o n t r o ls t r a t e g y a n de n e r g y m a n a g e m e n ts t r a t e g y f o r p u r ee l e c t r i cv e h i c l e[D].X i a n:C h a n g a n U n i v e r s i t y,2019.[4]陈挺.一种新能源船混合动力电源管理系统设计与实现[D].海口:海南大学,2021.C H E N T.D e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fah y b r i d p o 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纯电动汽车变工况运行能效分析
３ ２ Ｖ， 定 容 量 ． 额 １ ０Ａｈ ６ 额 定 内 阻 ０ ２ ｍ Ｑ
，
．
≥ １０ ６
表 ２ 动 力 电池 特 性 数 据 采 集 设 备
设 备 名 称
设 备 功能
６０
一≤ ５ ０
鹾 ４ Ｏ
謇 善ｉ
薹 主 蚕
。６ ５ 池 测 试 、 集 动 力 电 池 的 阻 抗 值 采
Ｈ
体效 率 的 主要 因素 。
关 键 词 ：汽 车 ；纯 电动 汽 车 ； 源 效 率 链 ； 力 电 池 ；能 效 分 析 能 动
中 图分 类 号 ： ６ ． ２ Ｕ４ ９ ７ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １ ６ ８ ２ １ ） ３ ０ ８ ４ １ ７ —２ ６ （ ０ ２ ０ —０ ０ —０
总 第 １ ０期 ５
Ｈｉｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａｕｏ ｔｖ ｔｍｏｉｅＡｐｐ ｉａ ｉｎ ｌｃ ｔｏ ｓ
表 １ 纯 电动 汽 车 整 车 主 要 参 数
９
项目
参 数 值
项目
参数 值
车 型
轮 胎 规 格
Ｆ ７２ Ｙ６ ０
７ ０ Ｒ，． Ｏ ６ Ｔ ．０ ６ ５Ｒ１ Ｌ
行 分析 ， 对进 一 步提 高 纯 电动 汽 车能 源 利 用率 具 有 十分重 大 的意义 。而 目前 对纯 电动汽车 能源效 率 的 分析 主要集 中于实 验 台架 和巡航 工况 等理想 行驶 状 态 ， 能准确 地 把握 纯 电 动汽 车 在 实 际行 驶 工 况下 不
与
汽 迢
公僦
路＆
Ａ
纯 电动汽 车 （ Ｖ） Ｅ 因运行 时 的零 污染 、 高 的能 较
基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析
基于某款纯电动汽车动力系统计算与仿真分析摘要动力系统参数的选择与匹配对电动汽车的动力性和经济性会产生很大的影响。
文章在理论计算和系统分析的基础上，对电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配，分析了纯电动汽车动力系统参数的选择对电动汽车性能的影响。
GT-suite 仿真结果表明，所选动力总成部件与整车匹配后能够满足纯电动轿车动力性的要求。
为纯电动汽车动力系统参数选择与匹配提供了参考。
关键词电动汽车动力系统参数匹配动力性仿真中图分类号：U463. 23 文献标识码：A电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题可行的技术之一。
电动汽车是由车载动力电池作为能量源的零排放汽车。
近些年来，电动汽车的研制热潮在全世界范围内兴起，尤其是在我国，逐步向小批量商业化生产的方向发展。
电动汽车技术的发展依赖于多学科技术的进步，尤其需要解决的问题是进一步提高动力性能，增加续驶里程，降低成本。
考虑开发经费和开发周期，建立计算机仿真模型对电动汽车的性能进行仿真分析是很有意义的。
1电动汽车动力系统参数要求电动汽车的动力性主要取决于动力及传动系统参数匹配，包括动力电池、驱动电机及传动系统控制器等部件。
根据设计要求，本电动汽车设计参数为：最高车速150km/h，最大爬坡度》30%，续驶里程》180km。
0100km/h的时间为： < 15s。
相关的车辆参数为：汽车整备质量: 1600kg ;迎风面积：2.19m2;长？卓？赘呤滴？631?? 790??470 m m ；轴距为：2650；滚动阻力为：0.0015；风阻系数：0.296 。
2电机参数匹配电机作为电动汽车主要动力源，电机的匹配对电动汽车性能起着关键作用。
电机匹配主要考虑参数为电机的额定功率、峰值功率，电机的最高转速、额定转速。
2.1电机额定功率、峰值功率的选择电机功率的高低直接决定了汽车动力性的好与坏。
电机额定功率越大，电动汽车的加速性能和最大爬坡度就越好，但是带来的是电机体积与质量的增加，而且此时电机不能保持在较高效率下工作，降低车辆的能量利用效率，缩短了汽车的续驶里程。
某型纯电动汽车动力系统参数匹配研究
第30卷第5期 2007年5月合肥工业大学学报(自然科学版)JO U RN AL O F H EFEI U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GYVol.30No.5 M ay 2007收稿日期:2006-12-06;修改日期:2007-04-26基金项目:安徽省交通科技进步计划资助项目(2006-11);合肥工业大学科学研究发展基金资助项目(06-106)作者简介:刘灵芝(1971)),女,安徽砀山人,合肥工业大学硕士生.某型纯电动汽车动力系统参数匹配研究刘灵芝1, 张炳力1, 汤仁礼2(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009; 2.安徽江淮汽车股份有限公司,安徽合肥 230022)摘 要:建立了某型纯电动汽车的动力系统结构和控制策略,提出了其动力系统的匹配设计方法。
在理论计算和工程分析的基础上,对其电机、电池以及传动系传动比进行了参数匹配,并用计算机对实例进行了仿真研究,结果表明这种方法可行有效。
关键词:电动汽车;动力系统;参数匹配中图分类号:U 469172 文献标识码:A 文章编号:1003-5060(2007)05-0591-03Matching of powertrain parameters of a pure electric vehicleLIU Ling -zhi 1, ZH ANG Bing -li 1, TAN G Ren -li2(1.School of M achin ery an d Automobile En gineering,Hefei U nivers ity of T echn ology,H efei 230009,Chin a; 2.Anhu i Jianghu ai Auto -m ob ile Co.,Ltd.,H efei 230022,Ch ina)Abstract:The pow er train framew ork and control strateg y o f a pure electric vehicle w hich uses storage cells as the pow er source are presented.T he m ethods of matching po w ertrain parameters are de -scribed.The related par am eters of storage cells,the m otor and the gear ratio of the dr iv eline are de -signed on the basis o f theo retic and eng ineering analysis.Simulation of the matching is carried out,and efficiency of the pow er tr ain and dynam ic perform ance of the vehicle are confirm ed,w hich show s that the m atching metho ds are feasible.Key words:electric vehicle;pow ertrain sy stem ;parameter matching 为减少燃油的消耗量和对人类的生态环境产生不利影响,开发清洁、高效、智能的新型汽车成为当今世界汽车发展的紧迫任务。
某纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析
某纯电动汽车动力系统参数匹配与仿真分析HUANG Dinyou;ZENG Wenjie;ZENG Falin【摘要】合理的参数匹配是电动汽车发挥最佳动力性能和经济性能的关键所在.以某公司立项的纯电动汽车为研究对象,其整车参数和动力性能指标根据双100标准设定,采用辅能源单变换器并联的复合电源结构,对其配置的低电压电池动力系统进行了相应的参数匹配计算,并应用ADVISOR进行仿真,对不同工况进行分析.仿真结果显示匹配方案较好地满足了该复合电源结构电动汽车的动力性能及经济性能要求,电池具有良好的充放电特性,可供相应电动汽车设计参考.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】4页(P130-133)【关键词】电动汽车;动力系统;参数匹配;仿真分析;复合电源【作者】HUANG Dinyou;ZENG Wenjie;ZENG Falin【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】U469.720 引言纯电动汽车在保护环境、改善我国能源结构、减轻城市噪声污染等方面都有非常大优势，所以积极发展纯电动汽车具有非常重要的意义[1]。
但在我国，甚至在世界上纯电动汽车的发展并不是一帆风顺，在电动汽车方面的诸多难题没有得到有效解决。
比如在电池技术方面，电池质量大、成本高、充电速度慢、比能量低、SOC 估算不准等难题一直困扰着汽车的动力性和经济性。
2004年，英国曼彻斯特大学实验室成功研制出了石墨烯，但想要在汽车上普及石墨烯电池还有很长的路要走。
由于短期内在电池技术方面很难取得重大进展，所以对汽车从业人员来说运用现有技术提高电动汽车动力性经济性变得很重要。
整车厂的核心技术也体现在动力系统匹配的能力上，将传统汽车的匹配思路嫁接到新能源汽车方面是改善汽车动力性(最高车速、加速时间、最大爬坡度)和经济性(续驶里程)的重要突破口[2]。
纵观前人的研究，大部分的电动汽车动力系统参数匹配设计采用高电压电池以满足汽车的动力性能要求，但高电压对汽车电路元器件的要求更高，且对人们的用电安全有影响。
纯电动汽车动力性与经济性仿真研究
需求 ， 查 表 得到 电机 能 够 提供 的制 动 扭矩 ， 并请 求 电机提 供该 扭矩 。如果 整 车需 求 的制 动 力 超过 了
电机 的制动 能力 ， 则 由机 械制 动 器 提供 剩 余 扭 矩 。
在 电机转 速很 低 的情 况 下 ， 制 动 回馈 的效 率 不 高 ，
１ ０ ０ ％ 的情 况下 ， 根 据 电机 扭 矩 输 出进 行 动 力 学 计
算得 到 的 。经 济 性 指 标 是 用 速 度 控 制 的方 法 ， 让
车辆 跟 随 Ｎ Ｅ Ｄ Ｃ循 环 工 况 曲线 行 驶 ， 最 后 得 出车 辆 的能量 消 耗 。计 算 完 成 后 ， 可 以通 过 软 件 的 后 处理模 块 进行 结果 查看 和 分析 （ 见图 ５ ） 。
参照 欧洲 和 国 内 的 试 验 标 准 ， 选 取 了表 １中 的评
价指标 。
目Ｎ ／ 辑
１ ． ０ Ｏ
０ ． ９ ９
０ ９ ８
０ ． ９ ７
０ ． ９ ５ ｇ
Ｏ ． ９ ４ ０ ． ９ ３ Ｏ ９ ２
０ ． ９ １ ５ ０
表 １ 整车性能仿真评价指标
至今 仍 未普及 ， 很难 取 得 有价 值 的 实车试 验 数 据 。
借助 仿 真工具 ， 在 车 辆 开 发 阶段 对 其 动 力 性 与 经
济 性 做 出评 估 ， 从 而 指 导零 件 选 型 、 匹配 和 优 化 ， 可 以极 大 地 降 低 开 发 成 本 ， 缩 短 开 发 周 期 。本 文 研 究 了借 助 Ｇ Ｔ — ｓ ｕ ｉ ｔ ｅ 仿 真软 件 建 立纯 电动 汽 车整
纯电动汽车动力系统参数匹配设计及优化
纯电动汽车动力系统参数匹配设计及优化◎姚泳发展新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（PEV）以及燃料电池汽车（FCEV）是实现我国能源安全和环境保护以及中国汽车工业健康可持续发展的必然趋势。
纯电动汽车以车载二次电源作为储能方式，以电动机为动力装置驱动车辆行驶，相比混合动力汽车而言，具有零排放、低噪声且结构简单等特点。
本文以满足动力性需求为前提，以提高整车经济性并降低整车成本为目标，在动力系统部件特性分析结果的基础上，探索纯电动汽车整车动力系统参数匹配技术的关键。
在满足续驶里程约束的前提下满足整车系统目标；充分考虑工况和系统效率对整车性能的影响，提出对动力系统参数进行了综合寻优操作，在手动整定方法基础上进一步提高了整车的经济性潜力。
一、动力系统参数匹配目标根据纯电动整车的基本性能要求以及用户和市场的接受度影响因素，综合确定纯电动汽车动力系统参数匹配目标如下：1.动力性约束。
整车动力性是整车驾驶性能的基本保证，关系到驾驶员的直观操作感觉。
因此，应考虑满足整车动力性指标要求，确保整车能够达到基本的动力性指标，如最高车速、加速时间以及爬坡度等。
2.经济性提高。
整车经济性体现了纯电动整车的能耗水平，是评价纯电动汽车技术水平的关键指标之一，尤其是纯电动汽车搭载能量有限，通过参数匹配的方式提高整车经济性潜力至关重要。
3.降低成本。
整车成本问题是制约动纯电动汽车产业化发展和市场推广的一个主要因素，尤其是纯电动汽车需较多的电池以满足功率和能量的要求从而导致电池数量增多、初始配置成本较高，而且动力电池循环使用次数受到使用制度的极大影响，往往先于整车而提前“报废”从而不得不更换电池导致维护和使用成本的大大增加。
因此，应从初始配置成本和维护使用成本两方面予以考虑，在满足整车需求的情况下，通过合理匹配动力系统参数，达到降低成本的目的，提高市场及用户的接受度。
二、动力系统参数匹配任务系统参数匹配的主要任务是确定动力系统部件的选型和参数确定，也就是电机系统、电池系统以及变速器的样式和他们的关键特征参数的设定。
纯电动车辆动力系统仿真分析研究
纯电动车辆动力系统仿真分析研究近年来，随着全球对环保的关注度不断提高，纯电动车辆越来越受到人们的青睐。
然而，纯电动车辆的动力系统相比于传统的燃油动力系统而言，存在很多技术上的挑战。
为了更好地研究和优化纯电动车辆的动力系统，人们开始运用仿真技术进行分析研究。
一、纯电动车辆的动力系统纯电动车辆的动力系统主要由三大部分组成：能量转换系统、能量贮存系统和能量控制系统。
其中，能量转换系统包含电机、变速箱等部件，负责将电能转换为机械能，从而驱动车辆前进。
能量贮存系统则主要包括电池和超级电容器，负责储存电能。
而能量控制系统则负责控制这些部件的工作，例如电机控制器、电池管理系统等。
二、纯电动车辆动力系统仿真分析的意义纯电动车辆的动力系统可谓是十分复杂的，需要从多个角度进行分析和优化。
此时，仿真技术就显得尤为重要。
首先，仿真技术能够帮助研究人员更加深入地了解纯电动车辆的动力系统工作原理和性能表现。
其次，仿真技术可以节省大量的时间和成本。
在实际车辆测试过程中，往往需要大量的时间和资源才能得出准确的测试结果。
而利用仿真技术，则可以在较短的时间内模拟出车辆在各种工况下的性能表现。
最后，仿真技术还能够为研究人员提供一定程度上的设计优化思路。
通过对仿真结果的分析，可以发现动力系统中存在的不足之处，从而进行更加科学的设计优化。
三、纯电动车辆动力系统仿真分析的具体实践具体来说，纯电动车辆动力系统仿真分析需要进行以下几个方面的工作：1. 建立车辆动力学模型。
通过建立适当的模型，可以较为真实地反映出车辆在各种工况下的运动学和动力学性能，包括加速度、刹车距离、转向等。
2. 建立电池模型。
电池是纯电动车辆最重要的能量贮存部件，其性能表现直接影响着车辆的续航里程和动力输出。
因此，建立准确的电池模型是非常关键的。
3. 建立电机模型。
电机是纯电动车辆的动力输出部件，其性能表现也极其重要。
通过建立电机模型，可以较为真实地反映出电机在各种工况下的输出特性和能耗情况。
纯电动汽车动力系统参数选择与匹配
(mgf + FW )r imax = TMSmaxη T 式中： FW——最高车速下电动汽车的空气阻力，N； TMS max——电机最高转速下对应的输出转矩，
N·m。 综上，确定驱动电机额定转速 nb=2 500 r/min， 最高转速 nmax=6 000 r/min，额定转矩 Tr=75 N·m，最 大转矩 Tmax=115 N·m。 4.3 减速器挡位的确定 采用交流驱动系统时，需要考虑 2 个主要的动力 与阻力平衡点：一是以常规行驶车速等速平地行驶的 转矩平衡点；二是最高车速时的转矩平衡点。它们对 电动汽车的传动系挡位数的选择产生重要影响。理论 上，应使电动汽车的常规车速落在基频上，以直接挡 获得最高车速，功率平衡点在等功率段上 。电动汽 车功率平衡图，如图 2 所示，图 2 中，Pe 和 (Pf+Pw)/ηT 分别为电机功率和摩擦阻力与空气阻力对应阻功率， nN 为电机基频，uN 为电机基频对应车速，umax 为电机 最高转速对应的车速。
2
驱动电机参数选择与匹配
驱动电机是电动汽车行驶的动力源，电机参数匹
动力性、经济性和续驶里程等都将有显著的影响。
1
电动汽车动力系统设计要求
电动汽车的动力性主要取决于动力系统参数匹
配主要包括电机的峰值功率和额定功率、电机的最高 转速和额定转速等。 2.1 电机峰值功率及额定功率的匹配 电机的功率大小直接关系到电动汽车动力性的好 坏。电机功率越大，电动汽车的加速性和最大爬坡度
n SNJO
图 1 驱动电机扭矩转矩特性
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