增程式電動轎車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配與仿真研究

王云峰　牛禮民

摘 要：根據(jù)汽車基本理論對新開發(fā)的增程式電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)進行匹配。并基于AVLCruise軟件平臺，采用定點能量管理策略對設(shè)計的動力系統(tǒng)進行仿真驗證。其結(jié)果表明：設(shè)計的動力系統(tǒng)及匹配的相關(guān)參數(shù)比較合理，能實現(xiàn)增程器高效工作，有效延長了電動汽車續(xù)航里程。

關(guān)鍵詞：電動轎車；系統(tǒng)參數(shù)；匹配；仿真研究

1 引言

曾程式電動汽車是將燃油機和發(fā)電機組成的機組作為增程器，并與儲能電池一起構(gòu)成動力源，為整車行駛提供動力源，其動力系統(tǒng)設(shè)計是該類電動汽車研發(fā)工作的重要內(nèi)容之一。從目前相關(guān)的研究文獻來看，大部分研究都集中在純電動汽車動力系統(tǒng)參數(shù)匹配，專門正對增程式電動汽車的相關(guān)文獻不多。文中首先介紹了增程式動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置和工作模式；然后以增程式整車動力性指標(biāo)和續(xù)航里程要求為約束條件，對增程式動力系統(tǒng)的參數(shù)進行了匹配設(shè)計；最后，在搭建的AVLcruise平臺上對匹配的動力總成參數(shù)進行仿真驗證。

2 動力系統(tǒng)部件參數(shù)設(shè)計

增程式電動汽車工作模式一般可分兩種，分別為純電動模式和RE/動力電池混合模式，這主要由該類電動汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定的如圖1所示。

2.1 原型車參數(shù)及性能指標(biāo)

論文以某款純汽車作為原型車，整車基本參數(shù)如表1所示，動力性能指標(biāo)為：最高車速≥140；爬坡度%≥20；0-100km/h加速時間≤10。

2.2 驅(qū)動電機參數(shù)選擇

增程式電機額定功率的選擇需要綜合考慮電動汽車整車參數(shù)及性能目標(biāo)，在電動汽車開發(fā)初期一般以車輛期望達到的最大車速為主要目標(biāo)。電動汽車最高行駛車速與加速、爬坡工況不同，最高車速行駛一般需要車輛在較長時間保持，加速、爬坡過程在車輛行駛過程中占用的時間相對較短，一般只需電機峰值功率滿足該要求即可。當(dāng)電動汽車以最高當(dāng)汽車以最高車速Va勻速行駛時。驅(qū)動電機輸出的功率（kW）至少為：

（1）

當(dāng)汽車以穩(wěn)定速度通過最大爬坡度時，電機輸出的最大功率為：

（2）

電動汽車加速過程過程中電機輸出最大功率Pmax 3，對應(yīng)的加速期間初速度及末速度可根據(jù)經(jīng)驗公式表示為：

（3）

電動汽車加速過程的末時刻，電機加速輸出的最大功率Pmax 3=Pall，根據(jù)上述計算的最大功率，驅(qū)動電機必須滿足以上所有設(shè)計要求，即：

（4）

將上述表1及表2相關(guān)參數(shù)分別帶入式1-式4中，計算得 Pmax 1=58kw；Pmax 2=35kw；Pmax 3=75kw；

驅(qū)動電機相關(guān)參數(shù)確定之后，還需驗證是否滿足一定條件下爬坡及最高車速要求，既：

（5）

傳動系最大傳動比由電動汽車驅(qū)動電機的峰值轉(zhuǎn)矩Tmax和最大爬坡度αmax決定，即：

（6）

式中為ig1變速器最低檔速比；i0為主減速器比。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式6-式7中，最后確定的驅(qū)動電機相關(guān)參數(shù)為：額定功率30kw/峰值75kw；額定轉(zhuǎn)矩100N.m/峰值轉(zhuǎn)矩245N.m；額定轉(zhuǎn)速2900rpm/峰值轉(zhuǎn)速3000rpm。

2.3 儲能電池參數(shù)選擇

曾程式電動汽車中，儲能電池是其主要電源，動力系統(tǒng)在工作過程中，不僅要提供足夠的能量保證動力性能，同時還需吸收制動回饋能量，儲能電池最大放電功率

，需滿足：

（7）

上式中：PA為電附件功率。儲能電池除滿足功率要求外，儲能電池還需滿足純電模式下一定續(xù)航里程的能量要求，假設(shè)該曾程式電動汽車以Va等速行駛時續(xù)航里程為d1，其能量

需滿足：

（8）

因此，蓄電池容量可按如下公式取值：

（9）

車輛電附件功率取4.5kw，等速行駛車速為60km/h，最終選定該增程式電動汽車動力電池組主要參數(shù)為：額定電壓320V；容量70Ah；最大放電電流3C。

3 仿真驗證

為進一步驗證上述所匹配參數(shù)的合理性，利用AVLCruise軟件對其進行仿真驗證，以NEDC作為增程式電動汽車仿真行駛工況，仿真結(jié)果如下圖2-圖4所示。

在仿真開始時候儲能電池SOC為59.8%，隨著仿真進行，在720s時，SOC下降到45% 達到設(shè)定的下限值SOCRE，此時RE系統(tǒng)啟動，發(fā)動機在PID轉(zhuǎn)速模塊的控制下以轉(zhuǎn)速為3000rpm功率為32.5kw進行恒功率輸出（如圖3所示）帶動發(fā)電機進行發(fā)電，發(fā)出的電量存儲到蓄電池中。當(dāng)進行到980S時，SOC再次下降到45%達到設(shè)定的下限值SOCRE，RE系統(tǒng)再次啟動。從仿真的結(jié)果來看增程式電動汽車在NEDC工況下采用定點能量管理策略，使發(fā)動機始終工作在最高效點，在確保整車動力性能的同時，燃油經(jīng)濟性明顯提高。

4 結(jié)論

以增程式電動汽車動力性能指標(biāo)為約束條件，根據(jù)汽車基本理論對其動力系統(tǒng)參數(shù)進行計算匹配。并基于AVLCruise軟件平臺，采用定點能量管理策略對設(shè)計的動力系統(tǒng)進行仿真驗證。從仿真的結(jié)果來看，設(shè)計的動力系統(tǒng)及匹配的相關(guān)參數(shù)比較合理，能較好的滿足動力性能指標(biāo)要求；NEDC工況下汽車行駛車速要求符合工況標(biāo)準；采用的定點能量管理策略，在SOC下降到下限值SOCR=45%啟動RE系統(tǒng)，之后發(fā)動機一直恒功率工作在高效點，當(dāng)儲能電池SOC回升到SOCmax=59.8%時，RE系統(tǒng)關(guān)閉，整個工作過程中能實現(xiàn)增程器高效工作。

基金編號：國家自然科學(xué)基金項目（51275002）

參考文獻：

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