電動汽車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配及優(yōu)化研究

許磊

摘 要：隨著環(huán)境污染日益嚴(yán)重以及石油供應(yīng)危機(jī)不斷加劇，近年來能源短缺問題和環(huán)境污染問題已成為以內(nèi)燃機(jī)為動力的燃油汽車所面臨的兩大突出問題，因此能源的節(jié)約與替代能源的開發(fā)，被公認(rèn)為是疏解環(huán)境污染、保證能源供給的行之有效的方法，在此，本文對電動汽車動力系統(tǒng)的參數(shù)匹配及優(yōu)化進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：電動汽車;動力系統(tǒng);參數(shù)匹配;優(yōu)化

1 導(dǎo)言

人類自誕生以來就不斷探索生存與發(fā)展的途徑和方法，汽車就是伴隨著人類的發(fā)展而產(chǎn)生的重要交通工具，也是人類文明的象征與產(chǎn)物，與人類社會文明進(jìn)程息息相關(guān)，毫無疑問，汽車的發(fā)展脫離不了可持續(xù)發(fā)展的軌道近年來隨著環(huán)境的污染以及石油的緊缺等問題的出現(xiàn)，節(jié)約能源與開發(fā)替代能源成為緩解環(huán)境污染及能源緊缺的有效方法，開發(fā)代用燃料和電動汽車，是解決環(huán)境問題的重要途徑。

2 影響純電動汽車?yán)m(xù)駛里程的因素有哪些

2.1 電動汽車的行駛環(huán)境

相同的電動車在不同環(huán)境下行駛，將會達(dá)到不同的最大里程數(shù)。首先氣溫就對當(dāng)前電動車廣泛使用的鋰電池影響很大，鋰電池的能量應(yīng)用屬于氧化還原反應(yīng)，通過化學(xué)反應(yīng)釋放電離子，從而達(dá)到充放電。由于鋰元素的化學(xué)特性非?；顫?，因此在低溫和高溫狀態(tài)下（冬天/夏天），反應(yīng)強(qiáng)度不同，放電密度不同，電池的使用時間不同，而造成汽車的行駛里程不同。

其次，同傳統(tǒng)汽車一樣，風(fēng)向、風(fēng)力、道路條件及城市交通狀況也是影響電動汽車?yán)m(xù)駛里程的因素（城市交通狀況方面，目前輕型混合動力驅(qū)動系統(tǒng)在提高電池壽命和環(huán)保方面發(fā)揮著重要作用）。

2.2 滾動阻力和空氣阻力

在理論力學(xué)中，物體滾動時受到的阻礙作用被稱為滾動阻力。滾動阻力通常是由重力引起的，它是一種力矩作用。也就是說，如果汽車越重，運動時所承受的滾動阻力也就越大。因此，減少滾動系數(shù)可在一定程度上提升電動汽車的續(xù)駛里程。

空氣阻力，顧名思義，是汽車在行駛中與空氣產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生的阻力。由于電動汽車的外形設(shè)計與電池、電機(jī)的位置有關(guān)，因此，相比傳統(tǒng)汽車，電動汽車的外形設(shè)計彈性較大。通過更合理擺放汽車內(nèi)部組成零件，可得到更合理的外觀設(shè)計，以此來減少空氣阻力系數(shù)，續(xù)駛里程可有相應(yīng)提高。

3 電動汽車主要部件參數(shù)設(shè)計與匹配

3.1 電機(jī)的參數(shù)匹配設(shè)計

目前在電動汽車上已應(yīng)用的和有應(yīng)用前景的驅(qū)動電動機(jī)主要有：直流電動機(jī)（DCM）、交流感應(yīng)電動機(jī)（IM）、永磁電動機(jī)（PMBLM）和開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM）等。其主要性能感應(yīng)電動機(jī)效率高（90%以上），功率大（接近1KW/kg），功率因數(shù)變化大，轉(zhuǎn)子為鼠籠型結(jié)構(gòu)，適合于高速運轉(zhuǎn)。另外，感應(yīng)電動機(jī)的可靠性高，便于維修，價格便宜。電動汽車要求頻繁啟動、加速、制動，能量利用效率高，要求在啟動即低轉(zhuǎn)速時得到恒定的最大扭矩，同時在高轉(zhuǎn)速時得到恒定的較高功率（電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的選擇要結(jié)合傳動系減速比、電機(jī)的效率和連續(xù)轉(zhuǎn)動特性考慮）。感應(yīng)電動機(jī)能夠很好地滿足這些要求，是理想的電動汽車用驅(qū)動電機(jī)之一。故本文選用感應(yīng)電動機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。

電動機(jī)是電動汽車行駛的動力源，對整車的動力性有直接的影響。所選的電動機(jī)功率越大，整車的動力性也就越好，但是如果功率過大，電動機(jī)的質(zhì)量和體積也會增大，且電機(jī)的工作效率不高，這樣就不能充分利用有限的車載能源，從而使續(xù)駛里程降低。

4 傳動系統(tǒng)的優(yōu)化及仿真

利用汽車仿真軟件GT-driver建立了仿真模型、定義了各個模型參數(shù)并對整車的動力性能進(jìn)行了仿真。由仿真結(jié)果可知本文設(shè)計的樣車的最高車速為88km/h，0-60km/h的加速時間25s，最大爬坡度為24%，美國ECE15工況下的耗能情況大約為50kwh/100km。從仿真結(jié)果來看，整車性能基本符合了整車動力性要求，但是該傳動系統(tǒng)并沒有達(dá)到整車的動力性和續(xù)駛里程的最佳匹配，電動機(jī)在高效率工作的區(qū)域也不是很理想。因此本文將對整車的變速器速比參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，然后和原來的仿真結(jié)果進(jìn)行對比分析，最終使整車性能得到優(yōu)化。

4.1 電動汽車性能影響因素分析

影響電動汽車動力性能和續(xù)駛里程的因素較多，主要有電動汽車本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)、蓄電池的性能參數(shù)、電動機(jī)的特性參數(shù)以及電動汽車的行駛條件等。汽車動力傳動系統(tǒng)匹配的好壞直接關(guān)系到汽車動力性能的發(fā)揮和燃油經(jīng)濟(jì)性的好壞。在電動汽車設(shè)計中，一般是根據(jù)整車性能要求和一定的電動機(jī)參數(shù)，對傳動系參數(shù)進(jìn)行選擇。

4.2 傳動系統(tǒng)的優(yōu)化

車輛的行駛性能通常由其加速時間、最高車速和爬坡能力予以評價。在電動車驅(qū)動系設(shè)計中，固有的電動機(jī)額定功率和傳動裝置參數(shù)是為了滿足性能技術(shù)要求首要考慮的問題。所以這些參數(shù)的設(shè)計基本上取決于牽引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速-功率特性。本文在確定電動機(jī)和蓄電池不變的情況下對整車的性能進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié)論

純電動汽車的動力性能主要取決于動力系統(tǒng)參數(shù)匹配以及控制策略和各部件的特性等。動力傳動系統(tǒng)是電動汽車最主要的系統(tǒng)，電動汽車運行性能主要由其動力傳動系統(tǒng)的性能決定。一個電動汽車的動力傳動系統(tǒng)的參數(shù)匹配，主要包括電機(jī)參數(shù)選擇、傳動比選擇、電池組容量等。

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