动力系统设计匹配规范

Fj 为零。
根据公式（1）可以得到如下公式
Ft − Fw = Ff + Fi .................................. (11)
将公式（3）、（5）代入上式，可以得到如下公式：
Ft − Fw = mgf cosα + mg sinα ............................ (12)
图1 电驱动系统结构简图
3.2.2 电机选型要求
电动汽车运行工况复杂，对驱动电机要求能够频繁的启动/停止、加速/减速，低速和爬坡的时候要 求转矩高，高速时转矩低，并要求宽广的调速范围。电机的选型要素通常包括：电机的类型、额定电压、 机械特性、效率、尺寸参数、可靠性和成本等。在基本物理参数定型的基础上通过匹配驱动系统和电子 控制系统是电机工作在最佳的性能区间。
4) 能量型蓄电池 以高能量密度为特点，主要用于高能量输出的蓄电池。
5) 功率型蓄电池 以高功率密度为特点，主要用于瞬间高功率输出、输入的蓄电池。
6) 容量恢复能力 蓄电池在一定的温度条件下，储存一段时间后再充电，其后放电容量与额定容量之比。
7) 充电终止电流 在指定恒压充电时，蓄电池终止充电时的电流。
式中：
..................................... (10)
ua —汽车行驶速度，单位为 km/h；
n —电机转速，单位为 rpm； i0 —主减速器传动比；
—车轮滚动半径，单位为 m ;
r
ig —当前档速比。
根据上述公式，我们还可以方便地估算出汽车在任意电机转速、档位下的驱动力、行驶阻力，进而 可以绘制出汽车的驱动力－行驶阻力平衡图。
3.2.4 传动系传动比的设计 电动机的起动转矩很大,可以实现低速恒扭矩、高速恒功率的工作模式,并且易实现无级调速和最大
爬坡度的要求。在电动机输出特性一定时,传动系的传动比如何选择,依赖于整车的动力性能指标要求. 1)传动系速比的上限
其中,i∑为传动系速比,这里 i0、ig 分别为主减速器速比和变速器速比；umax 为最高车速，km/h；nmax 为电动机极限转速，r·min-1；rd 为车轮滚动半径，m(下同)。
电动汽车可采用的电机类型主要包括：感应电机、永磁电机和开关磁阻电机。感应电机具有简单和 较大的速度范围，但是尺寸较大且效率较低。永磁电机效率高、转矩大和机构紧凑，但是在高速时存在 较差的弱磁能力。开关磁阻电机目前并没有形成批量生产能力，成本昂贵。
表1 各类电机比较
型式 感应电机
永磁电机
开关磁阻
优点 ▪ 简单 ▪ 鲁棒性好 ▪ 宽速度范围 ▪ 高效率 ▪ 高转矩 ▪ 高功率密度 ▪ 结构简单可靠 ▪ 控制简单 ▪ 极端的高速运行能力 ▪ 无危险运行
8) I3 放电能量 蓄电池在20℃±5℃温度下，以1I3（A）电流放电，达到终止电压是所放出的能量（Wh）。此值可从 电压-容量曲线的覆盖面积积分求得，要求至少50个等值时间间隔点，或用积分仪直接求得。
3 动力系统参数设计
3.1 动力系统选型匹配理论依据
汽车动力性能匹配计算的主要依据是汽车的驱动力和行驶阻力之间的平衡关系，汽车的驱动力－行 驶阻力平衡方程为
2)传动系速比的下限 ①由电动机最高转速对应的最大输出扭矩和最高车速对应的行驶阻力确定传动系速比的下限为
式中，Tumax 动机最高转速时的输出扭矩，N·m；Fumax 为最高车速时的行驶阻力，N； ②由电动机最大输出扭矩和最大爬坡度对应的行驶阻力确定速比的下限值为
；
其中,Famax 为最大爬坡度时的行驶阻力，N；Tmax 为电动机最大输出扭矩，N·m。 3.3 电池容量的设计
代入公式
以及公式（8），经过整理那么就可得
............................... (13)
然后根据公式 i =tgα 进行转换，这样就可以估算出爬坡度，并进一步绘制出爬坡度曲线图。
c) 加速度曲线及加速时间 汽车的加速能力可用它在水平良好路面上行驶时能产生的加速度来评价。 汽车加速时，驱动力除了用来克服空气阻力、滚动阻力以外，主要用来克服加速阻力，此时不考虑
动力电池作为纯电动汽车的唯一能量来源，动力电池的匹配对整车动力性和经济性都有较大影响。 动力电池的容量、比功率等参数选择越大，汽车储能能力就越强，纯电动行驶里程越大。但是参数选择 越大，势必使得电池质量增大，而又影响了整车性能且大大增加了成本，因此动力电池匹配优化非常重 要。 3.3.1 动力电池选型要求
⎟⎞ ⎠
4
⎤ ⎥ ⎥⎦
........................... (2)
f0 —0.0072～0.0120以上，取0.012；
f1 —0.00025～0.00280，取0.0027；
f4 —0.00065～0.002以上，取0.002；
ua —汽车行驶速度，单位为km/h；
c —对于良好沥青路面， c =1.2。
缺点 ▪ 低效率 ▪ 体积大
▪ 受限制的弱磁能力 ▪ 高速时反电动势
▪ 昂贵 ▪ 非批量产品
根据各电机的优劣和本公司调研结果，采用永磁同步电机作为本公司电动车驱动电机。
3.2.3 电机参数设计
1．电动机功率选择 电动汽车驱动电动机与常规工业用电动机在负载要求、技术性能以及工作环境等方面均有不同，在 参数设计时应充分考虑。电动汽车运行模式有匀速和加速 2 种，在匀速模式下，所需要的驱动功率相对 较少，且运行时间长；而加速模式运行时所需的功率大，但时间较短。汽车在平坦的路面匀速巡航时， 电动机所提供的动力只需要克服汽车行驶阻力，包括滚动阻力、空气阻力等，因此，所选择的电动机功 率应不小于以最高车速行驶时的阻力功率之和，即：
式中： m—汽车匹配计算载荷工况下的质量，单位为 kg； g—重力加速度，单位为 m/s2； f--滚动阻力系数；
α —道路坡角，单位为 rad；
空气阻力
式中：
Fw
=
CD
A
ua 2 21.15
....................................
(6)பைடு நூலகம்
CD —空气阻力系数； A —迎风面积，单位为m2；
ηT ＝99％×99％×99％×99％＝96.1% ........................... (1)
3) 滚动阻力系数 滚动阻力系数采用推荐的客车轮胎在良好路面上的滚动阻力系数经验公式进行匹配计算：
式中：
f
=
⎡ c⎢ ⎢⎣
f0
+
f1
⎜⎛ ⎝
ua 100
⎟⎞ ⎠
+
f
4
⎜⎛ ⎝
ua 100
坡道阻力 Fi （ Fi =0）。
根据公式（1）、（6），可以得到如下公式：
所以，加速时间
............................... (14)
.................................. (15) 根据以上公式，通过数值积分方法对上式进行积分求解，就可以得到所需要的加速时间。 3.2 驱动电机参数设计 3.2.1 电驱动系统结构 通常电驱动系统从功能角度可分为电气和机械两大部分，由于驱动电机低速大扭矩的特性，其中机 械传动部分的结构是可选的。电气部分包括电机和电功率控制转化部分。系统原理简示如下图：
其中:m—汽车匹配计算载荷工况下的质量，单位为 kg；g—重力加速度，单位为 m/s2；f-动阻力系 数；CD—空气阻力系数；A-迎风面积，单位为 m2；ua—汽车行驶速度，单位为 km/h；ηT—动力传动系统 机械效率；(下同)
电动汽车所用的电动机具有较大的过载能力,最大功率可达额定功率的 2-3 倍左右.因此,按匀速模式 选择的电动机功率完全能够满足加速模式下动力性能的要求.
量换算系数δ ，通常根据下述经验公式进行匹配计算确定：
δ = 1 + δ1 + δ 2ig 2 .................................... (9)
式中：
δ1 和 δ 2 取值范围在0.03到0.05之间，这里粗取平均值，即认为 δ1 = δ 2 =0.04。
在进行不同档位的驱动力和阻力估算时，还需要知道汽车速度与电机转速之间的关系：
本规范将指导在本公司纯电动客车设计中的动力系统设计匹配。
2 术语
1) 迎风面积 迎风面积定义为车辆行驶方向的投影面积，可以通过三维数模的测量得到，三维数据不健全则通过 设计总布置图测得。
2) 动力传动系统机械效率 根据上饶客车车型动力传动系统的具体结构，传动系统的机械效率ηT主要由变速器传动效率、传动 轴万向节传动效率、主减速器传动效率等部分串联组成。 根据电机的性能匹配情况可以增减传动系统装置，通常变速装置每增加一对齿轮摩擦副，整体传动 效率降低1%；传动轴的一个十字节效率降低1%；主加速部分的齿轮副同样降低效率1%。 例如：根据实际情况，无变速器电机+传动轴直驱的方案传动效率为： 式中：
式中：
Ft
= Ttqig ioηT rd
.................................... (4)
Ttq —电机的转矩，单位为 N·m；
ig —变速器各个档位的传动比
i0 —主减速器速比；
滚动阻力
ηT —动力传动系统机械效率；
r —车轮滚动半径，单位为 m。
Ff = mgf cosα .................................... (5)
2 电机转速确定 电动机的最高转速对电动机成本、制造工艺和传动系尺寸有很大的影响。转速在 6000r/min 以上的 为高速电机，以下为普通电机。前者成本高、制造工艺复杂而且对配套使用的轴承、齿轮等有特殊要求， 一般适用于电动轿车或 100kw 以上大功率驱动电机，很少在纯电动客车上使用。因此应采用最高转速不 大于 6000r/min 的低速电机。
1.单体 a)外观：不得有变形及裂纹，表面平整、干燥、无外伤、无污物，标志清晰、正确。 b)外形尺寸及质量：蓄电池外形尺寸、质量应符合生产企业提供的技术条件。 c)20°C 放电容量：容量不能低于企业提供的技术条件中规定的额定容量值，也不能高于额定值的 110%。 d)-20°C 放电容量：容量不能低于企业提供的技术条件中规定的额定容量值的 70%。 e)55°C 放电容量：容量不能低于企业提供的技术条件中规定的额定容量值的 70%。 f)20°C 倍率放电容量：对于功率型容量不能低于企业提供的技术条件中规定的额定容量值的 90%； 对于能量型容量不能低于企业提供的技术条件中规定的额定容量值的 80%； g)常温与高温荷电保持与容量恢复能力：常温与高温荷电保持率不低于额定值的 80%；容量恢复能 力不低于额定值的 90%。 h)安全性：满足相关标准实验要求，不爆炸、不起火、不泄露。
汽车的驱动力－行驶阻力平衡图形象地表明了汽车行驶时的受力情况和平衡关系。由此可以确定汽 车的动力性。
在驱动力－行驶阻力平衡图中，求出最高档下驱动力和行驶阻力曲线的交点，曲线交点处对应的速 度值即为汽车的最高车速。
b) 爬坡度曲线图 根据汽车的行驶方程式和驱动力－行驶阻力平衡图，可以估算汽车的爬坡能力。在估算爬坡度时， 认为汽车的驱动力除了用来克服空气阻力、滚动阻力外，剩余驱动力都用来克服坡道阻力，即加速阻力
电动汽车动力系统设计匹配规范
1 概述
汽车作为一种运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。动力性是各种性能中 最基本、最重要的性能之一。动力性的好坏将直接影响到汽车在城市和城际公路上的使用情况。
电动汽车的动力系统主要包括电动机、动力电池、传动系等相关系统。电动汽车动力匹配的任务是 在满足整车动力性能要求的基础上合理选择动力总成中各部件参数，降低改装成本和提高续驶里程。
ua —汽车行驶速度，单位为km/h。
客车空气阻力系数 通常取0.5-0.8，上饶客车根据具体车型造型选择系数大小，车辆造型越趋向于 流线空气阻力系数取值越小。
坡道阻力
式中： 加速阻力
Fi = mg sinα .................................... (7)
m—汽车匹配计算载荷工况下的质量，单位为 kg； g—重力加速度，单位为 m/s2； α—道路坡角，单位为 rad；
式中：
Ft = Ff + Fw + Fi + Fj ................................ (3)
Ft —驱动力； Ff —滚动阻力； Fw —空气阻力； Fi —坡道阻力；
Fj —加速阻力。
下面对上述驱动力和行驶阻力的匹配计算方法以及各个曲线的匹配计算方法简要说明如下。 a) 驱动力、行驶阻力及其平衡图 在电机转速特性、传动系统传动比及效率、车轮半径、空气阻力系数、迎风面积以及汽车的质量等 确定后，便可确定汽车的驱动力－行驶阻力平衡关系。 驱动力：
Fj
= δm dua dt
...................................... (8)
式中：
δ —旋转质量换算系数； m —匹配计算载荷工况下汽车的质量，单位为kg；
dua —汽车行驶加速度，单位为m/s2。 dt
在进行动力性初步匹配计算时，由于不知道汽车轮胎等旋转部件准确的转动惯量数值，对于旋转质