新能源电动汽车性能参数计算方法

⚫ 电动汽车总电压选择与车辆类型及行驶性能有关。
⚫ 电压等级越高，获取同等功率电流越小，
电压等级越低，获取同等功率电流越大。
⚫ 电流过大，线路损耗越大，电能利用率下降。
⚫ 电压等级高，绝缘要求增加，车辆防护、线路绝缘等级及绝缘 性能要求就更加苛刻，成本增加。
⚫ 目前国内电动汽车电压常用值较为繁杂
总质量越大，电压选择就相应较高
⚫ 单位 km/（kW·h）
⚫ 比能耗
⚫ 单位里程单位质量能耗
⚫ 单位 kW·h/t/km 电动汽车能耗经济性评价指标 ⚫ 单位里程容耗 ⚫ 单位里程消耗电池组电量 ⚫ 单位 A·h/km ⚫ 单位容量行驶里程 ⚫ 消耗单位容量行驶里程 ⚫ 单位 km/（A·h） ⚫ 比容耗 ⚫ 单位里程单位质量容耗 ⚫ 单位 A·h/t/km
⚫ 最高车速
驱动力是否合适
ut = 轮r = 2n轮 r
60
(m/s)
Ft
=
Tt qiμT r
= 2n轮 r 3600 (km/h)
60
1000
i = 0.3768 nr ut
=
0.3768n轮r
=
0.3768
n电机r ig i0
=
0.3768
n电机r i
（2）爬坡状态下的传动比需求
⚫ 车速控制在 10～20km/h
汽车的空气阻力系数与迎风面积
车型 典型轿车
客车 货车
迎风面积A（㎡） 1.7~2.1 4~7 3~7
空气阻力系数CD 0.3~0.4 0.5~0.8 0.6~1.0
3. 坡度阻力
Fi = G sin a = mg sin a
⚫ 道路的坡度 坡高与坡的底长的比值
i = h = tan a s
Fi = G sin Gtg = Gi
dt
Pt = Ftut
Pt
=
(
fmg
cos a
+
mg sin
a
+
1 2
CD
Aur
2
+ m
du dt
)ut
➢ 电动汽车功率计算
（1）最高车速时电动机功率计算
⚫ 电动汽车行驶在平整的路面
⚫ 最高车速是能够稳定匀速行驶状态
⚫ 车辆应选用最大总质量
cos = 1 sin = 0 du dt = 0
Pt
=
(
fmg
⚫ 规定条件工况下所测得的电动汽车的续驶里程称之为标定续驶 里程，标定工况目前指GB/T 18386所规定工况。
⚫ 电池的容量也决定了电动汽车的整车整备质量，也就影响了车 辆的承载量。因此电动汽车的续驶里程需要在车辆设计的时候 就进行计算。
⚫ 电池总能量
Qk = Pkt
空调系统能耗
Qe = Qz + Qa + Qk + Qq
cos a
+
mg
sin
a
+
1 2
CD
Aur 2
+
m
du dt
)ut
Pv
=
(
fmg
+
1 2
CD
Aur 2 )ut
➢ 电动汽车功率计算 （2）最大爬坡度时电动机功率计算 ⚫ 此时爬坡度取标定最大值 ⚫ 能够按照较低速度行驶 10～15km/h ⚫ 能够在坡路上起步行驶，即加速度>0 ⚫ 车辆应选用最大总质量
电动汽车常用电压等级
电动车类型 参考电压等级（V）
常用电压（V）
电动工具车
48~160
48、60、72、120
电动旅游观光车
48~220
60、72、120
小型电动轿车 电动客车 电动货车
150~450 250~680 300~720
180、220、300、320、400
320、400、480、500、520、600、 650
Pa
=
(
fmg
cos a
+
mg
sin
a
+
1 2
CD Aur 2
+ m
du )u dt
电动汽车坡路加速度选择
车型 小型电动轿车
电动客车 电动货车
坡路加速度du/dt(m/s2) 0.15~0.2 0.1~0.15 0.05~0.1
⚫ 电动汽车功率选择
⚫ 选择功率计算公式计算的最大值
⚫ 乘以一个功率系数
1 2 = 0.03~0.05
⚫ 旋转质量换算系数
= 1+ 1
m
Iw r2
+
1 m
I f ig 2i02T
r2
⚫ 计算
Fj
= m du
dt
4. 电动汽车电动机功率的初步确定
⚫ 电动机的功率
Ft
=
Ff
+ Fw
+ Fi
+
Fj
=
fmg cos a + mg sin a +
1 2
CD
Aur
2
+ m du
⚫ 单位 kW·h/t/km
⚫ 数值 0.035～0.055
⚫ 较小数一般用于标定续驶里程的估算
较大数一般用于实际续驶里程的估算
电池总能量 Q = MS
续驶里程
S= Q
M
电动汽车能耗经济性评价指标
单位能耗系数
⚫ 单位里程能耗
⚫ 单位里程消耗电池组电能
⚫ 单位 kW·h/km
⚫ 单位能量行驶里程
⚫ 消耗单位能量行驶里程
306电劢汽车的续驶里程计算?电池总能量qkazeqqqqq???克服滚动阻力和空气阻力做功空调系统能耗其他设备能耗辅助系统能耗luacfmgllfqrdtz221??aatpq?tpqkk212ezakdrakqqqqfmglcaultppt???????标定续驶里程标定系数1214实际续航能力标定系数1417316电劢汽车的续驶里程计算?单位能耗系数比能耗?单位里程单位质量能耗?单位kwhtkm?数值00350055?较小数一般用于标定续驶里程的估算较大数一般用于实际续驶里程的估算单位能耗系数?msq?mqs续驶里程电池总能量32电动汽车能耗经济性评价指标?单位里程能耗?单位里程消耗电池组电能?单位kwhkm?单位能量行驶里程?消耗单位能量行驶里程?单位kmkwh?比能耗?单位里程单位质量能耗?单位kwhtkm电动汽车能耗经济性评价指标?单位里程容耗?单位里程消耗电池组电量?单位ahkm?单位容量行驶里程?消耗单位容量行驶里程?单位kmah?比容耗?单位里程单位质量容耗?单位ahtkm电动汽车单位里程能耗有效容量有效能量续驶里程单位能量行驶里程比能耗倒数除以质量乘质量单位里程容耗单位容量行驶里程比容耗倒数除以质量乘质量相乘相乘电动汽车能耗参数关系35练习?问题
480、500、520、600、650
7. 3 确定电池的单体容量 （1）电池的均衡性 （2）电池管理系统的要求 （3）电池的安全性 （4）车辆电池安装位置和空间的限制 （5）考虑电池组合后总体能量与设计容量差别 7. 4 确定电池的单体数量 ⚫ （1）根据总电压和电池单体电压确定电池单元数 ⚫ 额定总电压除以单体电池电压，得出电池单元数量； ⚫ 电池单元数进行规整，电池箱电池容量和数目尽量相等； ⚫ 尽量减少电池管理系统的分模块数量。
2
+ m
du dt
=
TtiT
r
du dt
=
Tt iT mr
−
CD
A
0.3768
rn ig i0
2m
2
−
fg
=
Tt i g i 0 T mr
−
0.142CD Ar 2n2 2mi g 2i 0 2
−
fg
6. 电动汽车的续驶里程计算
⚫ 电动汽车续驶里程指车辆充满电，对燃料电池电动汽车是充满 燃料，车辆一次所能行驶最大距离。
⚫ 2. 空气阻力
⚫ 类型
◆压力阻力 车身表面上的法向压力的合力在行驶方向的分力
◆摩擦阻力 车身表面产生的切向力的合力在行驶方向的分力
⚫ 计算
Fw
=
1 2
CD
Aur
2
= 1.2258N S2 m-4
ur = ua
Fw
=
1 2
CD
A(ua 1000)2 3600
1.2258
(N)
Fw
=
CD Aua2 21.15
驾驶员、乘务员等乘务人员 75kg/人 ◆ 其他车辆 65kg/人 乘员质量=乘员数×每个乘员质量
1.3 最大总质量 ⚫ 定义 ⚫ 车辆整备质量和车辆满载装载量总和，包括乘员和货物。 ⚫ 最大总质量的确定 ⚫ 与车辆承载结构和设备有关； 车桥、悬挂、车架、轮胎 ⚫ 与车辆的承载空间有关。 ⚫ 在整备质量与最大承载量之和基础上上浮100～200kg； ⚫ 一般取100 kg的整数倍数。 最大总质量=整备质量+最大承载量
其他设备能耗
克服滚动阻力 和空气阻力做功
Qz
=
Ftl
=
fmgl
+
1 2
CD
Aur2l
辅助系统能耗
Qa = tPa
Qe
= Qz
+ Qa
+ Qk
=
fmgl
+
1 2
CD
Aur
2l
+
tPa
+ Pkt
标定续驶里程，标定系数 1.2～1.4
实际续航能力，标定系数 1.4～1.7
⚫ 单位能耗系数（比能耗）
⚫ 单位里程单位质量能耗
2. 电动汽车动力性的参数
⚫ （1）最高车速 ⚫ 水平良好路面，汽车能够达到的最高行驶速度 ⚫ 一般指设计车速，实际最高车速往往超过这个数据； ⚫ 根据车辆的实际工况和动力性能共同确定的。 ⚫ （2）加速时间 ⚫ 表示了汽车的加速能力， ⚫ 原地起步加速时间与超车加速时间 ⚫ （3）汽车的最大爬坡度 ⚫ 代表了汽车的极限爬坡能力。 ⚫ 指车辆在满载或某一装载质量，良好路面上最大爬坡度。 ⚫ 爬坡时应置于最低挡或者处于低速大扭矩范围的时候。
1. 车辆质量计算
1.1 整备质量 ⚫ 定义 ⚫ 指汽车自重， 汽车完全装备好后的质量。 ⚫ 指汽车的结构质量加上冷却液、燃料、电池、备胎和随车附件
的总质量。 ⚫ 分类 ⚫ 设计整备质量 ⚫ 实际整备质量 降低整备质量，有助于提高续航能力和动力性能。 增加整备质量，有助于提升汽车的稳定性。
1.2 载荷或成员人数 ⚫ 确定汽车载质量考虑因素 （1）必须与汽车的用途和使用条件相适应； （2）载重量合理分级，利于产品系列化、通用化和标准化； （3）考虑现有生产设备和生产线变动大小和可利用程度。 ⚫ 汽车自重利用系数 ⚫ 最大载荷与整备质量的比值。 ⚫ 提高自重利用系数，提高运输效率，提高车辆经济性能。 ⚫ 电动汽车目前主要功能是承载乘员 ⚫ 乘员的重量不固定。 ⚫ 乘员质量依据GB/T12428标准核算。 ◆ A级和I级客车 65kg/人 ◆ 其他客车 78kg/人
差别较大，采用变速器。
5. 3 电动汽车加速性能 ⚫ 电动机最大扭矩越大，其加速性能越好； ⚫ 相同动力的条件下，速比越大，加速性能越好； ⚫ 车辆自重越小，加速性能越好。 ⚫ 假定良好水平路面，无风或微风条件
Ft
=
fmg
+
1 2
CD
Aur
2
+ m du
dt
Ft
=
TtiT
r
fmg
+
1 2
CD
Aur
⚫ （2）根据总电量和单体电池电量确定电池单体总数
⚫ 最低前进挡
⚫ 驱动力
Ft1
=
fmg cos a + mg sin a +
1 2
CD
Aur
2
i = 0.3768 nr ut
Ft 2
=
fmg cos a + mg sin a +
1 2
CD
Aur
2
+ m du
dt
⚫ 传动比
i = Ft 2r
tTt
nt
=
2.654 uti r
转速是否合适 两者比较接近，一般可选择较大者。
⚫ 轮毂电机驱动，效率要高，95～0.98
3. 车轮的半径
◼ 自由半径 ◼ 静力半径 ◼ 滚动半径
r—无载 rs—静载 rr—动载
s
rr = 2nw
S——转动N圈，实际车轮滚动距离。
NW——车轮滚动圈数。
一般不计差别，统称车轮半径R，即
r rs rr
3.2 汽车的行驶阻力
⚫ 1.滚动阻力
⚫ 滚动阻力系数 f = Ff W
电动汽车能耗参数关系
倒数
相乘
单位里程能耗
有效能量
电
动
汽 车
相乘
有效容量
除以质量 续驶里程
倒数
单位里程容耗
除以质量
单位能量 行驶里程
乘质量 比能耗
单位容量 行驶里程
乘质量 比容耗
练习
⚫ 问题:电动大客车比能耗为43 Wh/(km﹒t)，总质量14000 kg， 等速行驶100 km，电池提供能量是多少？
⚫ 实验测定
⚫ 经验公式
u a = 电机
r igi0
ua
=
3600 1000
2 n r
60 igi0
= 0.3768
rn ig i0
(km/h )
f = 0.0076 + 0.0000a f 0.01− 0.05
Ff = fW = fmg cos a
⚫ 电动汽车的最大爬坡度与电动机扭矩和传动系统的速比都成正 比关系。
⚫ 这两个参数是一对矛盾数据，对于固定速比电动汽车
⚫ 最高车速越高，传动系统速比越小，爬坡能力越差
⚫ 爬坡能力越强，传动系统速比越大，最高车速越低
5. 2 传动比选择
（1）高速状态下的传动比需求
⚫ 传动比 ⚫ 高速挡
i = igi0
车型 小型电动轿车
电动客车 电动货车
功率系数 1.2~1.5 1.5~1.8 1.3~1.7
5. 电动汽车的几个性能参数的选择
5. 1车辆最高车速、最大爬坡度与传动比关系
⚫ 最高车速与电动机功率成正比关系，与传动系统的速比成反比 关系。
⚫ 最高车速分为设计最高车速和实际最高车速。
⚫ 目前所指最高车速均是指设计最高车速，实际最高车速往往要 大于设计最高车速。
=
Ttq
= Ttq
2 n
60
(W) =
Ttq n
601000/ 2
(kW)
➢ 2. 传动系的机械效率
T
=
Pe − PT Pe
= 1− PT Pe
Pe——电动机发出的功率
PT——传动系中损失功率
⚫ 主要由分动器变速器、传动轴、万向节、主减速器等部件功率 损失组成。
⚫ 装有变速器，效率较低，0.92～0.95
3. 影响电动汽车行驶性能的参数
行驶方程式
3.1 汽车的驱动力 汽车的驱动力
Ft
=
Tt r
Tt = Ttq *ig *i0 *T
Ft
=
Ttq
*ig
* i0 r
*T
⚫ 1. 电动机的机械特性 ⚫ 由电动机的机械特性来确定电动机转矩。 ⚫ 与电动机种类和功率有很大关系。