电动汽车动力性能分析与计算

电动汽车与传统内燃机汽车之间的主要差别是采用了不同的动力源，它由蓄电池提供电能，经过驱动系统和电动机，驱动电动汽车行驶。电动汽车的能量供给和消耗，与蓄电池的性能密切相关，直接影响电动汽车的动力性和续驶里程，同时影响电动汽车行驶的成本效益。

电动汽车在行驶中，由蓄电池输出电能给电动机，用于克服电动汽车本身的机械装置的内阻力，以及由行驶条件决定的外阻力。电动汽车在运行过程中，行驶阻力不断变化，其主电路中传递的功率也在不断变化。对电动汽车行驶时的受力状况以及主电路中电流的变化进行分析，是研究电动汽车行驶性能和经济性能的基础。

1、电动汽车的动力性分析

1.1 电动汽车的驱动力

电动汽车的电动机输出轴输出转矩M，经过减速齿轮传动，传到驱动轴上的转矩Mt，使驱动轮与地面之间产生相互作用，车轮与地面作用一圆周力F0，同时，地面对驱动轮产生反作用力Ft.Ft 与F0大小相等方向相反，Ft方向与驱动轮前进方向一致，是推动汽车前进的外力，将其定义为电动汽车的驱动力。有：

电动汽车机械传动装置是指与电动机输出轴有运动学联系的减速齿轮传动箱或变速器、传动轴及主减速器等机械装置。机械传动链中的功率损失包括：齿轮啮合点处的摩擦损失、轴承中的摩擦

损失、旋转零件与密封装置之间的摩擦损失以及搅动润滑油的损失等。

1.2 电动汽车行驶方程式与功率平衡

电动汽车在上坡加速行驶时，作用于电动汽车的阻力与驱动力始终保持平衡，建立如下的汽车行驶方程式：

以电动汽车行驶速度va乘以(2)式两端，考虑机械损失，再经过单位换算之后可得：

或

由（4）、（5）两式可以看出，电动汽车在行驶时，电动机传递到驱动轮的输出功率与体现在驱动轮上的阻力功率始终保持平衡。将(4)变换可得：

式中PM为电动机的输出功率。

用曲线图表示上述功率关系，将电动机的输出功率、汽车经常遇到的阻力功率与对应车速的关系归置在x-y坐标图上得到电动汽车功率平衡图如图1所示。

利用功率平衡可定性分析电动汽车设计中的有关动力性问题，另外，根据功率平衡能看出电动汽车行驶时电动机的输出功率，所以经济性分析中也常用到它。

1.3 电动汽车动力性能计算

与内燃机汽车相似，电动汽车的动力性指标有三种，即最高车速、最大加速能力和最大爬坡度。

汽车的最高车速是指汽车在无风的条件下，在水平良好硬路面上所能到达的最高速度。电动汽车的最高车速计算：

满足(7)式的最大值即为反映车辆动力性的指标Vamax。

汽车的加速能力用汽车原地起步的加速能力和超车加速能力表示，通常采用汽车加速过程中所经

过的加速时间和加速距离作为评价汽车加速性的指标。电动汽车的加速时间计算为：

汽车的爬坡能力是指汽车在良好道路上以最低行驶车速上坡行驶的最大坡度。电动汽车爬坡度的计算：

2、电动汽车主电路的负载电流分析

电动汽车在行驶过程中，所需的阻力功率随时都在变化，电动机的输出功率也将随阻力功率的变化而变化。电动汽车主电路中传递的电功率也是在不断变化，但与所需的阻力功率始终保持平衡。通常，电动汽车在运行过程中，主电路中的电流变化较大，主电路电流的大小不仅影响系统的散热与正常工作，而且直接影响蓄电池的放电性能与使用寿命，同时影响一次充电后的续驶里程。

当采用交流感应电动机时，电动汽车的主电路是指给电动汽车行驶提供所需能量的电路，即动力蓄电池组到控制器和逆变器之间的直流电路，以及逆变器与交流感应电动机之间的交流电路，如图2所示。

为了简化起见，我们在分析主电路的负载电流时总是假定蓄电池的端电压以及逆变器的输出电压保持不变。电动汽车在平路上等速行驶时所需的功率换算至电机输出轴为：

假定电动汽车主电路的电压保持不变，根据图2即可计算电动汽车等速行驶工况的主电路负载电流。

电动汽车主电路中的直流电路的负载电流为（假设逆变器的效率为ηMI，电动机的效率为ηM）：电动汽车主电路中交流电路的负载电流为：

同样，可以计算电动汽车在加速行驶时的主电路的负载电流或在坡道上等速爬坡时主电路的负载电流。

3、结论

通过以上分析可以看出，电动汽车的动力性与其行驶过程中的能量消耗密切相关，因此，应当通过提高动力蓄电池的性能、降低滚动阻力和空气阻力的能耗等措施来提高电动汽车的动力性能。

另外，由于行驶时电动汽车主电路电流的大小直接影响蓄电池的放电性能与使用寿命，同时影响一次充电后的续驶里程，因此在设计电动汽车时，应综合考虑电池的质量、驱动电动机的电压和额定电流、加速性能、续驶里程及安全性能等因素，通过系统优化来改进电动汽车的性能和降低成本。

作者单位：任国军（山东理工大学，交通与车辆工程学院，淄博,255049）

杨久青（东营技术学院，东营，257097）

参考文献：

[1]Michael H Westbrook.The Electric Car[M].London:The Institution of Electrical Engineers,2001.

[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000.

[3]何洪文,于晓江,陈逢春.电动车辆设计中的匹配理论研究[J].北京理工大学学报,2002,22(6):704-707.

[4]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002.

[5]汤蕴璮,史乃,沈文豹.电机理论与运行(上册)[M].北京:水利电力出版社,1983. (end)