新能源电动汽车性能参数计算方法

25
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。
• 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
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 轮毂电机驱动，效率要高，95～0.98
3. 1汽车的驱动力
• 3. 车轮的半径
自由半径 r—无载
静力半径 rs —静载 滚动半径 rr —动载
Pa
=
(
f mg c osa
mg sin a
1 2
CD Aur 2
m
du )u dt
22
电动汽车坡路加速度选择
23
4电动汽车电动机功率的初步确定
• 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
功率系数
24
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 • 5. 2传动比选择 • 5. 3电动汽车加速性能
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
26
5. 2传动比选择
• （1）高速状态下的传动比需求
驱动力是否合适
•传动比 i = igi0
•高速挡 •最高车速 ut = 轮r
Ft
=
Tt qiμT r
= 2n轮 r (m/s)
60
= 2n轮 r 3600
1 2
CD
Aur
2
1 2
CD
Aur
2
i = 0.3768 nr
m duut
dt
i = Ft2r
tTt
nt
=
2.654 uti r
两者比较接近，一般可选择较大者。 差别较大，采用变速器。
转速是否合适
28
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。
18
3. 2汽车的行驶阻力 • 4. 加速阻力
类型 平移质量加速阻力 旋转质量加速阻力
旋转质量换算系数
计算
= 1 1
m
Iw r2
1 m
I f ig 2i02T
r2
Fj
= m
du dt
= 11 ig2 2
1 2 = 0.03~0.05
19
4电动汽车电动机功率的初步确定
• 电动机的功率
新能源电动汽车
—性能参数计算方法
1
电动汽车性能参数计算
• 1车辆质量计算 • 2电动汽车动力性的参数 • 3影响电动汽车行驶性能的参数 • 4电动汽车电动机功率的初步确定 • 5电动汽车的几个性能参数的选择 • 6电动汽车的续驶里程计算 • 7电池数量计算及电池组数确定 • 8电动汽车环保与经济性分析
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
31
6电动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 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
rr
=
s
2nw
S——转动N圈，实际车轮滚动距离。
ＮW——车轮滚动圈数。
r r r 一般不计差别，统称车轮半径R，即
s
r
14
3. 2汽车的行驶阻力
• 1.滚动阻力
滚动阻力系数 实验测定 经验公式
f = Ff W
f = 0.0076 0.0056ua f 0.01 0.05 Ff = fW = fmg cos a
Ft
=
Ttq
*ig
* i0 r
*T
11
3. 1汽车的驱动力 • 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。
Pe
=
Ttq n 9550
Pe
= Ttq
= Ttq
2 n
60
(W) =
Ttq n
601000/ 2
(kW)
3. 1汽车的驱动力
➢2.传动系的机械效率
• 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
39
电动汽车常用电压等级
40
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
滚动阻力
ua = 电机
r igi0
ua
=
3600 2 n r
1000 60 igi0
= 0.3768 rn ig i0
(km/h)
f = 0.0076 0.0000211 rn ig i0
15
3. 2汽车的行驶阻力 • 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
Ft
=
Ff
Fw
Fi
Fj
=
fmg
cos
a
mg
sin
a
1 2
CD
Aur
2
m du
dt
Pt = Ftut
Pt
=
(
f mgc osa
mg sin
a
1 2
CD
Aur
2
m
du dt
)ut
20
4电动汽车电动机功率的初步确定
➢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
Q = Q' 38
7. 2电动汽车总电压的确定
• 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。
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
高速公路在平原及微丘陵地段最大纵坡不大于3%，山区重丘陵路段不大于5%。
一级汽车专用道路在平原及微丘陵地段最大纵坡不大于4%，山区重丘陵路段不大于 6%。
对于城市道路来说，一般要求坡度不大于10%。
8
3影响电动汽车行驶性能的参数
• 3. 1汽车的驱动力 • 3. 2汽车的行驶阻力
9
行驶方程式
运动状况
力
驱动力 Ft
行驶阻力ΣF
平衡关系
u
max
a(t)
F t
=
F
i max
滚动阻力 空气阻力 加速阻力 坡度阻力
10
3. 1汽车的驱动力
•汽车的驱动力
Ft
=
Tt r
Tt = Ttq *ig *i0 *T
计算
Fw
=
1 2
CD
Aur
2

= 1.2258N S2 m-4
ur = ua
Fw
=
1 2
CD
A(
ua 1000) 3600
2
1.2258
(N)
Fw
=
CD Aua2 21.15
16
汽车的空气阻力系数与迎风面积
17
3. 2汽车的行驶阻力 • 3. 坡度阻力
Fi = G sin a = mg sin a
• （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。
cos = 1 sin = 0 du dt = 0
Pt
=
(
f mgc osa
mg sin a
1 2
CD
Aur
2
m
du dt )ut
Pv
=
(
fmg
1 2
CD Aur 2 )ut
21
4电动汽车电动机功率的初步确定
➢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
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
相乘
车
有效容量
除以质量 续驶里程
2
1车辆质量计算
• 1. 1整备质量 • 1. 2载荷或成员人数 • 1. 3最大总质量
3
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。
60
1000
(km/h)
i = 0.3768 nr ut
=
0.3768n轮r
=
0.3768 n电机r ig i0
=
0.3768 n电机r i
27
5. 2传动比选择
• （2）爬坡状态下的传动比需求
•车速控制在 10～20km/h
•最低前进挡
•驱动力 •传动比
Ft1 Ft 2
= =
fmgcosa mg sin a fmgcosa mg sin a
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35
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？
• 分析:
总质量
14000 KG =14 T
消耗能量 100 KM×14 T×43 WH/(KM﹒T)
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。
30
6电动汽车的续驶里程计算
• 电池总能量
空调系统能耗 Qk = Pkt
Qe = Qz Qa Qk Qq 其他设备能耗
克服滚动阻力
辅助系统能耗
和空气阻力做功
Qz
=
Ftl
=
fmgl
1 2
CD
Aur2l
Qa = tPa
Qe
= Qz
较大数一般用于实际续驶里程的估算
电池总能量 Q = MS
单位能耗系数
续驶里程 S = Q
M
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 KW·H/KM
• 单位能量行驶里程
消耗单位能量行驶里程 单位 KM/（KW·H）
• 比能耗
单位里程单位质量能耗 单位 KW·H/T/KM
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
7
2电动汽车动力性的参数
TtiT
r
fg
29
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。
• 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
=60200 WH
36
7电池数量计算及电池组数确定
• 7. 1电池系统总能量确定 • 7. 2电动汽车总电压的确定 • 7. 3确定电池的单体容量 • 7. 4确定电池的单体数量 • 7. 5计算案例
37
7. 1电池系统总能量确定 • 理论需要的总电能
Q'= MS
➢ 总电能系数
1.2～1.3
➢整车的总电能
5
1. 2载荷或成员人数 • 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
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
6
1. 3最大总质量
• 定义
假定良好水平路面，无风或微风条件
Ft Ft
= =
fmg
TtiT
r
du = dt
1 2
CD
Aur
2
Tt iT CD mr
m du
dt
A
0.3768
2m
rn ig i0
2
f
mg
1 2
CD Aur 2
m
du dt
=
fg
=
Tt i g i 0 T mr
0.142CD Ar 2n2 2mig 2i 0 2
4
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。